Le strutture prefabbricate: realizzazioni e prospettive

Marco di PriscoDipartimento di Ingegneria Strutturale

Politecnico di Milano(www.stru.polimi.it)

Anno accademico 2004- 2005

• cenni storici

• l’industria dei prefabbricati oggi in Italia

• le strutture: produzione corrente e prodotti d’avanguardia

• la ricerca

• futuri sviluppi

Cenni storici• Anni 30: nasce l’idea della prefabbricazione• Anni ‘40-’60: infanzia• Anni ’60: giovinezza – diventa una realtà commerciale• Anni ‘70-’80: massima espansione• Anni ’90: atteggiamento difensivo contemporaneo alla

affermazione di nuovi materiali• Anni 2000: sviluppo tecniche di getto, di vibrazione,

l’avvento di additivi e miscele che privilegiano le partifini (Rck > 100 MPa), l’aggiunta di fibre di varia natura→ ampio spettro di possibilità costruttive cherafforzano la figura del progettista capace di saperscegliere la soluzione ottimale partendo dal materiale.

• I primi episodi artigianali risalgono all'inizio del secolo.1911: viene fondata a Milano la prima azienda produttrice di blocchi in calcestruzzo per muratura

Date significative

•Periodo fascista: la penuria e l'alto costo in Italia dell'acciaio, sono all'origine della nascita delle travi Varese, le cosiddette "putrelle dell'autarchia”; in versioni diverse e successive evoluzioni, vengono impiegate nella costruzione di coperture a volta di edifici industriali.

•1920: appare sul mercato il palo in cemento armato centrifugato.Nello stesso periodo vengono prodotti altri manufatti tra i quali le prime tubature per acquedotti e, per la loro ampia diffusione, paletti per le recinzioni ferroviarie.

• 1934: costruzione del primo barcone fluviale in cls con una progettazione capace di risultare a tenuta d’acqua

•fine anni ’30: teorie di precompressione di Freyssinet, ma l’acciaio … non era pronto!

•1948: appare il primo articolo che tratta delle “factory cast concrete units” ; nasce in questo periodo il cemento a rapido indurimento.

•Anni ’50: inizia un po’ ovunque la prefabbricazione di travi precompresse → ricerca di una resistenza elevata in tempi brevi per il cls; nascono i primi sistemi completi per la realizzazione di edifici industriali

• 1950 inizio del processo di industrializzazione favorito dalle nuove tecnologie produttive meccanizzate per la compattazione del calcestruzzo provenienti dall'estero. Nascono i primi esempidi tubi prefabbricati in calcestruzzo per fognature. L'impiego di un processo di fabbricazione, nato da un brevetto austriaco di inizio secolo, consente la produzione di elementi che abbinano cemento ed amianto. Nasce così il fibrocemento che viene utilizzato su vasta scala sia per le sue caratteristiche tecniche sia per l'ottimo rapporto prezzo/prestazioni.

•1956 nasce ASSOBETON. La produzione si diversifica passando da strutture di copertura a sistemi strutturali più complessi, completati anche, a partire dal 1960, da pannelli di tamponamento. Compaiono le travi a Yintervallate, con coperture in lastre curve di fibrocemento e i tegoloni precompressi per le coperture piane.

•1954, a causa della scarsità di legname e su richiesta delle Ferrovie dello Stato, si iniziano a produrre ed a mettere in opera traverse in calcestruzzo armato.

• Anni ’60: si costruiscono molti edifici ad uso uffici e capannoni industriali. Si assiste al tentativo di collocare sul mercato prodotti specializzati (shed per pensiline, muri di contenimento standardizzati, piccoli ponti, serbatoi): in alcuni mercati europei si affermano le travi da ponte prefabbricate fino a 30 m di luce, mentre in altri si sviluppano le prime tecniche di conci a sbalzo per ponti lunghi. Sulle riviste appaiono i pannelli di facciata, particolari di giunti, problemi di stabilità per strutture prefabbricate, isolamento acustico, problemi architettonici.

• 1965: i temi trattati in una conferenza internazionale mostrano il livello di approfondimento raggiunto:

- concrete element in bridges- floor slabs- sound insulation in concrete element buildings- structural problems- stability- force transfer in connections- tolerances- regulations and control- concrete element facades- sealing of joints

•1966: alla conferenza del CEB viene richiesta una maggiore industrializzazione del processo produttivo.

• Fine anni ’60 oltre ai temi già citati si ravvisano articoli su:-coordination of the planning-corbels-control procedures-durability-characteristics of polyester and epoxy-accelerated curing

appare il cls leggero e viene avviato il processo della tecnologia del cls in parallelo con la costruzione delle prime piattaforme offshore. Le fibre nel cls divengono un tema di attrazione.

