materiali tradizionali e tecniche innovative per solai nuove ...

XVIII Convegno A.T.E., Milano 24.09.2003
ELEMENTI INNOVATIVI PER ORIZZONTAMENTI
MATERIALI TRADIZIONALI E TECNICHE INNOVATIVE PER SOLAI
NUOVE PROSPETTIVE PER IL PROGETTISTA
Ing. Roberto MERONI (PERI S.p.A.)
Nelle sempre più frequenti realizzazioni che, negli ultimi anni in Italia, hanno visto la realizzazione
di solai in c.a. interamente gettati in opera, sono state impiegate tecnologie costruttive di ultima
generazione, che permettono di ridurre drasticamente sia i tempi necessari alla formazione della
casseratura, sia i tempi di attesa per il disarmo. Viene pertanto abbattuto il costo relativo alla manodopera
che, fino a questo momento, ha fatto preferire soluzioni prefabbricate.
Diviene quasi naturale prendere in considerazione soluzioni a portanza bidirezionale, sia piene sia
alleggerite, con conseguente eliminazione delle travi. Ne risulta un solaio che abbina un’elevata
efficienza strutturale a facilità e velocità di esecuzione e che risulta caratterizzato da numerosi vantaggi
tecnici ed economici. Questo intervento prende in esame il sistema costruttivo nel suo complesso,
delinea una serie di vantaggi della soluzione finita e presenta recenti esempi di applicazione.
1. Introduzione
Realizzare solai completamente in opera non è certo consueto in Italia. Comunemente, al solaio in
opera viene associata l’idea di basse velocità di realizzazione e di costi elevati, dovuti a un’alta incidenza
della manodopera per la formazione del piano continuo di casseforme.
Eppure, questa convinzione sta gradualmente cambiando. Per molti cantieri, in questi ultimi anni,
si è scelto di realizzare solai interamente in opera proprio in considerazione di due motivi:
• sono più economici;
• i tempi di esecuzione possono essere ridotti.
2. L’innovazione tecnologica
Lo scenario sta cambiando a causa della comparsa sul mercato di sistemi di casseforme evoluti e
innovativi, che superano i concetti di casseratura tipici della tradizionale attrezzatura provvisionale
e permettono di:
• abbattere i costi di manodopera relativi alle casseforme;
• incrementare la velocità di esecuzione;
• razionalizzare le lavorazioni in cantiere, imprimendo ad esso un efficiente livello di industrializzazione.
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3. Il sistema PERI SKYDECK
SKYDECK è il sistema innovativo
per la realizzazione dei solai
in c.a. proposto da PERI,
leader internazionale nel settore
delle casseforme.
Si tratta di un sistema modulare,
i cui componenti principali
sono pannelli a struttura metallica
sui quali è fissato un manto,
che sarà a diretto contatto
con il getto, in legno multistrato
protetto con resina fenolica. I pannelli sono sostenuti da travi metalliche, a loro volta portate da
puntelli, per mezzo di sostegni laterali applicati alla loro sommità. Pannelli, travi e puntelli sono in
alluminio, dunque molto leggeri e movimentabili manualmente,
senza ricorrere all’utilizzo di gru. Il campo tipico del sistema
prevede soltanto un puntello ogni 3.45 m 2 .
L’assemblaggio avviene molto facilmente, senza necessità
di chiodature, fissaggi o tracciamenti, attraverso una sequenza
di fasi di montaggio razionali e in condizioni di sicurezza:
anche il personale inesperto acquisisce velocemente
dimestichezza con il sistema. La visione diretta della messa
in opera rende l’idea di quanto veloce sia la movimentazione
dell’attrezzatura, in tutte le fasi di utilizzo.
Ridotto numero di componenti, leggerezza, estrema facilità
nell’assemblaggio e nel successivo disarmo: sono le ragioni
principali per le quali l’incidenza della manodopera si riduce
drasticamente. La stima statistica dell’incidenza complessiva
della manodopera per l’impiego delle casseforme per solai di
altezza inferiore ai 3.50 m (comprensiva di movimentazione
in cantiere, messa in opera, disarmo e pulizia) è compresa
tra 0.15 e 0.30 h/m 2 .
