Anno accademico 2004- 2005
Le strutture prefabbricate:
realizzazioni e prospettive
Marco di Prisco
Dipartimento di Ingegneria Strutturale
Politecnico di Milano
(www.stru.polimi.it)
• 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 parti
fini (Rck > 100 MPa), l’aggiunta di fibre di varia natura
→
ampio spettro di possibilità costruttive che
•
•
•
•
•
rafforzano la figura del progettista capace di saper
scegliere la soluzione ottimale partendo dal materiale.
Date significative
• I primi episodi artigianali risalgono all'inizio del secolo.
1911: viene fondata a Milano la prima azienda produttrice di blocchi in
calcestruzzo per muratura
•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.
•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.
• 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 esempi
di 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.
•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.
•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 Y
intervallate, con coperture in lastre curve di fibrocemento e i
tegoloni precompressi per le coperture piane.
• 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 Qualità
per Prodotti e Servizi per le costruzioni). Si afferma prepotentemente
il concetto di durabilità. Nascono le strutture ibride.
• 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.
•1990: il divieto per ragioni sanitarie dell'impiego di amianto in tutti i
tipi 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.
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 un
prodotto industriale.
Sotto il Monte (BG) - arch. V. Tresoldi
Cinisello Balsamo (MI) - arch. R. Blumer
Correggio (R.E.) - arch. Barani et al.
Abbiategrasso (MI) - arch. P. Garavaglia
Prefabbricazione
come edilizia di
pregio
L'Associazione Nazionale Industrie Manufatti Cementizi
ASSOBETON rappresenta in ambito CONFINDUSTRIA,
i principali settori produttivi di prefabbricati in cemento.
• 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
Produzione ‘99 ~ 5.000.000 mc di calcestruzzo/anno
Fatturato ‘99 ~ £ 6.000 miliardi
Dirigenti
Quadri
Impiegati
Operai
Totale
Produzione annuale di cls (mc)
Utilizzo medio impianti
Fatturato annuale (milioni Lit.)
Numero medio commesse annue
1996
0,97
0,87
12,54
41,93
56,31
1997
0,95
0,87
12,40
39,60
53,82
1998
1,09
0,85
12,52
40,24
54,70
1999
1,05
0,90
12,90
41,76
56,61
17.762
78,28%
15.438
116,28
16.494
71,67%
13.681
119,82
17.761
76,64%
15.573
109,41
20.070
80,75%
19.107
150,45
Tabella 4: Organico, produzioni e fatturato
azienda tipo
attività
Elementi strutturali in cls
Tamponamenti
Altri manufatti non strutturali
Totale attività produzione manuf.
Manufatti di terzi
Montaggi
Trasporti
Opere complementari
Opere d'impresa
Altro
Tabella 5: Ripartizione percentuale del fatturato
1996
49,04
16,46
1,05
66,55
4,31
6,18
7,27
10,33
4,68
0,68
100
1997
48,27
17,20
1,04
66,51
3,83
6,26
6,83
10,81
5,35
0,39
100
1998
48,60
17,80
1,25
67,65
3,58
6,33
6,54
10,65
4,89
0,36
100
1999
47,82
16,24
1,26
65,32
4,07
6,43
6,67
10,22
5,67
1,62
100
Tipologie produttive
Strutture a copertura piana normale
Strutture a copertura piana di pregio
Strutture a copertura a doppia pendenza
Strutture a copertura a shed
Totale strutture
Solai alveolari
Solai predalles
Solai nervati
Travetti per solai
Altre tipologie di solaio
Totale solai
Travi da ponte
Altri manufatti strutturali
Tabella 6: Tipologie produttive (%)
1996
23,60
13,73
24,14
9,89
71,36
6,15
3,15
8,66
1,23
3,75
22,94
2,91
2,64
100
1997
23,88
13,60
26,40
11,38
75,26
5,70
3,24
5,79
0,76
2,20
17,69
3,41
3,63
100
1998
25,09
13,20
27,53
11,57
77,39
6,44
2,71
5,13
0,51
1,72
16,51
2,46
3,64
