Gli errori di progettazione: una risorsa per meglio progettare

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Come scrive Henry Petroski nel suo “Gli errori degli ingegneri“, (Pendragon, 2010), “pur essendo estremamente istruttiva per ciò che riguarda la natura della progettazione e le tecniche di costruzione, la casistica storica è in gran parte assente dai programmi accademici per ingegneri”.

Conoscere gli errori è istruttivo almeno tanto quanto apprendere i fondamenti della progettazione e del calcolo strutturale. Comprendere come si sia potuto verificare un errore aiuta però molto più di qualsiasi studio di progetto, per quanto fatto, come si dice, a regola d’arte.

Si avverte una crescente esigenza di approfondire queste tematiche, anche perché i tecnici sono sempre più spesso chiamati a indagare fenomeni di crollo totale o parziale e a riferirne la spiegazione a un giudice in sede di procedimento processuale.

Nel seguito, si intende fornire una rapida panoramica tesa a formare una prima casistica in tema di errori nell’ambito delle costruzioni.

Le principali cause di collasso strutturale

Si riportano di seguito le statistiche inerenti i collassi strutturali per come individuate da A.C. Walker in “Study and Analysis of the first 120 failure cases. Structural failures in buildings” (Institute of Structural Engineer, London, 1981):

  • Errata valutazione dei carichi e/o del comportamento strutturale 43%
  • Procedura di edificazione della struttura eseguita in modo non corretto 13%
  • Variazioni impreviste e casuali dei carichi, della struttura oppure dei materiali 10%
  • Mancato rispetto di capitolati o specifiche tecniche 9%
  • Errori di calcolo 7%
  • Utilizzo delle strutture non confacente alle ipotesi del progetto, catastrofi, deterioramento incontrollato delle strutture 7%
  • Mancanza di istruzioni e specifiche per la corretta esecuzione 4%
  • Altre cause 7%

Spicca, vista la frequenza altissima rispetto al resto della casistica, l’errata valutazione dei carichi o del comportamento strutturale, che, da sola, ammonta quasi alla metà degli episodi di crollo.

Se poi si aggiunge che, da un certo punto di vista, tale casistica potrebbe essere ricompresa in una famiglia più ampia, ovvero quella degli errori di calcolo (nella quale quindi si assommano errori banali di calcolo, di distrazione, con veri proprio errori dal punto di vista ingegneristico), si arriverebbe senza alcuna approssimazione al 50%.

Nel 50% dei casi, i crolli sono dovuti a errori di progettazione

È sufficiente questa statistica impietosa a richiamare l’attenzione sulla delicatezza della fase progettuale.

Nell’ambito però di questa famiglia onnicomprensiva, si ritiene più corretto individuare alcune sottoclassi:

  • Mancata individuazione di uno o più stati limite
  • Mancata conoscenza di specifici fenomeni fisici
  • Errata definizione dei modelli di calcolo
  • Mancata definizione dei dettagli costruttivi
  • Errata definizione del quadro geotecnico

Si ritiene che qualsiasi caso di crollo che non sia riconducibile a comportamenti dolosi o a errori banali possa appartenere a una delle sottoclassi sopra indicate.

Per errori banali si intendono tutti gli errori commessi per distrazione, superficialità, imperizia o dolo. Di tale categoria di errori, in questa sede, non ci si occuperà.

Scopo della classificazione suddetta, infatti, è quella, in definitiva, di fornire ai progettisti un quadro chiaro degli errori nei quali un professionista, seppure responsabile, onesto e competente, può cadere.

Nel seguito, si preferisce procedere appoggiandosi a un caso reale per ciascuna delle sottoclassi, nell’ottica appunto di rispettare l’impostazione generale data in premessa.

Mancata individuazione di uno o più stati limite

Uno dei più famosi esempi di crollo è quello del condominio di Ronan Point a Canning Town, in Inghilterra (l’episodio di cui al seguito avvenne il 16 maggio 1968).

Il condominio era stato realizzato assemblando elementi prefabbricati (pareti, pavimenti e soffitti, scale) in calcestruzzo armato in luogo di elementi gettati in opera, per un totale di 24 piani.

Un’esplosione di gas al diciottesimo piano fece crollare una parete e quello che sembrava potersi definire un collasso localizzato innescò invece il crollo di un’intera ala dell’edificio, dal diciottesimo piano in su.

Sebbene ciascun piano fosse considerato in sé portante, l’assemblato era privo di connessioni valide e, soprattutto, risultava carente in termini di iperstaticità.

L’iperstaticità, al di là del concetto classico della scienza delle costruzioni, si può definire come la presenza di risorse ulteriori rispetto alle minime che garantiscono la stabilità di una struttura.

