Ottimizzazione di una Struttura Free Form costituita da aggregazioni su campi guidati = Field-Driven Optimization of an aggregated Free Form Structure

Nel mondo dell'ingegneria civile una struttura viene progettata per essere efficiente sia nelle sue varie condizioni di esercizio sia nella sua estetica. La prima spesso detta la seconda: l'organizzazione geometrica e la forma nascono come una specie compromesso fra il Conceptual Design e le verifiche prestazionali della struttura. Talvolta, la ricerca estetica sembra quasi un ostacolo alla valutazione statica e dinamica della struttura. Il "Try and Error" a cui si è sempre stati abituati con il mondo FEM diventa sempre più sconsigliabile sia per una questione di tempistiche, sia perché per velocizzare il processo di calcolo e rispondere prontamente con la scienza delle costruzioni si tende a sottovalutare la ricerca della forma, che oggigiorno è strettamente legata anche allo studio estetico del territorio e alle prestazioni energetiche della struttura stessa. Analogamente al BIM, lo sviluppo e l’utilizzo di nuovi materiali e tecnologie ha imposto un processo di ottimizzazione computazionale dei processi ingegneristici. L’utilizzo di un algoritmo all’interno di un ambiente FEM permette di utilizzare per i calcoli dei parametri, che sia ottimizzano i tempi macchina e il predimensionamento, sia migliorano la sinergia fra le varie maestranze, in quanto i dati sono usufruibili da tutti. In risposta all’architettura e al design parametrico nasce l’ingegneria computazionale: l’ingegnere non è solo un tecnico in grado di comprendere e analizzare dei dati, ma resta ancora una volta una figura complessa, mediatore fra società e architettura, fra economia e funzionalità, fra FEA e Conceptual Design. Il computer non funge più solo da solutore, ma diventa un banco di prova paragonabile a quello artigianale di ingegneri-artisti del passato come Maillart, Nervi e Musmeci. L’obiettivo di questa tesi a conclusione del mio percorso academico è delineare un percorso di possibilità: collegare un’analisi storica sul ruolo e la figura dell’ingegnere strutturista con le possibilità del futuro, garantendo una visione di questo “nuovo modo di vivere l’ingegneria”. (Ing. Marco Pellegrino). All’interno di un universo di possibili soluzioni, ci si è soffermati sull’utilizzo della tassellazione spaziale: i poliedri, elementi geometrici fondamentali, visti non solo come gli elementi alla base del meshing ma come soluzioni strutturali. Traendo ispirazione dal progetto “Stuggart 21”, si è elaborato un algoritmo attraverso Rhino e il suo plug-in Grasshopper per la progettazione parametrica di un padiglione fieristico. Una volta determinata la geometria attraverso il processo di form finding, essa è divenuta il campo di guida per l’aggregazione dei poliedri, che lo hanno tassellato, diventando lo scheletro portante della struttura. Sono state confrontate con condizioni di carico differenti tre soluzioni: utilizzando l’ottaedro troncato, il cubo e l’endecaedro bisimmetrico. Si è valutato quale fosse la geometria più efficiente in termini di prestazioni, massa e quantità del materiale. L’algoritmo ha permesso di ottimizzare non solo le iterazioni tipiche dello stato limite ultimo, ma anche il dimensionamento stesso della struttura. La sezione trasversale dei grafi dei poliedri, tubi in acciaio S275, è stata ottenuta attraverso una sorta di processo ancora di form finding in contemporanea con la FEA: ottenere la migliore geometria possibile sfruttando al massimo le resistenze meccaniche dei tubi stessi. Dietro ai numeri, c’è sempre un’intuizione statica.