Non si può raggiungere efficienza nel sistema costruttivo se l’attrezzatura rimane
immobilizzata per lunghi periodi, ovvero se il personale non è messo in condizioni
di lavorare con continuità. Ecco la soluzione prevista dal sistema che evita il
verificarsi di questa circostanza. La sommità dei puntelli è attrezzabile con un dispositivo
meccanico (testa a caduta), che, anche dopo un solo giorno dal getto
(in dipendenza dallo spessore del solaio, dalla classe di calcestruzzo e dalle
condizioni di maturazione), permette di rimuovere pannelli e travi, attivando il
contatto diretto tra puntello e intradosso del solaio in fase di maturazione (disarmo
anticipato). La stabilità transitoria del manufatto è pertanto assicurata dal
permanere dei puntelli, mentre la restante attrezzatura può essere immediatamente
riutilizzata per la successiva fase di lavorazione.
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In questo modo, l’incidenza dei costi diretti delle casseforme
diminuisce, riducendosi, a parità di superficie da realizzare,
la dotazione necessaria. Inoltre, è possibile pianificare
un’ordinata successione delle fasi tale da rispettare anche i
più stringenti tempi di realizzazione, quasi a realizzare un ciclo continuo di produzione. In alcuni
cantieri si producono con questo sistema mediamente centinaia di m 2 di solaio ogni giorno.
4. Alcuni dettagli del sistema
Modalità di messa in opera. La messa in opera del sistema di casseforme può avvenire con differenti
modalità.
a. Dall’alto: con un addetto
che sul piano continuo
in formazione “rovescia” i
pannelli SKYDECK sulle
travi, messe in opera da
un secondo addetto, il
quale dal basso le appende
momentaneamente al dispositivo in sommità al puntello
già predisposto, recupera un nuovo puntello e lo erige.
b. Dal basso: appendendo i singoli pannelli alle alette delle
trave, mettendoli orizzontali con quattro aste e posizionando
solo successivamente la trave.
c. Utilizzando un trabattello (indispensabile per altezze elevate).
Modalità di disarmo.
Colpendo con un martello il fermo del dispositivo Testa a caduta,
le travi, e con esse i
pannelli soprastanti, si
abbassano repentinamente
di circa 6 cm, consentendo
un’agevole
rimozione dei pannelli.
Essi vengono subito
messi nelle apposite ceste,
facilmente movimentabili
con transpallet gra-
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zie alla grande distanza tra i puntelli.
Compensazioni perimetrali
e attorno ai pilastri.
Trattandosi di un
sistema modulare, occorre
compensare con
elementi tradizionali le
zone in corrispondenza
di muri perimetrali, setti
e pilastri. Semplici accessori
a completamento del sistema permettono di risolvere
questa operazione sempre in modo razionale.
Sbalzi. Per la formazione della casseratura degli impalcati
fuori terra, gli sbalzi vengono risolti con una trave più lunga
dello standard, assicurata contro il ribaltamento con una catena
vincolata all’impalcato inferiore.
Sicurezza. Il sistema è corredato da parapetti montabili manualmente
o, in alternativa da passerelle di protezione per la
messa in opera delle quali è necessaria la gru.
5. I vantaggi diretti del sistema PERI SKYDECK
in cantiere
Da un lato la concezione innovativa del sistema porta a ridurre
sensibilmente i tempi complessivi di movimentazione e
quindi i costi di manodopera (il costo della prestazione di un
sistema costruttivo si misura dalla somma del costo dell’attrezzatura e della manodopera necessaria);
dall’altro la possibilità di anticipare il disarmo, consentendo di aumentare la frequenza di riutilizzo
del prodotto, riduce la dotazione di casseforme e contiene i costi (di noleggio o di ammortamento).
In definitiva, si ha:
• Elevata velocità di produzione.
