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Rilievo geometrico-topografico per architetti Punti fondamentali per un approccio pratico

Contesto Per rilievo architettonico (geometrico-topografico) si intendono le misure effettuate ai fini d’acquisizione di dati per la rappresentazione grafica di edifici, parti di edifici ed ambiente che li circonda. Tutto questo ai fini architettonici più variati come per esempio la disponibilità di dati per la progettazione (sezioni, profili, calcolo di volumi di sgombero-riporto), la pura rappresentazione degli oggetti rilevati, prove a futura memoria, rendering, dati di base per calcoli di bilancio energetico, tracciamenti, piani esecutivi, ecc. Per rilievo, inoltre, ci si riferisce pure alle procedure operative in ufficio e sul terreno, le tecnologie, la strumentazione ed i calcoli impiegati per uno svolgimento del lavoro conforme alle regole dell’arte. Termini ricorrenti Nella misurazione geometrica e topografica le nozioni teoriche ed i termini tecnici sono molti. Ognuno utile alla comprensione approfondita di una tematica particolare e per uno svolgimento ottimale nella vasta panoramica dei lavori di rilievo. Ecco alcuni di questi termini:

- Cartografia e GIS (carte, mappe, piani, dati numerici, ecc.) - Nozioni di geodetica e geodesia (sistemi di riferimento, coordinate, geoide,

ellissoide, datum, proiezioni, ecc.) - Trasformazioni tra sistemi di riferimento (Helmert, trasformazione affine, ecc.) - Teodolite, Stazione Totale (modelli di strumentazione come TC, TCR, accessori

vari per le misure, ecc.), GPS, GNSS, Laser Scanner, fotogrammetria, livellazione, pentaprisma, ecc.

- Calcoli matematici per ottenere coordinate di punti da valori misurati (Azimut, Hz, Vz, distanze, trigonometria, ecc.), punto lanciato, punti di collegamento K, stazione libera, poligonale, compensazione, ecc.

Alla luce di tutti questi argomenti ci poniamo delle domande fondamentali:

Cos’ é veramente importante ?

Qual’é l’approccio che devo avere come architetto al rilievo geometrico ?

Cosa devo considerare / come devo pormi prima d’affrontare il rilievo ?

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Schema d’approccio pratico al rilievo geometrico-topografico In questo capitolo viene presentata una procedura, consigliata per affrontare e svolgere il rilievo nel modo più rapido, meno dispendioso, economico e con i migliori risultati. La procedura si suddivide in tappe che verranno poi commentate e completate da esempi pratici (quando possibile).

Cosa devo rilevare ? Precisione ?

Scala ? Output / risultati ? Costi / guadagni ?

Tappa 1 - Mandato

Capacità tecniche ? Qualifiche professionali ? Leggi, ordinanze, norme ? Strumentazione adeguata ? Girare il mandato a terzi ?

Tappa 2 - Capacità

Valuto le offerte

Non ci sono le condizioni per svolgere il rilievo

Tappa 3a - No rilievo

Segue fase operativa

Ho le capacità, i mezzi, le qualifiche per svolgere il rilievo

Tappa 3b - Sì rilievo

Come opero sul posto ? Mi serve materiale particolare ?

Configurazione strumenti ? Quante persone ?

Condizioni di lavoro ? Stima tempo terreno-ufficio ?

Tappa 4 - Preparazione

Schizzo rilievo ! Giornale operativo !

Documentazione fotografica ! Annotazioni !

Ottimizzazione del lavoro ! Calcoli ! Elaborati !

Tappa 5 - Rilievo + ufficio

Chi utilizzerà i dati ? Come li utilizzerà ?

CAD, GIS, cartaceo, altro ?

Formati ? Relazione tecnica ?

