Costruzione di un edificio industriale prefabbricato utilizzando elementi esistenti e di nuova produzione

L’edificio oggetto del presente contributo è situato presso il Centro Agroalimentare di Roma, all’interno del Comune di Guidonia Montecelio (RM). La particolarità dell’opera risiede nella necessità di costruire un nuovo edificio industriale con la possibilità di utilizzare elementi prefabbricati preesistenti (prodotti nel 2007 da una ditta di prefabbricazione non più attiva) costituiti da pilastri, travi di gronda (o trave-vela) a sezione “H”, tegoli “Y” di copertura, già nella disponibilità della Committenza. Queste parti già prodotte, che costituivano l’ossatura di due edifici distinti (uno di mq 525.00 di superficie coperta con altezza sotto tegolo da piano finito ml 4.00; l’altro di mq 400.00 di superficie coperta con altezza sotto tegolo da piano finito ml 8.46 e travi di bordo per soppalco a quota ml 4.50) vengono integrate con gli elementi portanti e le pannellature di tamponamento di nuova produzione, dopo una preliminare verifica effettuata sullo stato di degrado dei materiali (carotaggi per estrazione di campioni e successiva prova a rottura per la determinazione della resistenza a compressione in sito; prove alla carbonatazione per determinare il degrado del conglomerato cementizio) e dopo una opportuna verifica delle armature lente e di precompressione mediante il reperimento delle schede di produzione di ogni singolo elemento.

Analisi economica sulla opportunità di riutilizzare elementi già prodotti

La possibilità di riutilizzare elementi strutturali prefabbricati già prodotti è stata vagliata anche sulla scorta di un’attenta analisi economica, valutando nel dettaglio il costo che il cliente avrebbe dovuto sostenere per la demolizione, la movimentazione ed infine lo smaltimento degli elementi già acquisiti per commesse non più realizzate, oltre che il risparmio avuto nell’acquisto non più di un edificio completo ma della sola fornitura a piè d’opera di elementi prefabbricati. Delegando all’Ufficio Tecnico dell’Impresa e al Progettista incaricati l’onere della progettazione globale del manufatto, il coordinamento e l’organizzazione del montaggio degli elementi strutturali ed il completamento della copertura si è riscontrato un risparmio in termini economici di circa il 7% sul costo preventivato per la fornitura di una struttura nuova completa equivalente.

Il costo di smaltimento

L’analisi economica ha valutato anche i costi che il cliente avrebbe dovuto sostenere per lo smaltimento degli elementi già acquisiti. Per poter smaltire correttamente gli elementi prefabbricati sarebbe stato necessario demolire il conglomerato cementizio, effettuare una accurata cernita del materiale differente dall’inerte, armatura lenta e trefoli di precompressione nonché il manto bituminoso di impermeabilizzazione presente all’estradosso delle travi perimetrali e dei tegoli di copertura (per uno sviluppo complessivo di impermeabilizzazione su compluvi e canali di raccolta acque meteoriche di mq 380.00), e infine procedere con il trasporto del materiale cernito e catalogato a discarica autorizzata. Considerando una quantità complessiva da demolire pari a 150 mc di elementi in CAV e CAP eseguita mediante martello demolitore meccanico, ricorrendo anche a demolizioni manuali e puntuali per la distinzione e la successiva classificazione merceologica, il costo complessivo relativo alla demolizione degli elementi prefabbricati facendo riferimento ai prezzi unitari riportati nel prezziario Regione Lazio avrebbe incrementato i costi generali di circa il 7%. Successivamente a tale fase si sarebbe dovuto classificare i rifiuti prodotti da smaltire distinguendoli in inerti contenenti cemento (codice CER 17.01.01), materiale ferroso (ferro e acciaio, codice CER 17.04.05), miscele bituminose (codice CER 17.03.01). Ad ogni gruppo merceologico corrisponde difatti un diverso costo di smaltimento che va indicativamente dai 20 €/Ton per rifiuti non pericolosi (inerti) a circa 0.90 €/kg per miscele bituminose. Se consideriamo che il 65% (in volume) degli elementi prefabbricati esistenti, trattandosi di elementi di copertura già impermeabilizzati in stabilimento, presentano manto bituminoso già applicato all’estradosso, facendo una valutazione qualitativa sul peso stimabile di tali rifiuti pericolosi in circa il 20% del volume (membrana bituminosa e parte corticale del conglomerato cementizio all’estradosso) il costo per gli oneri complessivi di discarica avrebbe incrementato il costo complessivo per la nuova fornitura di circa l’11%. Includendo anche il maggior costo per la cernita il carico e trasporto a discarica del materiale demolito per una quantità stimabile in circa 2500 q.li il costo totale sarebbe stato incrementato di un ulteriore 2%.

A conclusione dell’analisi economica fatta si riscontra pertanto un risparmio sui costi di realizzazione, a favore della soluzione tecnico-operativa di recupero e riutilizzo, di circa il 27% (come risulta riassunto in Tabella 1).

All’importante valore economico sopra menzionato, non meno interessante è da considerare il valore in termini di sostenibilità ambientale e di Life Cycle Assessment della strutture in funzione dei suoi elementi strutturali costituenti.