• Contenimento dell’incidenza del costo delle casseforme
• Elevata flessibilità
• Razionalizzazione e semplificazione del processo costruttivo
• Bassa interferenza con le altre lavorazioni, grazie al minimo utilizzo della gru
• Riduzione dei problemi legati alla logistica (l’attrezzatura è praticamente sempre in opera)
• Riduzione del personale in cantiere
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• Adattabilità agli imprevisti
• Elevati standard di sicurezza
• Maggiore spazio a disposizione
• Possibilità di raggiungere elevati standard qualitativi dei getti
• Eliminazione di problematiche di accesso al cantiere e di sincronizzazione con la fornitura di
elementi prefabbricati
6. L’abbinamento con la tipologia strutturale a piastra sottile
Il sistema si presta ad essere abbinato a varie tipologie strutturali completamente in opera, prive
cioè di elementi prefabbricati in cemento con funzione strutturale. Risultati prestazionali e qualitativi
rilevanti vengono raggiunti scegliendo una soluzione a piastra, soluzione tradizionale ma scarsamente
praticata in Italia.
Ben nota è l’efficienza statica delle piastre sottili in c.a., sostenute da elementi puntiformi o lineari: i
carichi agenti sull’impalcato vengono trasferiti alle strutture portanti verticali seguendo il percorso
più breve, ottimizzando così il comportamento delle strutture orizzontali, contrariamente a quanto
accade a impalcati formati con elementi principali (travi) e secondari, per i quali la risposta strutturale
viene forzatamente disaccoppiata secondo due comportamenti monodimensionali lungo due
direzioni tra loro ortogonali. Solo due pertanto gli elementi strutturali necessari a trasferire i carichi
alle fondazioni: i pilastri (o setti) e i campi di piastra.
L’eliminazione delle travi comporta notevoli benefici in fase di esecuzione: semplificate risultano la
posa dell’armatura in acciaio e la realizzazione del piano di casseratura.
La soluzione può essere sia a getto pieno sia alleggerita. In quest’ultima gli alleggerimenti vengono
progettati in modo da estendere lo stesso comportamento strutturale che caratterizza la soluzione
piena. La precompressione può essere vantaggiosamente utilizzata.
Le tipologie di solaio più frequentemente realizzate sono pertanto:
• Solai a getto pieno. In c.a. e, più raramente, in c.a.p. Senza dubbio la tipologia più competitiva
per velocità di realizzazione e per costi, qualora lo spessore non sia eccessivo (inferiore a
50 cm). Le elevate velocità di realizzazione sono una conseguenza diretta della semplificazione
dei materiali (le armature in acciaio sono per la maggior parte costituite da barre diritte, facili
dunque da posare, mentre sagomati sono previsti solo in corrispondenza dei pilastri e dei bordi
liberi) e della tecnologia utilizzata per realizzare il piano provvisorio d’appoggio.
• Solai alleggeriti bidirezionali a intradosso piano. Con alleggerimenti interni a perdere a
pianta quadrata, in polistirolo, plastica riciclata o laterizio. Soluzione indicata soprattutto per
spessori elevati.
• Solai alleggeriti a nervature incrociate. Realizzati con casseri reimpiegabili appoggiati sopra
il piano di casseforme. Non indicati per resistenze al fuoco elevate.
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7. Vantaggi della soluzione in opera a portanza bidirezionale realizzata con
tecnologia evoluta.
I principali vantaggi che si ottengono adottando una soluzione in opera a portanza bidirezionale
possono essere riepilogati come nel seguito.
• Costi ridotti. È probabilmente la ragione principale della diffusione della soluzione in opera e
che la fa prediligere alle imprese di costruzione. Il confronto tra le analisi di costo (in termini di
€/m 2 ) della soluzione in opera e di soluzioni alternative è in molti casi favorevole alla prima. Il
risparmio emerge in tutta la sua evidenza anche analizzando il processo costruttivo nel suo
complesso, a partire dai termini contrattuali con committenti e fornitori, passando attraverso la
semplificazione della gestione del cantiere e al contenimento dei tempi complessivi di realizzazione,
fino alla quasi inesistente manutenzione necessaria.
Si riporta un esempio reale della ripartizione delle singole voci dei costi di produzione di un solaio
in c.a. a getto pieno di 42 cm di spessore su maglia strutturale 15.00x7.50 m, caratterizzato
da un consumo d’acciaio d’armatura pari a 50 kg/m 2 .