Tappa 6 - Consegna

Solo in planimetria ? Solo quote ? Planimetria + quote ? Strumentazione

- Stazione totale ? - Solo quote ? Livellazione ? - Solo distanze ? bindella, doppio metro, distanziometro laser ? - Fotogrammetria terrestre ? - Altri metodi ? Laser scanner ? GPS / GNSS ? … ?

Sistema di riferimento ?

- Planimetria: sistema locale ? Sistema nazionale o universale ? - Quote: quote relative ? Quote assolute ?

Metodologie di rilievo - procedimento ? (se utilizzo Stazione totale)

- Metodo rigoroso (su punti fissi di riferimento) ? - Metodo di Helmert (collegamento delle sessioni con punti K) ? - Facciate (proiezione dei punti su piano facciata) ? altro ?

Fattibilità

Rilievo operativo

Non rilievo

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Tappa 1 - Mandato La prima tappa in un lavoro o progetto di rilievo (e non solo) consiste nel valutare la fattibilità di svolgimento dello stesso. Nel caso un architetto debba partecipare ad un bando di concorso o venga chiamato ad effettuare un mandato di rilievo, dovrà valutare attentamente diversi aspetti preliminari. Attenendosi a ciò che richiesto si domanderà: di che tipo di rilievo si tratta? Cosa, quale oggetto o gruppo d’oggetti devo rilevare? Con quale precisione e scala d’acquisizione? (esempio: un monitoraggio strutturale di edifici, a seguito di costruzioni sotterranee, necessità forzatamente precisioni sub-millimetriche quindi livellazione di precisione con conoscenze d’impiego e di calcolo non indifferenti). Spesso quest’ultima domanda condiziona tutte le decisioni future perché la precisione dei risultati ed il grado di dettaglio nel rilievo sono strettamente legati alla metodologia e strumentazione che dovrà essere impiegata durante il lavoro (Tappa 2). Risultati e bilancio dei costi sono aspetti fondamentali di decisione per accettare un progetto. Tappa 2 - Capacità Subito dopo e parallelamente alla visione del mandato l’architetto dovrà domandarsi: con ciò che richiesto sono in grado di portare a termine il lavoro? Ho le capacità tecniche e le qualifiche professionali per eseguire il mandato? Attenzione, non confondere l’una con l’altra. Posso essere molto bravo ad eseguire un lavoro ma non ho le qualifiche per farlo (esempio: lavori di misurazione ufficiale-catasto possono essere svolti unicamente dal geometra revisore del comune in questione). Esistono leggi, ordinanze, norme o raccomandazioni alle quali attenersi per il tipo di lavoro chiesto? (esempio: OMU, OTEMU per la misurazione ufficiale, SIA 400:2000 per le costruzioni, SN (norma svizzera) 500 400 per l’elaborazione dei piani 1:50 di edifici, NAPR per una domanda di costruzione). Ho le risorse umane e materiali (mezzi, strumenti, softwares) adeguati? (esempio: indispensabile la stazione totale per rilievi di una certa entità e precisione; oppure se lavoro già con ArchiCAD è indispensabile il modulo ArchiTerra se voglio fare calcoli di volume ed interpolazione di dati di rilievo). Dopo la tappa 1 e tappa 2 ho tutto ciò che serve per sapere se è nelle mie possibilità effettuare il rilievo oppure no. Nel caso negativo, Tappa 3a - No rilievo, decido di non effettuare il lavoro direttamente. Non è detto che io non possa partecipare ugualmente ad un bando di concorso o rinunciare al mandato. Come architetto posso benissimo coordinare un progetto di rilievo girandolo a terzi (studi d’ingegneria, ditte specializzate, ecc.). (esempio: il progetto é un rilievo 3d di dettaglio al Laser scanner; non ho le competenze e la strumentazione molto costosa per fare il rilievo ma posso farlo fare ad altre ditte valutando le offerte ed essendone critico).