• Negli ultimi 30 anni risultano via via disponibili varie tipologie di cemento, oggi raggruppati in oltre 150 tipologie che fanno capo a 4 classi principali: I) cemento portland standard, II) cemento Portland composito, III) cemento a rapido indurimento (d’altoforno), IV) a basso calore rilasciato (pozzolanico)

•Anni ’70: nascono numerose ditte di prefabbricazione di grandi dimensioni che tentano di avviare connessioni internazionali. Lo stabilimento di produzione è per ovvie ragioni relative al costo di trasporto posto in prossimità del bacino di utenza, ma circolano le idee come attesta la maggiore partecipazione ai congressi sul tema

•1970: nascono le prime cabine elettriche prefabbricate che gradualmente sostituiscono quelle realizzate in opera. Alcune società tedesche commercializzano manufatti in calcestruzzo cellulare autoclavato, la cui produzione diretta da parte di alcuni produttori italiani inizierà nella metà degli anni ottanta. Alla fine del decennio inizia inoltre la produzione industriale dei masselli autobloccanti.

• 1980: grandi investimenti per incrementare produttività e qualità.(computerizzazione delle centrali di betonaggio ed automazione delle casseforme). Nasce I.C.M.Q. (Istituto Certificazione e Marchio Qualitàper Prodotti e Servizi per le costruzioni). Si afferma prepotentemente il concetto di durabilità. Nascono le strutture ibride.

•1990: il divieto per ragioni sanitarie dell'impiego di amianto in tutti itipi di manufatti stimola i produttori a mettere a punto un nuovo materiale denominato fibrocemento ecologico.- Ruolo dominante della Rck (HSC); migliorano i sistemi di vibrazione e i macchinari di produzione.

• Anni ’80 –’90: il mercato si allarga e si afferma la tecnologia degli hollow-core slabs. L’assortimento dei prodotti disponibili comprende oggi: tunnels prefabbricati, scale a spirale, muri e paratie.

La fabbrica moderna, unita ad una nuova cultura architettonica, diventa sempre più un modo di concepire la costruzione ed il processo edilizio, un modo di pensare il manufatto, il componente e l'edificio come unprodotto industriale.

Cinisello Balsamo (MI) - arch. R. Blumer

Sotto il Monte (BG) - arch. V. Tresoldi

Correggio (R.E.) - arch. Barani et al.

Abbiategrasso (MI) - arch. P. Garavaglia

Prefabbricazionecome edilizia di pregio

• Sezione Produttori Strutture Prefabbricate• Sezione Produttori Tubi• Sezione Produttori Pali• Sezione Produttori Blocchi e Pavimenti• Sezione Produttori Cabine Elettriche• Sezione Fibrocemento• Sezione Produttori Traverse ed Armamenti Ferroviari• Sezione Manufatti in Calcestruzzo Cellulare Autoclavato• Sezione Tubi in Pressione• Sezione Solai in Calcestruzzo (già Assosolai)Gruppo Inserti per Manufatti in Calcestruzzo

L'Associazione Nazionale Industrie Manufatti CementiziASSOBETON rappresenta in ambito CONFINDUSTRIA, i principali settori produttivi di prefabbricati in cemento.

Produzione ‘99 ~ 5.000.000 mc di calcestruzzo/annoFatturato ‘99 ~ £ 6.000 miliardi

Tabella 4: Organico, produzioni e fatturato

1996 1997 1998 1999Dirigenti 0,97 0,95 1,09 1,05Quadri 0,87 0,87 0,85 0,90Impiegati 12,54 12,40 12,52 12,90Operai 41,93 39,60 40,24 41,76Totale 56,31 53,82 54,70 56,61

Produzione annuale di cls (mc) 17.762 16.494 17.761 20.070Utilizzo medio impianti 78,28% 71,67% 76,64% 80,75%Fatturato annuale (milioni Lit.) 15.438 13.681 15.573 19.107Numero medio commesse annue 116,28 119,82 109,41 150,45

azienda tipo

Tabella 5: Ripartizione percentuale del fatturato

1996 1997 1998 1999Elementi strutturali in cls 49,04 48,27 48,60 47,82Tamponamenti 16,46 17,20 17,80 16,24Altri manufatti non strutturali 1,05 1,04 1,25 1,26Totale attività produzione manuf. 66,55 66,51 67,65 65,32Manufatti di terzi 4,31 3,83 3,58 4,07Montaggi 6,18 6,26 6,33 6,43Trasporti 7,27 6,83 6,54 6,67Opere complementari 10,33 10,81 10,65 10,22Opere d'impresa 4,68 5,35 4,89 5,67Altro 0,68 0,39 0,36 1,62

100 100 100 100

attività

Tabella 6: Tipologie produttive (%)

1996 1997 1998 1999Strutture a copertura piana normale 23,60 23,88 25,09 26,75Strutture a copertura piana di pregio 13,73 13,60 13,20 13,50Strutture a copertura a doppia pendenza 24,14 26,40 27,53 23,39Strutture a copertura a shed 9,89 11,38 11,57 15,39Totale strutture 71,36 75,26 77,39 79,03Solai alveolari 6,15 5,70 6,44 5,18Solai predalles 3,15 3,24 2,71 2,85Solai nervati 8,66 5,79 5,13 4,84Travetti per solai 1,23 0,76 0,51 0,71Altre tipologie di solaio 3,75 2,20 1,72 1,64Totale solai 22,94 17,69 16,51 15,22Travi da ponte 2,91 3,41 2,46 2,69Altri manufatti strutturali 2,64 3,63 3,64 3,06