13%
2%
33%
calcestruzzo: fornitura
calcestruzzo: manodopera
11%
acciaio: fornitura
acciaio: mano d'opera
casseforme: attrezzatura
10%
casseforme: mano d'opera
6%
varie
25%
• Velocità di costruzione. Velocità elevate grazie all’impiego di tecnologie evolute e alla semplificazione
della soluzione.
• Ritorno dell’investimento più rapido per la committenza nella costruzione di edifici a destinazione
commerciale
• Spessori minimi. La soluzione a piastra è caratterizzata da spessori in assoluto minimi.
L’elevata rigidezza di questa tipologia strutturale consente di raggiungere, a parità di sovraccarico,
snellezze elevate. I rapporti spessore/luce principale si spingono fino a 1/30÷1/40, in dipendenza
della destinazione d’uso. Ne consegue un migliore sfruttamento dell’altezza di costruzione
(ad esempio, minori altezze per i rivestimenti di facciata) e, per i piani interrati, minori
volumi di scavo. Un parcheggio interrato con maglie 15x10 m può essere, ad esempio, realiz-
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zato con un solaio di spessore 42 cm. Un solaio per civile abitazione con luce max 6.00 m può
essere realizzato pieno di 18 cm di spessore.
• Intradosso piano. L’assenza di travi fuori spessore produce un risultato estetico gradevole.
Elimina complicazioni connesse al passaggio degli impianti e conseguenti riduzioni di altezze
interne utili, oltre a migliorare l’aerazione e l’igiene (in particolare per gli interrati e i parcheggi).
• Flessibilità architettonica. Distribuzioni dei pilastri non regolari possono essere facilmente risolte,
grazie all’assenza di travi e di elementi prefabbricati, che richiederebbero specializzazioni
di testata. Il sistema si adatta facilmente anche a perimetri non regolari o non rettilinei e a
sbalzi. L’intradosso piano non crea vincoli per l’adattamento a successive variazioni dei layout
interni.
• Forometria. I fori previsti in progetto si realizzano facilmente semplicemente disponendo delle
sponde sopra la cassaforma.
• Resistenza al fuoco. L’intradosso completamente piano determina una distribuzione di temperatura
nel transitorio variabile solo con la profondità e permette di raggiungere agevolmente
resistenze al fuoco R120÷R180 semplicemente variando il ricoprimento delle armature
• Assenza di giunti di accostamento tra elementi prefabbricati. Il risultato qualitativo dell’intradosso
è elevato, grazie all’assenza di giunti e alla buona finitura prodotta dal cassero in legno
con rivestimento fenolico. L’intradosso può essere lasciato a vista, oppure rasato o tinteggiato.
• Efficienza sismica ottima, grazie alla monoliticità e duttilità della struttura.
• Manutenzione. Sostanzialmente azzerata. Non esistono problematiche di collegamenti e appoggi.
• Maglie quadrate, spesso ricercate per una migliore distribuzione degli spazi interni, non sono
anti-economiche, a differenza di quanto accade con soluzioni prefabbricate.
• Impermeabilizzazione. Ottima per solai impiegati a copertura di un interrato e fuori dall’area
di insistenza di fabbricati.
• Isolamento acustico. Molto buono per la trasmissione aerea, dove parametro fondamentale
per l’isolamento è la massa.
• Cambiamenti di progetto a ridosso dell’esecuzione. Risultano meno problematici.
8. Dettagli progettuali
Si vuole ora semplicemente rammentare qualche aspetto progettuale caratteristico di questa tipologia
tradizionale.
Scelta dello spessore. È senza dubbio la scelta progettuale più importante. In genere si cerca di
contenere il più possibile lo spessore, a causa dei benefici indotti dal migliore sfruttamento
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dell’altezza di costruzione e dal minore carico trasferito alle fondazioni. Inoltre, finché il sovraccarico
di progetto si mantiene non elevato (10÷12 kN/m 2 ), si migliora il costo diretto di produzione del
solaio, in quanto, ai prezzi correnti dei materiali, una riduzione del quantitativo d’acciaio per
l’incremento dello spessore non compensa economicamente il maggiore volume di calcestruzzo.