100
1999
26,75
13,50
23,39
15,39
79,03
5,18
2,85
4,84
0,71
1,64
15,22
2,69
3,06
100
Destinazione d’impiego
Edilizia per l'industria
Edilizia rurale e zootecnica
Edilizia per il terziario
Edilizia sportiva
Edilizia residenziale e sociale
Edilizia infrastrutturale
Componenti per la viabilità
1996
69,99
2,52
17,25
0,71
4,77
2,54
2,21
100
1997
67,16
3,18
17,22
0,86
5,51
2,61
3,47
100
Tabella 7: Destinazioni di impiego (%)
1998
70,36
2,61
16,70
0,66
4,28
2,45
2,94
100
1999
71,67
2,22
16,62
0,66
3,38
2,41
3,03
100
Aree di vendita
Piemonte, Liguria, Valle d'Aosta
Lombardia, Emilia Nord (PC e PR)
Veneto, Trentino Alto Adige, Friuli
Emilia Romagna (tranne PC e PR)
Totale Nord
Toscana, Umbria
Marche, Abruzzo
Lazio
Totale Centro
Campania
Puglia, Molise, Basilicata
Calabria
Sicilia
Sardegna
Totale Sud
Estero
1996
10,46
38,40
24,34
11,96
85,16
5,86
1,95
1,14
8,95
1,32
2,06
0,32
1,53
1997
12,73
35,18
24,68
9,89
82,48
7,02
1,78
0,87
9,67
2,16
2,96
0,86
1,50
1998
9,64
38,36
22,88
9,70
80,58
8,69
2,06
1,23
11,98
1,48
3,24
0,93
1,33
5,23
0,66
100
7,48
0,35
100
6,98
0,45
100
Tabella 8: Aree di vendita (%)
1999
9,38
35,50
25,97
10,63
81,48
6,43
2,11
1,28
9,82
1,51
3,91
1,14
1,46
0,06
8,08
0,61
100
strutture
Shear wall
Diaphragms
Compression
Wind suction
Wind pressure
Sh e
ar fo
r
ces
Tension
Wind suction
Wind suction
Shear forces
Shaft
Tension
Compression
L’edificio industriale monopiano
Permanenti
Variabili
Neve
KN/m2
KN/m
3.2
19.2
0.5
1.3
3.0
7.7
Vento Hv
24.8 kN
P1d=P2d
Analisi A
[kN]
200
Analisi B
[kN]
50
P2s=P3s
Q1d=Q2d
70
20
20
5
Q2s=Q3s
-7
-2
+ IMPERFEZIONI
Hv
Deformabilità
appoggio
P1
d
Q1d
P1
Cedimenti
delle
fondazioni
P2s
Q2s
Hv /
2
P2
d
P2
Q2d
P3s
Q3s
P3
“structural” elements
head web-reinforcement
stirrups Φ 6/150 mm
current web-reinforcement
stirrups Φ 5/250 mm
400
prestressing
strands
600 mm
detail of the web
reinforcementl
V (kN)
300
head web-reinforcement
stirrups Φ 6/150 mm
prestressing
strands
600 mm
200
FRC (type 1 test)
PC (type 1 test)
100
RC (type 1 test)
0
0
100
γ (*10-4)
200
Trend dei tipi di solaio
Travetti
Laterocemento
Alveolare
Q uantità (.000)
Predalles
100000
6000
80000
5000
4000
60000
3000
40000
2000
20000
Nervati
1000
0
0
1980
Mkt solai
Q uantità (.000)
Trend Alveolari in Italia
Solai strutture in cantiere
1990
2000
Solai strutture prefabbricate
Mkt alveolari
Il tegolo di copertura:
prodotto di punta
dell’industria italiana
Classificazione
secondo CNR
10025/98
q
Il collaudo
10V
10V
Alimentatore
d.d.p.
costante
(c.c.)
Multiplexer
PC
Portatile
Alimentatore
4X16 canali
Scheda A/D
16 bit / 20 kHz
(10/216=0.15mV)
Prove in laboratorio
UPN 300
HEB 550
HEB 260
HEB 160
lcs,wing
lcs,slab
SIXTH RILEM SYMPOSIUM ON FRC
VARENNA 20th-22nd SEPTEMBER 2004
Precast SFRC elements:
from material properties to structural applications
M. di Prisco & G.A. Plizzari
Politecnico di Milano
University of Bergamo
DEPARTMENT OF STRUCTURAL ENGINEERING
POLITECNICO DI MILANO
Fracture mechanics in the design
of precast connections
M. di Prisco, F. Iorio, M. Mauri & M. Scola
channel anchors
beam to column
connection
panel support
La ricerca si sta occupando di:
• nuovi materiali (calcestruzzo ad alta
resistenza, calcestruzzo fibrorinforzato,
FRP, calcestruzzo autocompattante) e loro
impiego
• resistenza al fuoco
• durabilità
• connessioni innovative (giunti sismici,
inserti)
Futuri sviluppi
• nuove forme per nuovi materiali
• strutture di pregio architettonico
• strutture interrate
• reimpiego di materiale di scarto (limitazioni sul
consumo delle risorse naturali)
• progettazione di strutture smontabili e riutilizzabili
alla fine della vita prevista
Grazie per la vostra
attenzione!