100 100 100 100

Tipologie produttive

Tabella 7: Destinazioni di impiego (%)

1996 1997 1998 1999Edilizia per l'industria 69,99 67,16 70,36 71,67Edilizia rurale e zootecnica 2,52 3,18 2,61 2,22Edilizia per il terziario 17,25 17,22 16,70 16,62Edilizia sportiva 0,71 0,86 0,66 0,66Edilizia residenziale e sociale 4,77 5,51 4,28 3,38Edilizia infrastrutturale 2,54 2,61 2,45 2,41Componenti per la viabilità 2,21 3,47 2,94 3,03

100 100 100 100

Destinazione d’impiego

Tabella 8: Aree di vendita (%)

1996 1997 1998 1999Piemonte, Liguria, Valle d'Aosta 10,46 12,73 9,64 9,38Lombardia, Emilia Nord (PC e PR) 38,40 35,18 38,36 35,50Veneto, Trentino Alto Adige, Friuli 24,34 24,68 22,88 25,97Emilia Romagna (tranne PC e PR) 11,96 9,89 9,70 10,63Totale Nord 85,16 82,48 80,58 81,48Toscana, Umbria 5,86 7,02 8,69 6,43Marche, Abruzzo 1,95 1,78 2,06 2,11Lazio 1,14 0,87 1,23 1,28Totale Centro 8,95 9,67 11,98 9,82Campania 1,32 2,16 1,48 1,51Puglia, Molise, Basilicata 2,06 2,96 3,24 3,91Calabria 0,32 0,86 0,93 1,14Sicilia 1,53 1,50 1,33 1,46Sardegna 0,06Totale Sud 5,23 7,48 6,98 8,08Estero 0,66 0,35 0,45 0,61

100 100 100 100

Aree di vendita

strutture

Compression

Wind pressure

Compression

Tension

Tension

Shaft

Shear wallDiaphragms

Wind suction

Wind suction

Wind suctionShear forces

Shear forces

L’edificio industriale monopiano KN/m2 KN/m

Permanenti 3.2 19.2 Variabili 0.5 3.0 Neve 1.3 7.7

Vento Hv 24.8 kN

Analisi A [kN]

Analisi B [kN]

P1d=P2d 200 50 P2s=P3s 70 20 Q1d=Q2d 20 5

Q2s=Q3s -7 -2

+ IMPERFEZIONI+ IMPERFEZIONI

Cedimentidellefondazioni

Deformabilitàappoggio

P1 P3P2

HvHv/2

P1d Q1d P2

d Q2dP2s

Q2s

P3s

Q3s

prestressingstrands

head web-reinforcementstirrups Φ 6/150 mm

600 mm

current web-reinforcementstirrups Φ 5/250 mm

detail of the webreinforcementl

prestressingstrands

head web-reinforcementstirrups Φ 6/150 mm

600 mm

0 100 200γ (*10-4)

0

100

200

300

400V (kN)

FRC (type 1 test)

PC (type 1 test)

RC (type 1 test)

“structural” elements

0

20000

40000

60000

80000

100000

1980 1990 2000

Qua

ntità

(.00

0)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Qua

ntità

(.00

0)

Mkt solai Solai strutture in cantiere Solai strutture prefabbricate Mkt alveolari

Trend Trend AlveolariAlveolari in Italiain Italia

Trend Trend deidei tipi di tipi di solaiosolaioTravetti

Laterocemento

Alveolare

Predalles

Nervati

Classificazionesecondo CNR 10025/98

Il tegolo di copertura: prodotto di puntadell’industria italiana

Alimentatore Alimentatored.d.p.

costante(c.c.)

10V10V

Multiplexer

PC Scheda A/D16 bit / 20 kHz (10/216=0.15mV)

q

4X16 canali

Portatile

Il collaudo

Prove in laboratorio

UPN 300

HEB 160HEB 260

HEB 550

lcs,wing

lcs,slab

Precast SFRC elements:from material properties to structural applications

M. di Prisco & G.A. Plizzari

SIXTH RILEM SYMPOSIUM ON FRCVARENNA 20th-22nd SEPTEMBER 2004

University of BergamoPolitecnico di Milano

Fracture mechanics in the design of precast connections

DEPARTMENT OF STRUCTURAL ENGINEERING POLITECNICO DI MILANO

M. di Prisco, F. Iorio, M. Mauri & M. Scolachannel anchors

beam to columnconnection

panel support

• nuovi materiali (calcestruzzo ad altaresistenza, calcestruzzo fibrorinforzato, FRP, calcestruzzo autocompattante) e loroimpiego

• connessioni innovative (giunti sismici, inserti)

• durabilità• resistenza al fuoco

La ricerca si sta occupando di:

Futuri sviluppi

• nuove forme per nuovi materiali

• progettazione di strutture smontabili e riutilizzabili alla fine della vita prevista

• reimpiego di materiale di scarto (limitazioni sul consumo delle risorse naturali)

• strutture interrate• strutture di pregio architettonico

Grazie per la vostra attenzione!