LA DIGITALIZZAZIONE DEL SOTTOSUOLO NELLE INFRASTRUTTURE

La digitalizzazione del sottosuolo rappresenta oggi un fattore strategico per migliorare sicurezza, controllo e sostenibilità nelle infrastrutture in sotterraneo.
Nel nostro lavoro quotidiano, la modellazione geotecnica del sottosuolo, quella avanzata degli scavi in galleria, delle opere di sostegno e degli interventi di consolidamento del terreno e è fondamentale non solo per garantire sicurezza, precisione e controllo in tutte le fasi di progettuali e di cantiere, ma anche per affrontare in maniera più veloce problemi complessi che altrimenti richiederebbero tempi assai più lunghi.
In generale l’approccio BIM (Building Information Modeling) e 3D ci consente, grazie all’integrazione tra i software AutoCAD, Civil 3D e Revit, di:
✅ Creare, a partire da dati geotecnici di base affidabili, il modello geotecnico del sottosuolo
✅ Analizzare in modo dettagliato le geometrie di scavo
✅ Simulare le fasi costruttive con accuratezza
✅ Gestire con precisione paratie, tiranti e opere di sostegno
✅ Generare report per computi
Questo mese vogliamo presentarvi alcune delle applicazioni BIM più comuni in ambito geotecnico-infrastrutturale.
Prima di presentarvi alcuni casi pratici riteniamo utile fare un breve riepilogo sulle metodologie e sui mezzi informatici che si possono utilizzare per produrre modelli BIM geotecnico-infrastrutturali efficaci.

Cos’è il BIM geotecnico: la digitalizzazione del sottosuolo al servizio delle infrastrutture

Negli ultimi anni il Building Information Modeling (BIM) ha trasformato radicalmente il modo di progettare e gestire le opere civili. Se inizialmente il BIM è stato applicato soprattutto a strutture e impianti, oggi il suo utilizzo si sta estendendo con forza ed efficacia anche a un ambito tradizionalmente complesso e poco digitalizzato: la geotecnica.
Il BIM geotecnico integra il Building Information Modeling (BIM) con l’ingegneria geotecnica, applicando i principi di modellazione informativa 3D al sottosuolo e alle opere di fondazione, per ridurre rischi e costi, gestendo dati geologici e geotecnici in modo integrato con la progettazione di superficie, specialmente in ambito infrastrutturale, con software dedicati per modellare strati, stabilità e interferenze, creando una base di conoscenza condivisa e riducendo l’incertezza.
Il BIM geotecnico è l’evoluzione digitale della modellazione del sottosuolo. Non si limita a una semplice rappresentazione geometrica degli strati di terreno, ma integra:
• informazioni di carattere geologico;
• dati di sondaggi e prove in sito,
• parametri fisico-meccanici dei terreni,
I dati geologici e geotecnici sono gestiti in database che possono essere condivisi con la progettazione di superficie specialmente in ambito infrastrutturale con software dedicati per modellare strati, stabilità e interferenze, creando una base di conoscenza condivisa e riducendo l’incertezza
In questo modo, il sottosuolo diventa a tutti gli effetti una componente attiva del modello informativo, dialogando con le altre discipline coinvolte nella progettazione di nuove infrastrutture o nella gestione delle infrastrutture esistenti.
In altri Paesi le metodologie BIM in campo geotecnico sono applicate ormati da un trentennio: il Regno Unito è un leader storico, mentre nei Paesi Bassi ed in Germania sono fortemente spinte da clienti pubblici. L’Italia da questo punto di vista sta recuperando terreno implementando il BIM in modo strutturato, soprattutto dopo l’introduzione dell’obbligatorietà per gli appalti pubblici (DM 560/2017).
Nel Regno Unito, una forte spinta all’utilizzo del BIM è stata fornita dall’Association of Geotechnical and Geoenvironmental Specialists (AGS).
L’Associazione degli Specialisti Geotecnici e Geoambientali (AGS) è un ente di categoria del Regno Unito che standardizza lo scambio di dati (formato .ags) per l’ingegneria del sottosuolo, fondamentale per integrare i dati geoambientali nel BIM al fine di migliorare la progettazione, ridurre gli errori e gestire meglio i progetti infrastrutturali collegando le condizioni del terreno ai modelli digitali. Si concentrano sul miglioramento degli standard del settore, con un ruolo chiave nel garantire che le informazioni geotecniche si integrino senza soluzione di continuità nei flussi di lavoro BIM, colmando il divario tra i dati del sottosuolo e i modelli digitali del progetto.

Il database della BSG (British Geological Survey) ed il formato file .ags

Il British Geological Survey (BGS) gestisce una vasta gamma di database e raccolte dati, non un singolo “database”, che coprono la geologia del Regno Unito e non solo. Gran parte di queste informazioni è accessibile online tramite vari portali. I dati contenuti nei database possono essere scaricati in formato .ags.