Tutte le norme ad oggi in vigore stabiliscono che, per il calcolo di una struttura, si debbano individuare tutti i possibili scenari di collasso cui la stessa può essere soggetta. In primo luogo, quindi, la progettazione deve definire tutti i possibili stati limite.

Allo stesso modo, tutte le norme ad oggi in vigore stabiliscono una sostanziale differenza fra azioni ordinarie e azioni eccezionali, dando alle prime la priorità in termini di probabilità di accadimento e, di conseguenza, di considerazione in ambito progettuale.

Una buona progettazione non può però prescindere da una valutazione, anche estrema, se si vuole, delle conseguenze relative a un collasso localizzato. Per fare un esempio semplice, nel calcolare un ponte a più campate, occorrerebbe valutare quali effetti conseguirebbero al crollo di una pila intermedia: è chiaro che l’impalcato non può e non deve essere dimensionato considerato una luce, ad esempio, doppia rispetto a quella effettiva, ma c’è una sostanziale e ovvia differenza fra un impalcato che crolla a terra distrutto e uno che si piega in modo drastico, eppure conserva la sua integrità strutturale.

Nel caso del condominio di Ronan Point, è stata sufficiente l’eliminazione di un elemento verticale portante per determinare un crollo molto ampio. A prescindere dal carico che ha innescato il collasso, di natura senza dubbio eccezionale, è chiaro che situazioni di questo genere andrebbero evitate, perché qualunque ottimizzazione in termini di impiego di materiali o soluzioni strutturali non può e non deve valere neppure una piccola percentuale di probabilità di accadimento di un danno che possa provocare la perdita di vite umane.

Mancata conoscenza di uno o più fenomeni fisici

Questa è una categoria di crolli che, in qualche modo, richiama il progettista all’umiltà che sottende il detto socratico “io so di non sapere”, summa della massima saggezza raggiungibile secondo la cultura occidentale.

Si consideri ad esempio il caso del ponte Québec.

Un’analisi a posteriori del ponte scozzese sul Firth of Forth effettuata a inizio Novecento convinse i tecnici che la progettazione eseguita a suo tempo (circa vent’anni prima) fosse stata improntata a una eccessiva prudenza.

All’atto della progettazione del nuovo ponte Québec, caratterizzato da una campata simile al ponte scozzese, si operò una profonda ottimizzazione degli elementi strutturali, del tutto congruente con le conoscenze dell’epoca. Risultato: il ponte Québec crollò già in fase di realizzazione.

Una sana prudenza o, per meglio dire, una ancora più sana umiltà avrebbe potuto evitare il problema. Il progresso scientifico e quello tecnologico continuano da secoli e proseguiranno in futuro. Si tratta di settori ai quali i progettisti apportano contributi limitati, perché il loro ruolo è quello di applicare tecniche e teoria alla pratica, non di fare ricerca.

È evidente che, affrontando una determinata progettazione – oggi – bisogna tenere sempre in considerazione la possibilità che, fra qualche anno, dalle università escano pubblicazioni in cui si presentano nuove tecniche di calcolo che avrebbero trovato applicazione proprio in quella progettazione. Un esempio famoso sono i fenomeni di instabilità aeroelastica nei ponti sospesi, noti oggi dopo essersi manifestati con famosi crolli.

Errata definizione dei modelli di calcolo (o errato utilizzo dei software per la definizione dei modelli di calcolo)

Si porta ad esempio di questa sottoclasse il crollo dell’aula magna del Policlinico Umberto I dell’Università La Sapienza di Roma.

Secondo quanto reperito in bibliografia (M. Pasquino, M. Modano, A. DeMajo “Il dissesto dell’Aula Magna del Policlinico Umberto I dell’Università La Sapienza di Roma: diagnosi e cause del crollo”, Atti del Convegno CRASC 06 “Crolli e affidabilità delle strutture civili”, Università degli Studi di Messina, 20 – 22 aprile 2006), questo crollo è ascrivibile ad un vero e proprio errore di interpretazione dei risultati del modello di calcolo, “poco intellegibile a tecnici poco adusi ad un calcolo strutturale tridimensionale mediante l’uso dell’elaboratore”.

Un esempio di come l’utilizzo dei software può risultare dannoso, se privo di una solida valutazione indipendente, anche con metodi manuali. Nello specifico, l’errore è consistito nell’aver dimensionato alcune armature a fronte di una sezione resistente non corretta: è probabile che sarebbe stato sufficiente considerare la porzione di trave incriminata come elemento isolato incastrato o incernierato agli estremi per non commettere l’errore.

La sottoclasse in esame esigerebbe una disamina molto ampia, che esula dagli scopi del presente lavoro, nell’ambito del quale ci si limita a sottolineare i rischi legati a valutare una struttura solo mediante modelli di calcolo a elementi finiti, ovvero senza un predimensionamento preliminare con metodi manuali e senza controlli in itinere e conclusivi, ancora una volta con metodi manuali.