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Rilievi di monitoraggio frane e mappatura geomorfologica. Non nelle competenze dell’architetto per scarsa conoscenza dell’oggetto di rilievo e delle precisioni richieste. Fonte IST/SUPSI

Tipico rilievo architettonico nelle competenze dell’architetto. Castello San Materno ad Ascona con prospetto lato Sud-Ovest. Fonte studio topografico Guido e Nadia Longhini, Brusino Arsizio

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Tappa 4 - Preparazione Nel caso in cui ci sono tutte le condizioni per effettuare il rilievo, Tappa 3b - Sì rilievo, passo di fatto alle fasi operative che comprendono lavoro di terreno e d’ufficio. Per una buona riuscita dei lavori di rilievo, quindi ridurre al minimo gli imprevisti sul terreno ed ottimizzare la finestra di lavoro, è indispensabile una preparazione minuziosa. In particolare dovrò domandarmi: come mi muovo sul luogo di lavoro? Sono solo io con i miei collaboratori o intralcio, mi sovrappongo ad altre persone che operano per esempio sul cantiere? Inoltre mi serve del materiale particolare oltre alla strumentazione scelta per il rilievo? (esempio: piccoli target, bollini, chiodi, spray … per materializzare i punti di stazionamento-orientamento oppure i punti di collegamento K). Che tipo di strumento utilizzo? Con che metodologia? E quale sistema di riferimento? (argomento sviluppato in seguito più nel dettaglio) Quante persone sono implicate nel rilievo? E quali sono le mansioni di ciascuno? È molto importante pensare a come ottimizzare il tempo di lavoro di terreno. Importantissimo già disporre di materiale inerente l’oggetto di rilievo (planimetrie, piani, mappe particolari, fotografie, lista di coordinate, ecc.) prima di recarsi sul posto per il lavoro. (esempio: per il rilievo di una facciata è molto comodo disporre già di una foto stampata utilizzabile come base di riferimento per annotare quali sono i punti misurati; oppure per la misura di sezioni in una parcella indispensabile un piano catastale). L’ultima operazione é la configurazione degli strumenti (se elettronici). Questa va fatta per tempo ed in base alle esigenze del rilievo. (esempio: per tracciamenti con GPS configurare sulla metodologia rtk. Per misure con stazione totale preparare lista dei codici, coordinate dei punti fissi di riferimento, creare i Job di lavoro, ecc.). Tappa 5 - Rilievo + ufficio Prima d’utilizzare ogni qualsiasi strumento di misura è importantissimo prendere visione dell’oggetto di rilievo, studiandolo. È molto importante capire l’oggetto e pensare a come affrontare il rilievo. Per questo motivo è indispensabile iniziare con uno schizzo dove disegnare in grandi linee gli elementi fondamentali dell’oggetto ed i punti che vorrò rilevare (esempio: in una facciata schizzarne il perimetro, le aperture e tutto ciò che voglio misurare, per una sezione il suo sviluppo; per un rilievo topografico i punti fondamentali di riferimento, gli stazionamenti, gli orientamenti). Dopo aver preso piena visione dell’oggetto di rilievo posso iniziare l’acquisizione dei dati completandoli, nel caso, con fotografie, annotazioni varie e documentando le operazioni più importanti svolte durante i lavori in una sorta di giornale operativo. L’acquisizione dei dati è fortemente condizionata dagli strumenti, dalla metodologia adottata e dal sistema di riferimento scelto (argomento sviluppato in seguito più nel dettaglio).

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Dopo il rilievo, in ufficio, scarico i dati ed effettuo i calcoli necessari ad ottenere i risultati voluti (esempio: listato di coordinate da utilizzare in CAD per la restituzione dell’oggetto). Anche in questo caso è importante disporre di attrezzature tecniche e softwares adeguati (esempio: fogli excel su trasformazione di Helmert, proiezione su piani, calcolo polare, … creati appositamente). Il lavoro prosegue con la restituzione vera e propria dell’oggetto di rilievo su base dei dati grezzi e/o calcolati. Questa fase, di solito praticata in ambiente CAD e/o GIS, comprende generalmente un disegno tecnico convenzionale (esempio: stili, tratteggi, spessore linee ben definiti per un piano 1:50) finalizzato ad elaborare piani, mappe o database pronti per la consegna.

