Autore: gianni.dessi@gmail.com

  • Comportamento idromeccanico e prestazioni del rinforzo di argini ferroviari sottoposti a inondazioni stagionali: indagine sperimentale di laboratorio e modellazione numerica

    Un fattore di sicurezza che passa da circa 1,32 a valori inferiori a 1,10 e spostamenti laterali, diretti verso il lago, fino a 0,21 m: è questa la fotografia di un argine ferroviario lacustre quando la risalita stagionale della falda lo porta a saturazione completa. A quantificare il fenomeno con prove di laboratorio e modelli numerici idromeccanici, e a verificare la risposta dell’opera a un sistema di stabilizzazione a basso costo, è uno studio pubblicato su Geotechnics (Vol. 6, pagine 10, doi: 10.3390/geotechnics6010010) da Baitak Apshikur, Temyrbay Chigambayev, Alizhan Almas, Murat Alimkulov, Bisenbay Makhanov e Yerbulan Abaikhan.

    Falda in risalita e saturazione del versante a lago

    Il punto di partenza è un dato di campo: sotto l’argine la falda registra innalzamenti stagionali compresi tra 2,5 e 3,0 m. In queste condizioni il versante prospiciente il lago raggiunge la saturazione completa e la resistenza degli strati di limo argilloso-sabbioso si riduce in modo significativo. È proprio questo degrado a essere messo in numeri, prima in laboratorio e poi nei modelli.

    Prove di taglio: quanto pesa la saturazione

    Le prove di taglio definiscono l’entità della perdita. In condizioni non sature l’angolo di attrito interno si colloca tra 24° e 26°; a saturazione completa scende a 16°-19°. La coesione efficace, inizialmente compresa tra 12 e 18 kPa, crolla a valori tra 0 e 3 kPa. La riduzione interessa quindi sia la componente attritiva sia quella coesiva della resistenza al taglio. Su questa base, l’intervallo di profondità tra 3 e 6 m viene identificato come la zona debole critica dell’argine.

    Tre scenari di analisi in PLAXIS 2D e 3D

    I parametri degradati alimentano modelli idromeccanici sviluppati in PLAXIS, in ambiente sia 2D sia 3D. La campagna di analisi copre tre scenari: condizioni naturali, livello idrico alto e configurazione rinforzata. Il confronto tra i tre casi consente di isolare l’effetto della saturazione e di valutare l’efficacia dell’intervento sulla medesima base numerica.

    Falda alta: spostamenti in crescita e stabilità in calo

    Con il livello idrico elevato gli spostamenti laterali dell’argine, orientati verso il lago, raggiungono 0,16-0,21 m. Nello stesso tempo la zona di deformazione plastica si estende di un fattore 2,4 e il fattore di sicurezza scende sotto 1,10, contro il valore di circa 1,32 delle condizioni naturali. Cinematica e stabilità descrivono lo stesso quadro: un’opera il cui margine si assottiglia fino a valori prossimi all’unità.

    La stabilizzazione: sostituzione, geotessile e barriera bituminosa

    L’intervento proposto agisce su tre fronti: sostituzione dello strato debole per uno spessore di 1,5 m, installazione di un rinforzo in geotessile e realizzazione di uno strato impermeabilizzante bituminoso. Nel modello la configurazione rinforzata riporta lo spostamento laterale massimo a 0,12 m, con una riduzione di circa il 43% rispetto allo scenario a falda alta, e il fattore di sicurezza nell’intervallo 1,25-1,40.

    Scenario Fattore di sicurezza Spostamento laterale massimo
    Condizioni naturali ≈ 1,32 n.d.
    Livello idrico alto < 1,10 0,16-0,21 m
    Configurazione rinforzata 1,25-1,40 0,12 m

    Le barriere geosintetiche a basso costo si confermano, nel complesso dell’indagine, una soluzione efficace e di concreta applicabilità per preservare la stabilità a lungo termine di argini ferroviari esposti a inondazioni stagionali.

    Per chi progetta o verifica argini soggetti a oscillazioni idriche stagionali, il valore metodologico del lavoro sta nella sequenza: caratterizzare in laboratorio i parametri degradati, alimentarne i modelli idromeccanici e quantificare, scenario per scenario, sia il degrado atteso sia il recupero di stabilità ottenibile con l’intervento.

  • Valutazione degli effetti della formulazione dell’attivatore sulle proprietà dello stato indurito di malte di latta d’altoforno attivate alcalinamente mediante la tecnica UPV (velocità degli impulsi ultrasonici)

    Un tetto di 4,4 km/s. È qui che si arrestano le velocità di impulso ultrasonico misurate sulle malte di lattiera d’altoforno alcalino-attivata nel lavoro pubblicato su Construction Materials da Victor M. E. Lima, Igor V. Fernandes, Diego H. Alves, Tiago M. S. Agra, Danilo J. da C. Barbosa, Eudes A. Rocha e Antonio A. Melo Neto (doi: 10.3390/constrmater5040084). E con la velocità si arresta anche la capacità dello strumento di risalire a resistenze a compressione oltre i 50 MPa.

    Perché estendere l’UPV alla lattiera alcalino-attivata

    Sui leganti a base di cemento Portland, la tecnica della velocità di impulso ultrasonico (UPV, Ultrasound Pulse Velocity) è da tempo ampiamente impiegata per prevedere le proprietà delle miscele indurite. La ricerca verifica la trasferibilità di questo approccio alle malte di lattiera d’altoforno alcalino-attivata, legante alternativo con prodotti di idratazione e dinamiche di indurimento propri. Il percorso adottato è quello del confronto diretto: le misure di UPV sono valutate insieme alla resistenza a compressione e alla densità secca delle malte, e dalle velocità viene ricavato il modulo di elasticità dinamico.