Mancata o incompleta definizione dei dettagli costruttivi

Può accadere che i crolli siano da ricondurre ad una scarsa o assente rispondenza fra le ipotesi di progetto e i reali dettagli costruttivi. È in tale ottica che si inquadra la presente sottoclasse.

In ambito progettuale, occorre che tutti i dettagli siano definiti al meglio e in modo del tutto rispondente alle ipotesi di progetto.

Tipiche fonti di errore, in tal senso, possono essere i collegamenti nelle strutture metalliche e i sistemi di tirantatura delle paratie per il sostegno del terreno.

Si pensi, in merito al primo aspetto, ai problemi che possono conseguire alla realizzazione di un collegamento trave portante trave portata in modo non congruente con un’ipotesi di progetto di, ad esempio, cerniera pura. Diagrammi delle sollecitazioni, inflessioni e comportamento complessivo di una struttura dipendono dal sistema di vincoli, quindi un errore in tal senso può rivelarsi fatale.

Vincenzo Nunziata, nel suo “Teoria e pratica delle strutture in acciaio” (Flaccovio, Palermo, 2007), indica in modo chiaro che i collassi delle strutture metalliche sono, nel 30% dei casi, legati a problemi di vario genere relativi ai collegamenti (inclusi, con ogni probabilità, quelli dovuti a una cattiva esecuzione) e che solo i problemi in fase di realizzazione rappresentano una casistica di crolli più popolata (configurandosi, forse, nella categoria della mancata considerazione di uno o più stati limite).

Numerosissimi sono invece i casi di crollo di paratie riconducibili ad una errata realizzazione dei sistemi di tirantatura costituiti da tirante, cunei di ancoraggio e travi di contrasto. In tal senso, il progettista non può esimersi dal concepire un sistema idoneo a garantire il rispetto delle ipotesi di progetto (il sistema di tirantatura rappresenta un vincolo a tutti gli effetti) non solo in termini generali, ma approfondendone la rappresentazione grafica e le specifiche di posa in modo da essere certo di fornire all’impresa tutte le necessarie indicazioni per una corretta esecuzione.

Errata definizione del quadro geotecnico

È chiaro che la progettazione geotecnica rappresenta un settore specialistico, spesso non appannaggio di un calcolatore strutturale, ma questa sottoclasse va sempre tenuta ben presente perché, di fatto, un problema a livello fondazionale, ha ripercussioni talmente grandi da poter portare al collasso anche della sovrastruttura meglio progettata.

I più comuni errori della progettazione geotecnica, secondo N. Augenti, B. Chiaia “Ingegneria forense”, Flaccovio, 2011, sono:

  • Leggerezza nella pianificazione delle indagini
  • Errata individuazione del modello geologico
  • Errata individuazione del modello geotecnico e/o dei parametri geotecnici
  • Mancanza delle necessarie verifiche geotecniche nel rispetto della norma
  • Carenze in fase di esecuzione delle opere.

Di particolare interesse è sottolineare che una delle cause di problemi può essere la banale omissione o la non corretta effettuazione di una o più delle verifiche geotecniche previste dalla norma. Di per sé si tratterebbe, nell’ambito di questo lavoro, di uno di quegli errori banali di cui si diceva prima, ma si ritiene utile sfruttare l’occasione per evidenziare che il settore geotecnico non coincide con quello geologico (cioè non si riduce alla redazione della relazione geologica, che fornisce informazioni importantissime circa l’inquadramento dell’opera, ma nulla circa l’idoneità delle fondazioni) e risulta invece appannaggio di un progettista specializzato nelle calcolazioni di tipo geotecnico. Muovendosi il mondo della progettazione sempre di più verso una estrema specializzazione tecnica, diventa sempre meno probabile che un’unica figura sia in grado di occuparsi di tutti gli aspetti relativi al concepimento di un’opera, perciò è bene considerare anche l’eventuale uscita dal proprio settore come fonte di errore, riconducendosi in qualche modo il caso a quello della mancata conoscenza dei fenomeni fisici.

Emanuele Ruggerone

Bibliografia

Augenti, Chiaia “Ingegneria forense – metodologie, protocolli, casi studio”, Palermo, Flaccovio, 2011

AAVV “Crolli e affidabilità delle strutture civili”, Palermo, Flaccovio, 2007

Petroski “Gli errori degli ingegneri”, Bologna, Pendragon, 2010

  1. Bilancetti, F. Bilancetti “La responsabilità dei professionisti tecnici”, Cedam, 2012
  2. Rugarli “Validazione strutturale, EPC, 2014.
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