All’interno della suite AEC di Autodesk, Civil 3D è l’applicativo che permette agli ingegneri civili di affrontare sfide complesse di progettazione infrastrutturale in un ambiente basato su modelli tridimensionali. Si tratta di un prodotto pensato, tra le molteplici attività, per gestire dati di rilievo, elaborare modellatori di strade dinamici e flessibili, progettare intersezioni a raso e a livelli sfalsati e analizzare le informazioni sui materiali.
A supporto dell’utente, per quanto concerne la progettazione stradale e la verifica dei tracciati plano-altimetrici rispetto a quanto previsto dalla normativa vigente, viene pubblicato annualmente il Country Kit Italiano, che ha ormai raggiunto un importante livello di maturità. Ciononostante, Civil 3D manca di una parte fondamentale all’interno del progetto stradale: il dimensionamento e la verifica della pavimentazione.
È da questo spunto che ha preso il via il lavoro di tesi di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile, conseguita presso il Politecnico di Milano, di Mattia Olla, BIM Engineeer in One Team SpA.
L’obiettivo dello studio è stato quello sviluppare una soluzione per il calcolo delle pavimentazioni stradali all’interno di Autodesk Civil 3D, in modo che i progettisti non siano più costretti a utilizzare applicativi esterni, con l’inevitabile necessità di reinserimento ripetuto dei dati, duplicazione incontrollata dei documenti di progetto e perdita di coerenza del dato.
L’impianto normativo italiano
Nell’ambito di una gestione globale dell’opera infrastrutturale, dalla sua concezione fino alla sua realizzazione, gestione e manutenzione, il Codice dei Contratti Pubblici (D.Lgs. 36/2023) prevede due livelli di progettazione, il progetto di fattibilità tecnico-economica (PFTE) e il progetto esecutivo (PE), con diversi obiettivi e livelli di dettaglio richiesti.
Basandosi su tale impostazione normativa, il lavoro è stato sviluppato in modo da fornire ai progettisti di infrastrutture stradali una soluzione valida per entrambi i livelli di progettazione: un primo modello pensato principalmente per il pre-dimensionamento della pavimentazione e un secondo da utilizzarsi per la verifica strutturale della stessa.
Civil 3D e la personalizzazione del componente Multistrato
La versione 2026.1 del Country Kit Italiano per Autodesk Civil 3D ha introdotto rilevanti novità riguardanti la verifica delle intersezioni stradali a livelli sfalsati e la progettazione degli itinerari ciclabili. Accanto a queste, sono stati resi disponibili nuovi componenti sezione tipo, di fondamentale importanza per la modellazione delle infrastrutture stradali e ferroviarie.
Civil 3D, infatti, prevede una gestione notevolmente personalizzabile delle sezioni trasversali relative ai tracciati plano-altimetrici, anche grazie a una amplissima libreria di sezioni tipo e componenti sezione tipo parametrici messa a disposizione dal Country Kit Italiano. Questa libreria è stata ulteriormente estesa con la nuova versione del CKITA, con l’introduzione, tra gli altri, di un componente sezione tipo Multistrato, pensato per modellare il pacchetto di una pavimentazione stradale. Questo componente gestisce fino a un massimo di dieci strati (sottofondo escluso), garantendo perciò piena compatibilità con il caso reale, tenendo conto che le sovrastrutture in genere prevedono, nei casi più elaborati, non più di sei strati.
Il componente è stato opportunamente personalizzato con l’utilizzo di Subassembly Composer, l’estensione di Autodesk Civil 3D per la creazione di componenti sezione tipo, per assegnare a ciascuno strato alcuni parametri fisici e meccanici che lo caratterizzano a livello di progetto e verifica della sovrastruttura stradale:
- per il metodo AASHTO (PFTE): il coefficiente strutturale e il coefficiente di drenaggio;
- per il metodo del multistrato elastico (PE): il modulo di rigidezza e il modulo di Poisson.
Best practice per la progettazione delle sovrastrutture stradali in Civil 3D
Il calcolo e la verifica della sovrastruttura sono di centrale importanza per il progetto stradale: una scelta erronea del pacchetto o dei materiali che lo compongono può causare danni inattesi alla struttura nel suo complesso, oltre a disagi e riduzione del comfort e della sicurezza per gli utenti dell’infrastruttura.
Non è prescritto, nell’impianto normativo italiano, un metodo preferenziale per la verifica delle pavimentazioni stradali. La scelta di quali modelli utilizzare all’interno degli script elaborati è quindi ricaduta sui criteri più noti e utilizzati nell’ambito italiano e internazionale.