    Due attivatori e quattro dosaggi di \( Na_2O \)

    Il piano sperimentale ruota attorno a tre parametri di composizione.

    Parametro variato Livelli esaminati
    Tipo di attivatore metasilicato di sodio, silicato di sodio
    Contenuto di \( Na_2O \) negli attivatori 3,0%, 4,5%, 6,0%, 7,5%
    Rapporto acqua/materiale legante variato nel piano sperimentale

    L’impostazione consente di leggere gli effetti della formulazione dell’attivatore sulle proprietà indurite attraverso il segnale ultrasonico: il confronto tra metasilicato e silicato di sodio fotografa l’influenza della natura dell’attivatore, mentre i livelli di \( Na_2O \) e il rapporto acqua/materiale legante definiscono l’ampiezza del piano di miscelazione.

    Correlazioni esponenziali e coefficienti di determinazione

    Il legame tra velocità di impulso e proprietà indurite viene descritto con modelli esponenziali, che restituiscono coefficienti di determinazione \( R^2 \) di livello medio e alto. In termini operativi, questo consente di stimare resistenza a compressione e densità secca a partire dalla velocità misurata sul provino.

    Il limite superiore: 4,4 km/s e 50 MPa

    La campagna sperimentale delimita anche il perimetro d’uso della tecnica:

    Le velocità di impulso non hanno superato 4,4 km/s, un limite che rende difficile prevedere valori di resistenza a compressione superiori a 50 MPa.

    Nella fascia esplorata le correlazioni mantengono la loro capacità esplicativa; oltre quella soglia di resistenza, la previsione mediante UPV diventa difficile.

    Modulo dinamico e sensibilità al coefficiente di Poisson

    Il modulo di elasticità dinamico calcolato a partire dall’UPV ha fornito risultati attendibili. Un dettaglio rilevante per chi impiega questi valori: il passaggio dalla velocità di propagazione al modulo richiede l’assunzione di un coefficiente di Poisson, e nell’esperienza l’attendibilità dei risultati resta confermata anche variando tale coefficiente tra 0,15 e 0,25.

    Il segnale ultrasonico e i prodotti di idratazione

    Un’ulteriore correlazione lega il contenuto di C-S-H alle velocità di impulso misurate. È questa relazione a suggerire un impiego aggiuntivo della tecnica: seguire l’evoluzione dei prodotti di idratazione nelle miscele di lattiera alcalino-attivata, oltre che stimarne le proprietà meccaniche indurite.

    Per chi dosa e verifica leganti alcalino-attivati, i numeri del lavoro offrono un quadro d’impiego immediato: correlazioni esponenziali quantificate, un tetto di velocità noto, una finestra di coefficiente di Poisson testata. Le condizioni affinché l’UPV resti uno strumento di stima affidabile anche su un legante che non è Portland.

  • Applicazione del Georadar (GPR) per la Diagnostica dei Difetti nelle Strutture in Calcestruzzo: Un Approccio Strutturato Basato sull’Elaborazione delle Immagini

    Sette volte su dieci, talvolta otto: è questa la fascia di accuratezza che, in condizioni di laboratorio, caratterizza di norma l’interpretazione manuale di un radargramma da georadar. Un margine che nella diagnostica del calcestruzzo incide in modo concreto, perché dalla lettura dei dati GPR discendono decisioni su presenze metalliche, cavità e disomogeneità interne di opere esistenti.

    Interviene su questo punto lo studio di Saman Hedjazi, Macy Spears, Ehsanul Kabir e Hossein Taheri, pubblicato su CivilEng (vol. 6, pag. 45, DOI 10.3390/civileng6030045). La proposta è una metodologia strutturata di analisi delle immagini per l’interpretazione dei dati B-scan, organizzata in un diagramma di flusso di taglio pratico che affianca l’operatore nella distinzione delle anomalie subsuperficiali più comuni. Validata in laboratorio su quattro solette con difetti simulati, la procedura raggiunge un’accuratezza di rilevamento attorno al 90 per cento.

    Il B-scan e la variabile umana nella lettura

    Il ground penetrating radar è tra i metodi di prova non distruttivi sempre più diffusi per la valutazione delle strutture in calcestruzzo, con un doppio campo d’impiego: individuare i difetti interni e localizzare gli oggetti inclusi. Il radargramma B-scan traduce le riflessioni del segnale in una sezione verticale lungo la linea di scansione, dove ogni discontinuità dielettrica produce un pattern riconoscibile.

    A riconoscerlo, però, è l’operatore. Pattern di riflessione differenti distinguono una barra metallica da un vuoto o da un’inclusione isolante, e la qualità della diagnosi dipende dalla capacità di lettura di chi analizza lo schermo. È su questa fase, la più esposta alla soggettività, che si concentra il contributo dei quattro autori.

    Un diagramma di flusso per codificare l’interpretazione

    La metodologia è definita image-based e ha un obiettivo preciso: rendere l’interpretazione dei B-scan ripetibile. Lo strumento centrale è un diagramma di flusso operativo, costruito per guidare l’analista nella distinzione delle anomalie subsuperficiali più ricorrenti. Il contributo non riguarda la fase di misura, bensì la lettura del radargramma: laddove l’analisi tradizionale si affida all’esperienza individuale, la procedura propone un percorso codificato per attribuire le riflessioni osservate alle diverse tipologie di difetto.