Il formato di file .ags, sviluppato dall’AGS nel 1991, non è altro che un file di testo utilizzato per trasferire dati in modo affidabile tra organizzazioni nel settore delle indagini geotecniche, indipendentemente dal software, dall’hardware o dal sistema operativo.
Il formato fornisce un modo standard per trasferire dati relativi a indagini del sottosuolo, test di laboratorio e monitoraggio tra le parti coinvolte in un progetto che comprende elementi geotecnici o geoambientali.
Tipicamente, i dati vengono generati da un appaltatore di indagini geotecniche, laboratorio o equipe di perforazione sul campo, o tecnici, e poi trasferiti a tutti i membri del team di progetto. I soggetti del team, quindi, utilizzano i dati per la progettazione senza dover reinserire i dati in modo dispendioso e potenzialmente soggetto a errori o incompleti. Al termine del progetto, i dati in formato AGS sono facilmente archiviabili, per essere recuperati in un secondo momento senza richiedere conoscenze del software utilizzato per generarli. Di seguito un link per approfondire l’argomento (https://www.bgs.ac.uk/technologies/geotechnical-data-services/).
In Italia qualcosa di simile viene attuato da alcune regioni (per es. Emilia-Romagna) che fornisce risultati di verticali di indagine archiviate fornendo in alcuni casi anche i valori dei parametri geotecnici dei terreni acquisiti da prove in sito durante la realizzazione della prova geognostica, oppure in seguito ad analisi effettuate su campioni di terreno raccolti durante l’indagine.

I vantaggi della metodologia in termini di restituzione grafica degli elaborati geotecnici di progetto

L’utilizzo del BIM in ambito prettamente geotecnico, oltre a fornire database ordinati, efficienti ed interrogabili sulle indagini geognostiche, consente anche di ottenere elaborati grafici (fondamentalmente planimetrie con l’ubicazione delle indagini e profili/sezioni geotecniche) nei quali sono contenuti oggetti “dinamici”, ovvero editabili in qualsiasi momento. Nei casi in cui ad esempio si rendano necessarie modifiche alla posizione o alla profondità dei sondaggi, queste possono essere implementate in modo del tutto automatico a tutto vantaggio della velocità e dell’efficienza della progettazione. Infine, profili e sezioni sono ottenuti da un modello tridimensionale delle superfici dei contatti litostratigrafici, per cui in linea di principio, una volta costruito e validato tale modello, è possibile tracciare sezioni in qualsiasi area del modello in base alle esigenze della progettazione e alla posizione delle future infrastrutture.
Nel seguito sono mostrati alcuni esempi di applicazione di tal i concetti con Autodesk Geotechnical Modeler

• Il BIM nell’ambito infrastrutturale-geotecnico: modellazione di opere e sistemi geotecnici

I software REVIT e Civil3D, originariamente concepiti per la progettazione edilizia-strutturale e ferroviaria, possono essere utilizzati con efficacia anche nella modellazione ma può essere convenientemente utilizzato per la modellazione di opere e sistemi geotecnici.
Le applicazioni più comuni riguardano, come accennato in premessa:

• Studio di scavi e piste di cantiere
• Progettazione di opere di sostegno
• Progettazione di interventi di consolidamento del terreno
• Progettazione di tunnel e relativi interventi di consolidamento del terreno per lo scavo
  Con Civil 3d, trattando il software elementi estrusi su traiettorie (tracciati) si tende a modellare le infrastrutture che presentino uno sviluppo continuo (muri, tunnel, paratie,ecc.)
  Per la modellazione delle infrastrutture lineari, cosi come anche per la modellazione degli scavi, il software utilizza 3 elementi atti a definirne la geometria nello spazio, ovvero:
• tracciato planimetrico
• profilo altimetrico
• sezione tipo
  e lo fa consentendo numerose opzioni di modifica in corso di modellazione come punti singolari, tratte di transizione (ad esempio variazioni plano-altimetriche dell’opera), anche in questo caso a tutto vantaggio della velocità e dell’efficienza della progettazione.
  Se costruito con criterio e parametrizzando gli elementi geometrici il modello BIM diviene un elemento di grande forza per la produzione di elaborati grafici esaustivi a tutti i livelli della progettazione.
   

Di seguito si mostrano i risultati derivanti dall’applicazione pratica delle metodologie sopra esposte.

• Alcune considerazioni finali

• I vantaggi del BIM in ambito geotecnico sono innegabili e rappresentano un futuro verso il quale tendere, anche per società di ingegneria medio-piccole anche in settori differenti dall’edilizia e dall’impiantistica.
• L’adozione delle metodologie BIM nell’ambito geotecnico avrà a nostro avviso un impatto favorevole sul modo di lavorare nel settore delle indagini geognostiche finalizzate, consentendo la creazione di database sempre piu’ organizzati ed efficienti che consentano, se interrogati, di restituire informazioni esaustive sulle aree investigate.
• A tale riguardo, uno sforzo dovrà essere profuso anche da chi si occupa della progettazione e della realizzazione sul campo ed in laboratorio della campagna geognostica in quanto non si può prescindere (e questo mai) dalla qualità del dato restituito, a maggior ragione se questo dato deve far parte di un database del quale possono servirsi non solo soggetti privati, ma anche pubbliche amministrazioni o gestori di reti stradali e ferroviarie.
• In ultimo tali metodologie di progettazione possono non solo favorire l’efficienza, ma essere usate in modo proficuo come strumento di pianificazione nella mitigazione del rischio idrogeologico nel nostro Paese, attività che impegna quotidianamente risorse umane sul campo, gestori delle infrastrutture e società di progettazione.

Ringraziamenti

Un ringraziamento speciale va alla società NTI Italy S.p.A. e ai suoi tecnici/amici che ci hanno supportato nella formazione sui software Autodesk citati.

🔧 Progettare in 3D per costruire in maniera più efficiente, sottoterra e in superficie.

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Alessandro Lombardi