Il metodo empirico-probabilistico AASHTO, di derivazione statunitense, ma apprezzato ormai a livello globale per la sua facilità di utilizzo, permette di determinare la perdita di funzionalità di una pavimentazione dovuta all’azione del traffico, modellato come ripetizione di assi di carico standard da 80 kN.
È il metodo pensato per la verifica a livello di progetto di fattibilità tecnica ed economica (PFTE).
Certamente più articolato e quindi pensato per una verifica in ambito di progetto esecutivo (PE) è il metodo del multistrato elastico, che prevede di caratterizzare la pavimentazione stradale come una successione di strati elastici lineari, isotropi e omogenei, infinitamente estesi in due direzioni. In questo modo è infatti possibile assumere una geometria radiale e il problema tenso-deformativo è risolto impostando per ciascuno strato un’equazione differenziale del quarto ordine, per la cui risoluzione è stata utilizzata una libreria di Python open source che determina sforzi, deformazioni e deflessioni in ogni parte della pavimentazione.
I risultati derivanti dall’analisi dello stato tenso-deformativo sono utilizzati per valutare la resistenza della pavimentazione alla rottura per fatica e per ormaiamento del sottofondo.
La soluzione al problema: Dynamo per Autodesk Civil 3D
Come integrare tutti gli aspetti tecnici e ingegneristici all’interno di Civil 3D? La risposta ha un nome: Dynamo, il software di programmazione visuale disponibile in diversi applicativi della suite di Autodesk. I due modelli sono quindi stati materializzati come grafici di Dynamo in cui la successione di nodi, opportunamente collegati, permette di realizzare le verifiche predisposte per le fasi di progetto sopra descritte.
L’utente di Civil 3D non si confronta con il grafico di Dynamo, bensì utilizza il più semplice Lettore Dynamo, all’interno del quale sono elencati i dati di input richiesti: in questo modo, si ottiene una soluzione facile, comoda e di veloce comprensione anche per gli utenti meno esperti.
I grafici hanno un flusso di lavoro molto simile, così impostato:
- Estrazione dei dati dal componente sezione tipo Multistrato: realizzata la sezione tipo e inseriti i parametri del componente Multistrato, l’utente indica la sezione tipo che desidera verificare; nel grafico Dynamo sono predisposti dei blocchi che estraggono i dati utili alla verifica dal subassembly.
- Inserimento dei dati di traffico da parte dell’utente, per il calcolo del traffico di progetto secondo gli spettri previsti dal Catalogo delle Pavimentazioni, nonché dei dati previsti dal metodo AASHTO e dal metodo del multistrato elastico.
- Elaborazione dei dati: all’interno dei grafici Dynamo, sono presenti alcuni blocchi e nodi Python all’interno dei quali sono presenti le equazioni e le relazioni necessarie a svolgere le verifiche del pacchetto della pavimentazione.
- Produzione degli output, come mostrati nel paragrafo successivo.
Molteplici risultati per gli utenti in Civil 3D
Grande attenzione è stata data agli output di progetto, pensati per fornire la massima utilità ai progettisti stradali.
Un comodo report in .xls è il principale risultato derivante dell’esecuzione del grafico Dynamo. Si tratta di un foglio di lavoro con tutti i dati utili al calcolo e i risultati delle verifiche, pronto per essere allegato alla documentazione di progetto o, in caso di necessità, modificato ad hoc.
All’interno del Lettore Dynamo sono altresì presentati i risultati essenziali del calcolo: esito delle verifiche di resistenza e numero delle ripetizioni di carico ammissibili, oltre al traffico di progetto.
Il modello previsto per il progetto esecutivo, inoltre, fornisce ai progettisti l’andamento degli sforzi e delle deformazioni all’interno del pacchetto della pavimentazione: un dato di fondamentale importanza per comprendere la risposta meccano-elastica degli strati al traffico di progetto.
Un modo diverso per scoprire Civil 3D
“I modelli ipotizzati hanno superato le analisi di sensibilità proposte, risultando pienamente soddisfacenti dell’obiettivo del mio lavoro di tesi, a conclusione del quale è dovuto e sentito un ringraziamento al mio Relatore, il Prof. Emanuele Toraldo, Docente di Costruzione di Strade, Ferrovie e Aeroporti presso il Politecnico di Milano.
Di enorme supporto alla realizzazione di questo lavoro sono stati i colleghi Daniele Boni e Pietro Spreafico, che in One Team mi hanno permesso di scoprire Autodesk Civil 3D in un modo diverso dal solito e, soprattutto, mi hanno messo al centro del progetto, sempre accompagnandomi nella risoluzione dei vari quesiti postisi durante il lavoro”, conclude Mattia.