    La validazione sperimentale: quattro solette con difetti simulati

    La prova è stata allestita in laboratorio con quattro solette in calcestruzzo, nelle quali sono stati inseriti difetti simulati di tipologie differenti. Le scansioni sono state condotte con un dispositivo disponibile in commercio e i radargrammi ottenuti sono stati analizzati sulla base dei pattern di riflessione del segnale, secondo la sequenza operativa prevista dalla procedura.

    Elemento inserito Anomalia rappresentata
    Barre d’armatura corrose Armatura in condizioni di corrosione
    Lastre di polistirene Delaminazione
    Contenitori cavi Vuoti interni
    Tubi cavi Inclusioni non metalliche

    Risultati: armatura localizzata, vuoti e polistirene discriminati

    Il quadro che emerge dalla campagna sperimentale è netto sul fronte armatura: posizioni, interassi e profondità delle barre risultano correttamente identificati. Buon livello anche per le anomalie a basso valore dielettrico, come vuoti e inclusioni di polistirene, riconosciute con successo dalla procedura.

    Sul piano numerico, l’accuratezza complessiva di rilevamento, calcolata sull’insieme degli elementi inclusi nelle solette, si attesta intorno al 90 per cento. Il confronto con la pratica corrente è diretto: le valutazioni manuali dei radargrammi, in condizioni di laboratorio analoghe, si collocano tipicamente tra il 70 e l’80 per cento.

    Il limite del contrasto dielettrico

    Non tutti i difetti si prestano allo stesso riconoscimento. La procedura mostra criticità con i materiali non metallici a debole contrasto dielettrico, e i tubi cavi sono risultati gli elementi più difficili da discriminare. L’origine del problema va cercata nella fisica della misura: laddove le proprietà dielettriche dell’inclusione si avvicinano a quelle del calcestruzzo circostante, la riflessione si indebolisce e la lettura del pattern perde margini di separazione dal fondo.

    Per chi opera nella diagnostica strutturale il messaggio è chiaro: il valore del lavoro non sta in una nuova tecnica di misura, ma in un metodo di lettura codificato, applicabile con strumentazione già in commercio. I risultati sostengono l’affidabilità e l’adattabilità della procedura nel migliorare l’interpretazione dei dati GPR, con un confine da tenere presente in ogni analisi: quando il contrasto dielettrico si affievolisce, l’interpretazione richiede maggiore prudenza.

  • Procore acquisisce Datagrid: nuova mossa strategica nel settore AEC

    Procore ha acquisito Datagrid, una piattaforma di intelligenza artificiale verticale specializzata in connettività dei dati ed esecuzione autonoma di workflow. I termini economici non sono stati resi noti, ma l’operazione segnala una fase più assertiva della strategia AI della società: il passaggio dalle funzioni assistive integrate verso un livello di intelligenza agentica destinato a operare attraverso piattaforme differenti. Per i tecnici del settore il tema è concreto: l’automazione dei processi multi-step che oggi attraversano sistemi scollegati.

    Connettere i dati, non conversare

    Datagrid non è un chatbot generativo nel senso convenzionale del termine. Il suo valore sta nel collegare sorgenti dati frammentate, tra cui sistemi ERP, storage cloud, archivi documentali e piattaforme di gestione progetto, e nell’applicare ragionamento AI per orchestrare azioni su questi sistemi.

    Sul piano operativo ciò significa automatizzare processi multi-step come la revisione dei submittal, la redazione degli RFI, la classificazione dei documenti e la ricerca trasversale tra sistemi, invece di limitarsi a riassumere testi o rispondere a domande.

    Il problema dei silos informativi

    La tecnologia di Datagrid è concepita per lavorare su sistemi di terze parti, non soltanto all’interno dello stack di un singolo fornitore. Un aspetto rilevante in un settore in cui la maggior parte delle imprese gestisce un insieme disomogeneo di strumenti, tra ERP, contabilità, gestione documentale e applicativi per il cantiere, accanto alla piattaforma principale di gestione progetto.

    Procore presenta l’acquisizione come un’accelerazione della propria capacità di “eliminare i silos di dati” e automatizzare workflow complessi, un obiettivo ricorrente in un’industria ancora dominata da soluzioni puntuali e piattaforme non integrate.

    La differenza rispetto alle funzioni AI esistenti

    Procore ha aggiunto nel tempo funzionalità AI, in particolare su gestione documentale, ricerca e analisi, ma queste sono rimaste in gran parte vincolate al proprio modello di dati. Il motore di “deep search” e orchestrazione di Datagrid è invece costruito esplicitamente per estendersi a più sistemi, in linea con l’ambizione dichiarata da Procore di trasformare dati frammentati in un “system of intelligence”.

    Dal punto di vista strategico la posizione non è comune: sul mercato esistono pochi livelli credibili di connettività dati e ragionamento indipendenti dal fornitore.

    Dal copilota all’agente

    La filosofia dichiarata di Datagrid è creare un’AI in grado di eseguire, non soltanto di dialogare. Un approccio più vicino alla tendenza emergente dell’AI agentica che ai copilota attualmente distribuiti dalla maggior parte dei fornitori di software per il settore AEC.

    Se Procore porterà avanti questa visione, i clienti potrebbero vedere sistemi che non si limitano a evidenziare informazioni, ma avviano workflow, spostano dati tra piattaforme e chiudono cicli procedurali con intervento umano minimo.

    L’apertura ai non clienti: la variabile da osservare

    Datagrid continuerà a essere offerto sia ai clienti Procore sia ai non clienti, un indizio che la società tratterebbe almeno inizialmente la piattaforma come un livello di servizi AI orizzontale e non come una funzione proprietaria. La scelta sarà seguita con attenzione. Se Datagrid resterà relativamente aperto, Procore potrebbe posizionarsi come intermediario AI sull’intero stack tecnologico delle costruzioni. Se invece la tecnologia verrà progressivamente assorbita nella piattaforma propria, il rischio è rafforzare la gravità dei dati orientata al fornitore che altrove nel settore ha limitato l’interoperabilità.