Schizzo di facciata con punti misurati

Listato coordinate del rilievo svolto

Elaborato di una sezione torrente

Rilievo al Laser Scanner, fonte 4 EMME

Rilievo di sezioni torrente con ST

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Strumentazione - Sistema di riferimento - Metodologie di rilievo La metodologia di rilievo quindi la strumentazione utilizzata rivestono un’importanza assoluta. Queste determinano la precisione d’acquisizione e condizionano tutte le fasi operative, dalla preparazione del rilievo stesso ai lavori d’ufficio. (Esempio : una facciata può essere rilevata con strumenti semplici di sole distanze (distanziometro laser, doppio metro, bindella) oppure con Stazione Totale, oppure l’Ortorettifica, o ancora con Laser Scanner. Le conoscenze dell’operatore, i mezzi, i costi, ma anche i risultati cambiano fortemente da un metodo all’altro). Anche la scelta del sistema di riferimento è assai importante e va ben definita sin dall’inizio dei lavori di rilievo. È utile acquisire l’oggetto di rilievo nel sistema nazionale? Oppure posso adottare un semplice sistema locale scelto arbitrariamente? Di regola si adotta un sistema nazionale o globale, tanto per le coordinate in pianta quanto per le quote, quando il rilievo dev’essere inserito in un contesto più ampio quindi messo in relazione con altri dati cartografici già esistenti (Esempio : per un rilievo di curve di

Immagine riassuntiva sul processo cartografico di produzione di piani e mappe a seguito di un rilievo, o più in generale dell’acquisizione di geodati. Fonte IST/SUPSI

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livello e sezioni su parcelle, oppure per l’aggiornamento di mappa nella Misurazione Ufficiale (MU) è assolutamente indispensabile utilizzare il sistema nazionale. In Svizzera CH 1903 o CH 1903+. Per una facciata o una pianta d’interno edificio va benissimo un sistema locale. In pianta durante l’acquisizione si userà un sistema cartesiano classico oppure una linea base di riferimento). Infine devo chiedermi : con che procedimento operativo svolgo il rilievo? Ogni procedimento operativo presenta vantaggi e svantaggi ed è necessario tener presente questi aspetti per ridurre i problemi ed i tempi di lavoro. (Esempio : per il rilievo di facciata con Stazione Totale posso adottare un procedimento rigoroso di stazionamento - orientamento su punti di una rete di riferimento (tanto locale quanto globale) oppure svolgere le misure nel metodo di Helmert con stazionamenti liberi e la misura di punti di collegamento K. In quest’ultimo caso, più frequente tra gli architetti, ho il vantaggio di una certa velocità e flessibilità sul terreno ma il rilievo è leggermente meno preciso ed il post-trattamento in ufficio è più impegnativo).

Rilievo di facciata con ortorettifica : fotografia da proiezione centrale ad ortogonale, Fonte IST/SUPSI

Rilievo con Stazione Totale : Fasi operative illustrate, Fonte

IST/SUPSI

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… ridisegno in ambiente CAD

Rilievo con Stazione Totale : punti proiettati sul piano facciata prima della restituzione

Restituzione della facciata in ambiente CAD, Fonte IST/SUPSI

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Rilievo di facciata con Stazione Totale : possibili procedimenti operativi tramite Metodo rigoroso o Metodo di Helmert,

Fonte IST/SUPSI

Scelta del sistema di riferimento su cui effettuare il rilievo : (1) Sistema nazionale svizzero CH 1903 ; (2) Rilievo di edifici su base ortogonale ; (3) Superfici di riferimento per le quote