Capitelli. Anche se possono essere vantaggiosamente impiegati per ridurre il quantitativo
d’armatura a flessione, al fine di velocizzare l’esecuzione delle opere si cerca di limitare l’impiego
ai casi strettamente necessari, ovvero quando viene superata la massima resistenza a punzonamento.
Controllo degli spostamenti. In particolare quando si sceglie di ridurre il più possibile gli spessori
superando cautelativi rapporti luce/altezza del solaio, risulta generalmente necessario e potrebbe
anche divenire il criterio governante il progetto. Occorre in questo caso rammentare che in esercizio
le sezioni sono generalmente fessurate e che pertanto la valutazione degli spostamenti elastici
con riferimento alla sezione piena sottostima i reali spostamenti totali. Questi possono essere superiori
anche al doppio di quelli dedotti con riferimento alla sezione non fessurate. Se si utilizzano
nel calcolo i valori delle rigidezze flessionali delle sezioni fessurate, gli effetti della viscosità possono
in genere essere trascurati. Il controllo delle deformazioni non deve essere fatto solo nel centro
dei campi di piastra, ma anche lungo le congiungenti i pilastri.
Metodi di calcolo utilizzati. Spesso viene utilizzato un calcolo
agli elementi finiti con impiego di elementi bidimensionali.
Risulta sicuramente inevitabile quando la geometria è
particolarmente irregolare, o in presenza di larghe e numerose
aperture o di carichi concentrati. Per maglie regolari, alcuni
progettisti ritengono più conveniente l’analisi di sottotelai,
che riconduce il calcolo a più problemi monodimensionali.
Anche l’analisi limite, sia con il metodo statico della
yield-line sia con il metodo cinematico basato su meccanismi
di collasso, può essere vantaggiosamente impiegata. Essa
porta a disposizioni d’armatura meglio razionalizzabili: occorre tuttavia esaminare anche il comportamento
in esercizio, con particolare riferimento allo stato di fessurazione.
Esistono software commerciali italiani che valutano rapidamente il consumo d’acciaio e che si
spingono al disegno delle armature.
Armatura a flessione. È importante raggiungere nel progetto un buon compromesso tra
l’ottimizzazione dell’armatura (che comporta risparmi diretti sul costo di approvvigionamento del
materiale) e la razionalizzazione della sua disposizione (che si traduce in risparmio di tempo e di
costo di manodopera), nell’ottica che deve essere sempre il costo globale ad essere minimizzato.
Inoltre, salvo nei casi in cui la geometria imponga diversamente, la disposizione delle barre
d’armatura avviene secondo due direzioni soltanto, evitando barre disposte inclinate.
Armatura per il punzonamento. Le maggiori velocità di e-
secuzione vengono raggiunte quando l’armatura necessaria
per la resistenza al punzonamento (nella forma di staffe, assemblaggi
a taglio o chiodi), viene prefabbricata a piè
d’opera e quindi disaccoppiata dall’armatura a flessione.
Uniformare il più possibile l’armatura a punzonamento porta
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a consumi aggiuntivi di materiale, che sono tuttavia ampiamente compensati dal risparmio di tempo
e di costo di manodopera.
Distanziatori. Contro il cassero, per l’appoggio del primo
strato d’armatura, sono generalmente in plastica o in fibrocemento
(migliori per resistenza al fuoco), preferibilmente a
sviluppo lineare.
Armatura per distanziare i due strati di armatura inferiore e
superiore. Con sagomati in FeB44K isolati, con tralicci, con
maglie di reti elettrosaldate disposte in verticale.
Considerazione del procedimento costruttivo adottato.
La progettazione esecutiva non può prescindere dal fatto
costruttivo: ad esempio, il progetto delle armature dovrebbe
tenere conto del ciclo di costruzione e delle riprese di getto
previste.
9. Campi di applicazione per il sistema
Sebbene la tipologia a piastra in c.a. risulta utilizzabile per ogni tipo di orizzontamento, tuttavia esistono
specifici campi di applicazione per i quali tale soluzione risulta estremamente competitiva.