    Chi guiderà la strategia AI

    Rilevante anche il ruolo assegnato a Thiago da Costa, amministratore delegato di Datagrid, chiamato a guidare la strategia AI e dati di Procore. Da Costa è un imprenditore seriale che in precedenza ha venduto aziende e tecnologie a realtà come Autodesk.

    Steve Davis, responsabile prodotto e tecnologia di Procore, ha inquadrato l’operazione come la possibilità per i clienti di “colmare le lacune tra dati segregati in silos e avviare azioni attraverso l’intero ecosistema”. Meno questione di dashboard più curate o riepiloghi RFI più rapidi, più automazione del tessuto connettivo tra strumenti già esistenti: qualcosa che il software per le costruzioni promette da decenni ma ha raramente realizzato su scala.

    Implicazioni per il processo

    Come mossa strategica, l’acquisizione riguarda meno l’aggiunta di funzioni e più la riarchitettazione del modo in cui i dati delle costruzioni vengono connessi, analizzati e oggetto di azione. Se realizzata, la transizione sposterebbe Procore da sistema di record a qualcosa di più vicino a un sistema di intelligence: una proposta materialmente differente per il settore.

  • Evidenza di un plateau di sicurezza nei passaggi a livello strada-ferrovia mediante analisi delle transizioni di regime e machine learning spiegabile

    Il declino degli incidenti ai passaggi a livello della rete statunitense si è arrestato. Dal 2012 la serie storica risulta statisticamente stazionaria: è l’esito di un’analisi condotta su quasi cinquant’anni di registrazioni incidentali nazionali della Federal Railroad Administration (FRA), dal 1976 al 2025, firmata da Raj Bridgelall e pubblicata sulla rivista Infrastructures (vol. 11, p. 262, doi: 10.3390/infrastructures11080262).

    Lo studio affronta due domande distinte: se il declino storico degli incidenti agli incroci a raso strada-ferrovia (highway-rail grade crossing, HRGC) sia transitato in un regime di sicurezza statisticamente distinto e se i fattori associati alla presenza di vittime siano cambiati dopo quella transizione.

    Decenni di interventi, poi il rallentamento

    I guadagni accumulati nel corso dei decenni passati si fondano su leve consolidate: adeguamenti ingegneristici, sistemi di allarme attivi, chiusura di attraversamenti, attività di enforcement ed educazione pubblica. I trend nazionali più recenti mostrano però un rallentamento dei benefici, e l’ipotesi che la sicurezza agli HRGC sia ormai vincolata a un plateau persistente ha cominciato a circolarsi con dati alla mano.

    La diagnostica che fissa la svolta al 2012

    L’impianto analitico combina tre componenti: analisi delle transizioni di regime, confronto delle vittime tra i due regimi e machine learning spiegabile (explainable machine learning). La datazione del cambio di regime poggia su una diagnosi multipla a verifica incrociata, costruita con analisi delle tendenze, test complementari di stazionarietà, diagnostica dei residui, criteri informativi e analisi di sensibilità. Ogni strumento giunge allo stesso esito: il 2012 segna l’inizio di un regime di sicurezza statisticamente stazionario.

    Severità invariata dopo la transizione

    Il confronto tra i due regimi non rileva variazioni significative né nella probabilità che un incidente generi vittime, né nella distribuzione degli esiti tra infortuni e decessi. Il problema attuale non riguarda quindi l’emergere di meccanismi di collisione nuovi: a sostenere il plateau è la persistenza di fattori di rischio operativi e comportamentali ampiamente consolidati.

    Random forest spiegabili e predittori stabili

    I modelli di random forest interpretabili applicati ai dati incidentali mostrano una notevole stabilità temporale dei fattori associati alla presenza di vittime. Attraverso entrambi i regimi restano dominanti la velocità del treno, l’occupazione del veicolo, la presenza del conducente e le azioni degli utenti della strada. Nel periodo di plateau, la presenza del conducente figura tra le variabili più influenti.

    Le leve per riprendere la discesa

    Ridurre ulteriormente le vittime agli HRGC richiederà, secondo le conclusioni, azioni puntate sui rischi residui che alimentano il regime stazionario:

    • interventi ingegneristici mirati;
    • tecnologie di allarme avanzate;
    • sistemi di veicolo connesso e di comunicazione tra veicolo e infrastruttura;
    • monitoraggio abilitato dall’intelligenza artificiale;
    • educazione pubblica mirata.

    Resta il punto centrale: il rischio che sostiene il regime stazionario è radicato in condizioni operative e comportamenti di lunga data. È su quel terreno, più che su dinamiche di collisione inedite, che si decideranno i prossimi guadagni di sicurezza ai passaggi a livello.

  • Construction Materials, Vol. 5, Pagine 85: Ottimizzazione parametrica di un sistema di solaio in legno lamellare incollato a travi trasversali mediante la metodologia delle superfici di risposta

    Un solaio a travatura incrociata in legno lamellare incollato (glulam) può essere descritto, sul piano geometrico, da tre soli rapporti adimensionali: l’interasse delle travi, l’altezza della sezione riferita alla luce e la proporzione tra larghezza e altezza dell’elemento. Attorno a questa terna di parametri è costruito lo studio di ottimizzazione parametrica firmato da Oleksandr Gilodo, Andrii Arsirii, Sergii Kroviakov e Oleksandr Gimanov, pubblicato su Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater5040085). Il percorso combinato, che unisce un disegno sperimentale fattoriale, 27 modelli agli elementi finiti sviluppati in Dlubal RFEM e una superficie di risposta di secondo ordine, approda a una configurazione con il 97,4% di utilizzo del carico e a una riduzione di circa il 10% del volume di legno rispetto alle altre soluzioni efficienti esplorate.