Il progetto architettonico in relazione agli elementi esistenti e alla nuova produzione di completamento

L’edificio da realizzare prevede la localizzazione di una zona adibita a officina meccanica con altezza interna superiore ai 6.00 ml ed una zona destinata alla vendita (showroom, uffici commerciali, magazzino ricambi) e alla parte direzionale (uffici, servizi e sala riunioni). In base alle esigenze rappresentate si è deciso di edificare in aderenza i due edifici (Figura 1), composti dagli elementi prefabbricati, già nella disponibilità della Committenza.

Figura 1 Vista Assonometrica dei due edifici composti da elementi prefabbricati già presenti in cantiere: configurazione finale stabilita in aderenza al fine di definire un unico edificio.

L’edificio con altezza massima ml 8.46 da piano finito (individuato come Edificio 2; Figura 2) verrà destinato a officina meccanica, e verranno escluse dal montaggio le travi L di bordo per il solaio di soppalco (non necessario alla nuova configurazione).

Figura 2 - Edificio 2, struttura in C.A.P. prodotta antecedentemente alle NTC 2008.

L’edificio con altezza sotto tegolo da piano finito pari a ml 4.00 (Edificio 1) verrà destinato a zona vendita-showroom e uffici direzionali. Data l’altezza utile limitata e la necessità di recuperare una zona soppalco per gli uffici direzionali si è deciso di non recuperare i pilastri già prodotti. La produzione di nuovi pilastri e nuove travi ad L ha permesso così di predisporre una zona soppalco in lastre alveolari (dimensionate per carichi accidentali non superiori a 300 kg/mq) di c.a. 165.00 mq. La peculiarità tecnica degli elementi in C.A.P. presenti in cantiere, peraltro comune a molti prefabbricatori, risiede nella tipologia di trave-vela di bordo che, oltre ad assolvere alla funzione di canale di raccolta e convogliamento delle acque meteoriche ai pluviali presenti all’interno dei pilastri, assume valore architettonico di finitura per il coronamento perimetrale. Il sistema di connessione trave-pilastro è risolto mediante cunei troncoconici dotati di perni, presenti alle estremità dei pilastri, su cui trovano alloggiamento le travi-vela precedentemente descritte. Tale sistema, a seguito dell’analisi sull’edificio, è stato oggetto di intervento di adeguamento, come esplicitato nei paragrafi successivi.

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L’approccio progettuale: quello delle "nuove costruzioni"

La configurazione dell’edificio rappresentata in Figura 3 è costituita da due corpi di fabbrica distinti, sismicamente giuntati. Come già espresso, la peculiarità dell’intervento è data dalla compresenza di elementi prefabbricati di nuova realizzazione e elementi prefabbricati esistenti, rispondenti alla normativa DM 96.

Tali elementi, per loro natura, non possono considerarsi come una struttura esistente su cui operare un intervento di adeguamento sismico. Si tratta infatti di elementi e non di una struttura già realizzata, pertanto l’approccio progettuale doveva rispondere ai criteri delle nuove costruzioni.

Si doveva quindi verificare che i singoli elementi strutturali e la struttura nel suo insieme rispondessero ai criteri generali di progettazione delle norme tecniche secondo cui la struttura deve possedere una capacità in duttilità; pertanto vanno applicate a tutti gli elementi strutturali, sia primari che secondari, le regole specifiche dei dettagli costruttivi contenute nel paragrafo 7.2.1 delle NTC 08.

L’approccio progettuale delle strutture, dunque, non si discosta dalla progettazione “di base”, l’unica differenza si riscontra per gli elementi già prodotti, sui quali il punto di partenza è dato dall’analisi conoscitiva documentale e diagnostica al fine di definirne le caratteristiche geometriche e meccaniche.

Figura 3 - Modello strutturale tridimensionale costituito da frame ed aree nulle. 

Le analisi svolte

Pertanto, sulla base dei dati ricavati dalle analisi per rilevare le condizioni dei cementi armati strutturali degli elementi costruttivi esistenti, sono state condotte analisi numeriche, atte a verificare la rispondenza con le prescrizioni dettate dalle NTC 08 in termini di resistenza, rigidezza e duttilità.

Sono state condotte due analisi, mediante l’utilizzo del programma SAP 2000 prodotto dalla CSI, la prima con un modello descrittivo della struttura costituita dagli elementi esistenti presenti integrato con quelli di nuova realizzazione, e il secondo comprensivo delle modifiche apportate sugli elementi già prodotti che sono risultati carenti a seguito delle analisi condotte sul primo modello. Le verifiche condotte sul primo modello di riferimento, sono dunque servite a definire i parametri secondo i quali agire con gli interventi di rinforzo strutturale.

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Credits

• Nome dell’opera/progetto: Costruzione di un edificio prefabbricato con l’utilizzo di elementi prefabbricati (pilastri, travi-canale di bordo, tegoli “Y”) prodotti antecedentemente alle NTC 2008
• Ubicazione: Guidonia Montecelio (RM)
• Committente: Consorzio Cosvedil Soc. Coop.
• Progettazione Strutturale: Coordinatore: Ing. Francesca Rao
• Supporto alla progettazione: Ing. Roberto Cesarini
• Anno completamento lavori: 2015

Articolo tratto da "PROGETTAZIONE SISMICA" N.1/2017. Si ringrazia EUCENTRE per la gentile collaborazione