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Tappa 6 - Consegna La domanda principale che devo pormi nel confezionare i documenti di consegna al committente è la seguente : chi utilizzerà il risultato del mio lavoro? Ha le capacità per gestire ed interpretare i miei dati? Per quale scopo? A tal proposito sarò in particolare attento al tipo di formato come pure alla versione (Esempio: solo cartaceo, se numerico *.dwg, *.shp, *.txt, …). Un lavoro ben presentato da un valore aggiunto a tutto ciò che è stato svolto quindi di regola meglio consegnare sempre anche una relazione tecnica (anche sommaria) nella quale vengono snocciolate e commentate tappe del progetto e risultati ottenuti. Conclusioni Piani e mappe sono lo strumento di lavoro quotidiano di un architetto. La profonda conoscenza dell’edificio e dell’ambiente che lo circonda da a questo professionista la possibilità di sviluppare lavori e progetti di rilievo geometrico e topografico anche di una certa importanza. Ci auguriamo che i parametri da prendere in considerazioni illustrati in questo breve documento siano utili al lettore nello svolgimento di un rilievo con quel rigore e precisione supplementare che può portare ad un optimum di risultati. Casi pratici : quando è utile il rilievo Certificazione CECE (Certificato Energetico Cantonale Edifici) La certificazione CECE è un’operazione eseguita da un professionista del settore energetico (generalmente un architetto o ingegnere) che consente di ottenere una valutazione sull’efficienza energetica di un edificio. Tale valutazione, risultato di un’analisi che prende in considerazione svariati parametri, da come risultato la classificazione dell’edificio in una scala di valori da A (molto efficiente) a G (poco efficiente). Il CECE propone inoltre un ceck-up completo dell’edificio con delle misure di risanamento volte a migliorare lo stato energetico complessivo. I dati necessari all’elaborazione di un CECE sono diversi, eccone alcuni : - Tipo di riscaldamento - Consumi per riscaldamento, consumi elettrici, consumi in acqua, … - Tipo e spessore degli strati isolanti, apporti esterni in energia (apporti solari), … - Materiali edilizi, classe ed età degli elettrodomestici, … Di questi dati input molti sono di carattere geometrico (volumi, aree, statistiche sui materiali per facciata, ecc.) e quindi gioco forza è indispensabile un rilievo ex. novo se non si dispone di piani, sezioni e prospetti già esistenti (caso tipico di vecchi edifici come rustici) oppure di un completamento e/o verifica laddove questi documenti ci sono già. Alla luce di tutto ciò che è stato elencato sin d’ora sul rilievo possiamo valutare quale approccio adottare per l’elaborazione di piani a scopo del CECE. Ammettiamo d’aver bisogno unicamente delle facciate di un edificio. Quali domande devo pormi

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inizialmente? Che tipo di risultato voglio ottenere? Senza troppo elencare tutti gli aspetti del rilievo descritti sopra considero solo quelli più importanti, ovvero:

• che cosa voglio ottenere? Per ogni facciata una statistica in mq. sui materiali costruttivi (per definire i coefficienti di trasmissione termica) utili al software per il calcolo energetico.

• Con quale precisione? Precisione relativa, se sbaglio di 1-2 mq su una facciata non c’è problema.

Ecco che automaticamente, unicamente con questi due parametri posso decidere il tipo di rilievo, la strumentazione, ecc. Per un edificio relativamente semplice ed accessibile il rilievo più semplice consiste nell’utilizzare sole distanze, direttamente sulla facciata stessa. Posso far uso di doppio metro, bindella e per facilitare il lavoro un distanziometro laser. Nessuna restituzione in CAD visto che voglio unicamente dei valori statistici, utilizzo quindi dei soli schizzi di terreno.

Ing. Alessio Spataro, IST-SUPSI

Esempio di rilievo di facciata per scopo CECE. Utilizzo del solo schizzo per il calcolo statistico dei mq. di materiale costruttivo.