    Il nodo progettuale: interazioni tridimensionali e assenza di riferimenti

    I sistemi di solaio a travatura incrociata sono apprezzati per l’efficienza nell’uso del materiale. Il dimensionamento, tuttavia, si complica per via delle interazioni tridimensionali tra i carichi, che coinvolgono l’intero sistema e rendono il comportamento strutturale poco immediato da valutare. A questo si aggiunge un vuoto di riferimento: mancano indicazioni sistematiche per l’ottimizzazione, così che la scelta di interassi e proporzioni di sezione non dispone di un percorso codificato.

    Tre fattori, tre livelli e 27 modelli agli elementi finiti

    La risposta metodologica è un disegno sperimentale fattoriale completo (Design of Experiments, DOE) costruito su tre fattori: il rapporto di interasse delle travi \( x_1 \), il rapporto altezza-luce \( x_2 \) e il rapporto larghezza-altezza \( x_3 \). Con tre livelli per variabile, il piano genera 27 combinazioni distinte, ciascuna tradotta in un modello agli elementi finiti e simulata in Dlubal RFEM. La copertura sistematica dello spazio geometrico fornisce la base dati su cui calibrare il modello predittivo.

    Superficie di risposta di secondo ordine e verifica secondo Eurocodice 5

    Sui risultati numerici è stato sviluppato un modello di metodologia delle superfici di risposta (RSM) di secondo ordine, la cui variabile di uscita è il fattore di utilizzo del carico Y, valutato in coerenza con l’Eurocodice 5. Il coefficiente di determinazione, \( R^2 > 0.98 \), indica un’accuratezza statistica elevata. Operativamente, la regressione consente di stimare Y a partire dai tre rapporti geometrici, evitando di rieseguire l’intera campagna di simulazioni per ogni variante di progetto.

    La frontiera di Pareto e la soluzione di compromesso

    L’ottimizzazione vera e propria è condotta in forma multicriterio, lavorando sulla frontiera di Pareto: l’insieme delle soluzioni non dominate, in cui il miglioramento di un obiettivo si paga con il peggioramento di un altro. La soluzione bilanciata individuata corrisponde alla terna:

    \[ x_1 = 0.250, \qquad x_2 = 0.042, \qquad x_3 = 0.5, \qquad Y = 0.974 \]

    dove \( x_1 \) è il rapporto di interasse, \( x_2 \) il rapporto altezza-luce e \( x_3 \) il rapporto larghezza-altezza. Il fattore \( Y = 0.974 \) equivale a un sfruttamento del carico pari al 97,4%.

    Quanto incide la geometria sul volume di legno

    Il confronto dei volumi restituisce la misura del margine disponibile. Rispetto alle altre soluzioni efficienti prese in esame, la configurazione ottimale richiede circa il 10% di legno in meno. Il divario si allarga notevolmente se il termine di paragone diventa i progetti inefficienti ma comunque sicuri, quelli con \( Y \approx 0.5 \): in quel caso il risparmio supera il 60%. Sono valori circoscritti allo spazio sperimentale esplorato, che documentano tuttavia il peso delle tre scelte geometriche sul bilancio di materiale.

    Una regressione utilizzabile in fase di progetto

    Il modello di regressione viene qualificato come strumento di progetto validato per i solai in glulam a travatura incrociata orientati all’efficienza del materiale. Il suo valore pratico sta nella possibilità di bilanciare sicurezza strutturale ed economia di materiale: il progettista può leggere come il coefficiente di utilizzo risponda a variazioni di interasso e di proporzioni, orientando di conseguenza l’impostazione geometrica del sistema. Il flusso, peraltro, è ricostruibile con gli strumenti impiegati nello studio: piano fattoriale, modelli FEM in RFEM, superficie di risposta e selezione sulla frontiera di Pareto.

    Il punto di partenza resta valido: per questa tipologia di solaio mancava un riferimento sistematico di ottimizzazione. Il lavoro lo colma con un percorso numerico riproducibile e consegna al progettista tre valori attorno ai quali impostare la geometria, con un’indicazione quantitativa dell’utilizzo strutturale che ne consegue.

  • Scavi sotterranei: simulazioni 3D efficienti e di facile utilizzo mediante il metodo isogeometrico degli elementi al contorno (IGABEM)

    Scavi sotterranei di elevata complessità simulati in tre dimensioni senza costruire una mesh di volume: è il punto di arrivo del lavoro pubblicato su Geotechnics da Gernot Beer, Nicola Grillanda e Vincenzo Mallardo. Il metodo impiegato, un approccio agli elementi di contorno in chiave isogeometrica (IGABEM), elimina la discretizzazione del dominio e richiede come unica informazione geometrica le superfici dello scavo, definite a partire dai dati CAD. Il punto di partenza, invece, è familiare a chiunque abbia impostato un’analisi tridimensionale di galleria: il massiccio roccioso non ha confini, e approssimarlo con un volume finito costringe a troncare la mesh a una distanza ritenuta “sicura”.

    Il peso della discretizzazione volumetrica nelle analisi di galleria

    Le impostazioni oggi correnti per le simulazioni 3D di scavi complessi si fondano quasi esclusivamente su metodi a volume. Poiché il terreno, ai fini pratici, si estende all’infinito, il confine del modello viene collocato dove gli effetti dello scavo si assumono ormai trascurabili, e da quella scelta discendono maglie molto estese.

    L’onere riguarda le persone e il calcolo: costruire e gestire discretizzazioni volumetriche di questa estensione assorbe tempo di lavoro e risorse computazionali rilevanti. La verifica aggiunge complicazioni, perché la bontà del risultato dipende insieme dalla fedeltà della mesh di volume e dalla distanza di troncamento prescelta.

    Elementi di contorno isogeometrici: si modella il contorno, non il dominio

    Il capovolgimento proposto dagli autori interessa il rapporto tra geometria e calcolo. Con IGABEM non esiste una mesh volumetrica da costruire: le superfici di scavo costituiscono l’unica rappresentazione richiesta, descritte a partire dai dati CAD in modo altamente accurato e regolare. La costruzione della mesh, snodo tradizionale del preprocessing, esce dal flusso di lavoro.

    Il legame diretto con l’ambiente CAD incide anche sull’usabilità, secondo obiettivo dichiarato nel titolo del lavoro accanto all’efficienza: la geometria progettata entra nell’analisi nella forma con cui è stata definita, senza dover ricostruire una maglia dedicata.

    Gli effetti di volume restano trattabili

    Un’impostazione confinata al contorno potrebbe far pensare a semplificazioni sul comportamento del terreno. La formulazione percorre la direzione opposta: condizioni non lineari, anisotropia ed eterogeneità del terreno possono essere considerate, insieme all’effetto del sostegno dello scavo. Rinunciare alla discretizzazione del volume, dunque, non confina l’analisi a scenari lineari e omogenei.

    Casi legati a progetti reali e implicazioni per il calcolo

    La verifica passa attraverso diversi esempi riferiti a progetti reali: gli autori mostrano che scavi di elevata complessità possono essere simulati e che risultati molto raffinati sono ottenibili in un contesto privo di mesh. Per il calcolista che opera su opere in sotterraneo la conseguenza più concreta riguarda il controllo della soluzione, la cui qualità non dipende più dalla distanza alla quale il dominio è stato tagliato né dalla definizione di una maglia volumetrica.

    L’interesse per la pratica sta nella combinazione dei due effetti: meno lavoro di modellazione e un esito verificabile senza passare dalla scelta del troncamento. I casi riferiti a progetti reali offrono il termine di paragone per chi deve valutare l’adozione del metodo nella propria attività di calcolo.

    Lo studio Efficient and user friendly 3D simulations of underground excavations using the isogeometric boundary element method è pubblicato sulla rivista Geotechnics, vol. 6, articolo 11, ed è consultabile con DOI 10.3390/geotechnics6010011 (testo integrale).

  • Ottimizzazione del calcestruzzo a polveri reattive sostenibile contenente scorie di forno ad arco elettrico e polvere di carbonato di calcio mediante piano composito centrale

    Un calcestruzzo a polveri reattive che a 28 giorni raggiunge circa 152 MPa di resistenza a compressione, sviluppato con un dosaggio di Portland cemento ridotto e con metà della silica fume abituale: è il risultato della formulazione ottimizzata da Jesús E. Altamiranda-Ramos, Luis Castillo-Suárez, Jesús Redondo-Mosquera e Joaquín Abellán-García, pubblicata su Construction Materials (Vol. 5, pag. 86, doi: 10.3390/constrmater5040086). Al centro del lavoro c’è la criticità più discussa dell’RPC: la dipendenza da quantità elevate di legante, con le conseguenti ricadute ambientali ed economiche.

    Il nodo del legante nell’RPC e la proposta con scoria da forno elettrico

    Le prestazioni del Reactive Powder Concrete si fondano su resistenze meccaniche e durabilità elevate, ma la formulazione tradizionale richiede dosaggi consistenti di cemento Portland (PC) e di silica fume (MS). Proprio questa dipendenza grava sul bilancio ambientale ed economico del materiale. La risposta prospettata dalla ricerca passa per la sostituzione parziale di entrambi i componenti: da un lato la scoria di forno elettrico ad arco macinata (MEAS), dall’altro la polvere di carbonato di calcio (CCP), inseriti nel legante fino a circa il 20% nel primo caso e a circa il 15% nel secondo.

    Disegno sperimentale: CCD, modello MAA e venti miscele

    Tre sono le variabili di mix-design poste sotto controllo: il dosaggio di cemento, il rapporto acqua-legante e il contenuto di superfluidificante a base di eteri policarbossilici (PCE). La loro ottimizzazione è stata condotta con un disegno composito centrale (Central Composite Design, CCD), mentre la compattazione granulometrica delle polveri è stata guidata dal modello Modified Andreasen e Andersen (MAA). Il programma sperimentale ha coinvolto 20 miscele, caratterizzate sul piano reologico mediante lo slump flow e su quello meccanico con prove di compressione a 1, 7, 14 e 28 giorni.

    Fluidità e resistenza: i numeri delle miscele ottimizzate

    L’effetto dei due sostituti si manifesta anzitutto sulla lavorabilità. Con la scoria fino a circa il 20% del legante e il CCP in misura pari a circa il 15%, lo slump flow sale a valori prossimi a 285 mm, mentre la miscela base si ferma attorno ai 230 mm. Sul piano meccanico la formulazione ottimale si porta a circa 152 MPa a 28 giorni, a fronte di un riferimento RPC nell’ordine di 138 MPa; il tutto con un consumo di cemento diminuito di circa il 15% e con la silica fume ridotta al 50% dei dosaggi convenzionali.

    I dati di sintesi delle due formulazioni si confrontano come segue.

    Parametro RPC di riferimento Miscela ottimizzata
    Slump flow attorno a 230 mm attorno a 285 mm
    Resistenza a compressione a 28 giorni circa 138 MPa circa 152 MPa
    Consumo di cemento dosaggio convenzionale ridotto di circa il 15%
    Silica fume dosaggio convenzionale ridotta di circa il 50%

    Superfici di risposta: qualità dell’adattamento e fattori dominanti

    L’apparato statistico si regge su modelli quadratici di superficie di risposta costruiti per lo slump flow e per la resistenza a compressione tra 1 e 28 giorni. L’aderenza ai dati sperimentali risulta elevata: ( R^2 ) compreso tra 0.90 e 0.98, ( R^2_{adj} ) tra 0.85 e 0.96, con i test F sui modelli che restituiscono ( p < 0.001 ). L'ottimizzazione statistica si dimostra quindi adeguata a descrivere le risposte del materiale. Quanto alla significatività dei fattori, il dosaggio di cemento emerge come variabile dominante per lo sviluppo di resistenza ( p < 0.05 ), mentre l'interazione tra contenuto di cemento e rapporto acqua-legante condiziona in misura significativa la fluidità della miscela.

    Il quadro che ne emerge è pragmatico: con la curva granulometrica governata dal modello MAA e una campagna sperimentale pianificata tramite CCD, scoria da forno elettrico macinata e carbonato di calcio riducono la domanda di legante nell’RPC senza compromettere il comportamento meccanico, aprendo un’alternativa sostenibile per i calcestruzzi a prestazioni ultra elevate.

  • Durabilità al gelo–disgelo del calcestruzzo stampato in 3D: revisione completa di meccanismi, materiali e strategie di prova

    Nessuna direzione di un elemento stampato in 3D si comporta come le altre. La deposizione strato per strato distribuisce la vulnerabilità del calcestruzzo in modo direzionale e i cicli gelo-disgelo (freeze-thaw) rendono quell’anisotropia misurabile. Il tema è centrale nella rassegna firmata Moein Mousavi e Prasad Rangaraju e pubblicata su CivilEng (vol. 6, pag. 47, doi: 10.3390/civileng6030047), dedicata a meccanismi, materiali e strategie di prova per la durabilità al gelo-disgelo del calcestruzzo stampato in 3D (3DPC).

    La diffusione della stampa 3D del calcestruzzo (3DCP) sposta la domanda su un terreno diverso dalla capacità costruttiva: come si comporta il materiale quando il clima cicla gelo e disgelo, stagione dopo stagione, su opere destinate a durare? Mousavi e Rangaraju ordinano la ricerca più recente sul tema, esaminano criticamente i parametri materiali e di processo che governano la durabilità e ne ricavano un quadro di risultati quantificati, accompagnato da lacune metodologiche tutt’altro che marginali.

    Anisotropia e legame tra strati: la vulnerabilità varia con la direzione

    L’orientamento di stampa, gli additivi in miscela e la qualità del legame tra passate entrano tra i parametri che condizionano la risposta del 3DPC al gelo-disgelo, e la loro valutazione critica costituisce l’impianto della rassegna. Gli studi esaminati attivano tre piani di indagine complementari: prove meccaniche, analisi microstrutturali e tecniche di imaging. Il quadro risultante è netto. La vulnerabilità del materiale non si distribuisce uniformemente, ma cambia con la direzione: un componente estruso a strati può offrire, a parità di miscela, prestazioni al gelo differenti secondo l’orientamento di deposizione, e il legame tra strati resta uno dei punti da tenere sotto controllo.

    Standoff e time gap: il processo di stampa incide sul degrado superficiale

    Due variabili esecutive pesano direttamente sullo scaling superficiale. La prima è la distanza tra l’ugello e la superficie di deposizione, la nozzle standoff distance. La seconda è l’intervallo di tempo che separa la stampa di strati successivi, il printing time gap. Quando entrambe vengono ridotte, lo scaling superficiale cala di oltre il 50%. Un dato che colloca una quota della durabilità al gelo fuori dal laboratorio di formulazione e dentro la condotta del processo: il degrado superficiale si contrasta anche agendo sui settaggi della macchina.

    Agenti inclusori d’aria e nanofiller: i numeri della durabilità

    Sul fronte additivi, gli agenti inclusori d’aria (AEA) registrano effetti misurabili. Rispetto ai campioni di controllo, la loro presenza riduce la perdita di resistenza a compressione dopo il ciclaggio gelo-disgelo in un intervallo compreso tra l’1,4% e il 5,3%. Sul modulo dinamico il segnale si amplifica: le carote estratte in direzione orizzontale da elementi stampati con AEA in miscela mostrano un valore superiore del 15% fino a 300 cicli. La specificazione della direzione di estrazione non è un dettaglio burocratico, perché ricollega il risultato alla variabile di orientamento già emersa.

    Sul versante dei nanofiller, l’aggiunta di nano ossido di zinco al 3DPC può portare a una ritenzione della resistenza a compressione oltre il 95%, anche sotto cicli gelo-disgelo aggressivi. Insieme agli AEA, questa famiglia di additivi avanzati delinea la direzione su cui la ricerca sul 3DPC sta convergendo.

    Variabile Effetto osservato sul gelo-disgelo
    Agenti inclusori d’aria in miscela Perdita di resistenza a compressione ridotta tra l’1,4% e il 5,3% rispetto ai controlli
    Carote orizzontali da elementi con AEA Modulo dinamico superiore del 15% fino a 300 cicli
    Standoff ridotta e time gap ridotto Scaling superficiale ridotto di oltre il 50%
    Nano ossido di zinco Ritenzione della resistenza a compressione oltre il 95%

    Protocolli di prova e geometria: le lacune che pesano

    Due nodi chiudono il quadro e valgono più di ogni singolo risultato. Il primo riguarda le procedure: manca un protocollo di prova standardizzato per misurare la risposta del 3DPC al gelo-disgelo. Il secondo riguarda la geometria: la degradazione dipende dalla forma del componente esaminato. La combinazione dei due limita la trasferibilità dei dati tra studi diversi, e i risultati disponibili vanno letti alla luce della geometria e della direzione di prova con cui sono stati ottenuti.

    La lettura d’insieme resta bilaterale: la durabilità al gelo-disgelo del calcestruzzo stampato in 3D si costruisce nella miscela, con agenti inclusori d’aria e nanofiller, e insieme nella condotta del processo, su standoff, time gap e orientamento di deposizione. È su questo binomio che il lavoro di Mousavi e Rangaraju fonda la prospettiva di un impiego affidabile del 3DPC nelle infrastrutture delle regioni fredde.

  • Analisi sperimentale della resistenza all’aderenza acciaio–calcestruzzo al variare dei parametri materiali e geometrici

    La maturità del calcestruzzo, con la resistenza a compressione che la accompagna, si conferma il fattore dominante nello sviluppo dell’aderenza tra barre di armatura e calcestruzzo gettato per via tremie. Nella maggior parte delle condizioni di prova esaminate, invece, il rivestimento di bentonite depositato sulla superficie dei ferri non altera in modo statisticamente significativo la resistenza all’aderenza, e lo stesso vale per il diametro delle barre e per il contenuto di fibre d’acciaio entro gli intervalli testati. È il quadro che emerge dalla campagna sperimentale condotta da Gregor Trtnik, Jakob Šušteršič e Tomaž Hozjan, pubblicata sulla rivista CivilEng (Vol. 6, pag. 48, doi: 10.3390/civileng6030048).

    Protocollo di prova: pull-out normalizzate e misura laser dello scorrimento

    La risposta dell’interfaccia acciaio calcestruzzo è stata caratterizzata mediante prove di pull-out standardizzate, eseguite in laboratorio nel rispetto delle norme di riferimento. Il materiale indagato è il calcestruzzo tremie, impiegato nei getti eseguiti in condizioni difficili, tipicamente subacquei.

    Un aspetto rilevante del setup riguarda la misura dello scorrimento relativo tra barra e calcestruzzo, rilevata con uno strumento laser ottico ad alta precisione che consente una valutazione accurata delle caratteristiche di aderenza. Anche la numerosità del campione è stata calibrata con attenzione: un numero elevato di provini, statisticamente sufficiente, ha reso possibile il trattamento dei risultati con gli strumenti dell’inferenza statistica.

    Diametro, maturità, fibre e bentonite: le variabili della campagna

    Il programma sperimentale è costruito attorno a quattro parametri: il diametro delle barre di armatura, l’età del calcestruzzo con la conseguente resistenza a compressione, il contenuto di fibre d’acciaio nel mix e la presenza di un rivestimento di bentonite sulla superficie dei ferri. Ciascuna variabile è stata fatta variare entro intervalli definiti, così da valutarne il contributo sulla risposta dell’interfaccia.

    La scelta di includere la bentonite riflette una condizione ricorrente nei getti per via tremie, dove la superficie delle barre può venire a contatto con sospensioni bentonitiche. Verificarne l’effetto sull’interfaccia significa quindi interrogarsi su un aspetto concreto della pratica esecutiva, non su una condizione ideale di laboratorio.

    Lettura statistica dei risultati

    La consistenza del campione ha permesso di elaborare i dati con l’analisi della varianza (ANOVA), impiegata per accertare la significatività statistica dell’effetto di ciascun parametro sulla resistenza all’aderenza. L’approccio separa ciò che costituisce una dipendenza reale dalla variabile da fluttuazioni ascrivibili alla dispersione sperimentale, un passaggio decisivo quando le differenze tra le configurazioni di prova risultano contenute.

    L’età del calcestruzzo domina lo sviluppo dell’aderenza

    I risultati delineano una gerarchia netta tra le variabili. L’età del calcestruzzo, e la resistenza a compressione che la contraddistingue, esercita un’influenza statisticamente significativa sul legame con l’acciaio, a conferma che la maturità della matrice è il fattore determinante dello sviluppo dell’aderenza. Le altre grandezze, entro le gamme esaminate, non emergono come significative: né il diametro della barra né il contenuto di fibre d’acciaio modificano in misura statisticamente rilevante la risposta. Quanto al rivestimento di bentonite, nella maggior parte delle condizioni di prova la sua influenza sulla resistenza all’aderenza non risulta significativa.

    Indicazioni per la progettazione

    Oltre a chiarire i meccanismi dell’aderenza nel calcestruzzo armato, i risultati possono orientare le strategie di progettazione nei casi in cui le prestazioni dell’interfaccia risultano critiche. La gerarchia emersa, con la maturità del calcestruzzo come variabile dominante e con l’esclusione di effetti rilevanti attribuibili a bentonite, diametro e fibre nelle condizioni esaminate, fornisce un riferimento per impostare con maggiore consapevolezza le scelte nei contesti in cui il legame acciaio calcestruzzo condiziona il comportamento della struttura.

    Per chi opera su getti per via tremie, il messaggio operativo è diretto: la crescita dell’aderenza segue la maturazione del calcestruzzo, mentre i parametri geometrici e di composizione indagati, nelle gamme testate, non ne spostano l’andamento in modo significativo. Un esito da tenere presente quando si impostano verifiche o si interpretano risultati di prova su questo tipo di getto.