• Edilizia direzionale, per il terziario, ospedali, residenze sanitarie, hotel. Caratterizzata da
luci “medie” (6‚11 m).
I sovraccarichi totali sono generalmente
inferiori a 10.00 kN/m 2 .
Edifici multipiano. In questo caso
si utilizza in genere la soluzione in
c.a. a getto pieno, con spessori variabili
tra i 18 e i 40 cm in funzione
della maglia strutturale. Non è necessario
prevedere capitelli in
sommità ai pilastri. Quantitativi
d’armatura compresi usualmente
tra 100 e 140 kg/m 3 . È la tipologia
per la quale, nell’attuale situazione,
maggiore è la distanza tra il
costo della soluzione a piastra e
quello di soluzioni alternative.
• Edilizia commerciale (centri commerciali, complessi polifunzionali, multisala cinematografici).
Caratterizzata da luci comprese tra gli 11 e i 22 m e sovraccarichi fino a 15.00÷18.00 kN/m 2 .
Su più livelli o anche monoplano. Indicativamente, per luci inferiori a 16.00 m e sovraccarichi
inferiori a 10.00 kN/m 2 , viene ancora utilizzata una soluzione in c.a. a getto pieno, con spessori
fino a 50÷55 cm. I capitelli possono essere necessari.
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Se il sovraccarico è superiore o
per luci più grandi, è preferibile optare
per una soluzione alleggerita,
con spessori complessivi compresi
tra i 45 e i 100 cm. Poiché la zona
attorno ai pilastri non viene ovviamente
alleggerita, è frequentemente
possibile fare a meno dei
capitelli.
Soluzioni in c.a.p. sono talvolta utilizzate.
Quanto maggiore è l’estensione
della realizzazione, tanto più facile
è realizzare un ciclo continuo di
produzione.
• Parcheggi urbani o a servizio di
aree commerciali (luci fino a 16
m).
I sovraccarichi totali sono generalmente
inferiori a 5.00÷6.00
kN/m 2 . In genere la soluzione è
piena, con spessori che si spingono
a 45÷50 cm per luci di
15÷16m.
• Edilizia industriale. Per edifici
multipiano, con elevate prestazioni
strutturali richieste agli orizzontamenti,
la soluzione a piastra si
presenta estremamente competitiva.
Generalmente a getto pieno
con capitelli, ma anche alleggerita.
Per edifici monopiano (semplici coperture)
è più competitiva la
soluzione integralmente prefabbricata,
in particolare se con elementi
già coibentati e impermeabilizzati.
• Edilizia residenziale. Caratterizzata
da luci piccole (minori di 7 m)
e sovraccarichi non elevati. La soluzione
bidirezionale in c.a. a getto
pieno (ovviamente senza capitelli)
è utilizzata per interventi di dimensioni grandi, che traggono notevole beneficio da
un’industrializzazione del processo costruttivo. Per interventi di dimensioni minori si ha attualmente
una diffusione più scarsa. In certi casi si adotta una soluzione mista, utilizzando il solaio
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a getto pieno soltanto per la copertura dell’interrato e soluzioni tradizionali in laterocemento per
i restanti impalcati.
• Edifici alti. Le problematiche complesse relative alla costruzione di edifici a elevato sviluppo
verticale, in particolare di sicurezza in fase di esecuzione, fanno spesso preferire soluzioni ad
elevato grado di industrializzazione, abbinate a tipologie strutturali semplificate nel numero dei
componenti contenuti, quali soluzioni a getto pieno.
10. Esempi di applicazione
Nella pubblicazione Solai in opera con tecnologia PERI – Recenti realizzazioni in Italia, sono sinteticamente
descritte realizzazioni che hanno interessato numerose tipologie strutturali negli ultimi
due anni in Italia. La pubblicazione può essere richiesta sul sito di PERI S.p.A., www.peri.it, o per
e-mail all’indirizzo: perispa@peri.it.
11. La scelta progettuale
Il professionista può dunque avvicinarsi alla progettazione di solai in opera con la certezza di poter
prescrivere un sistema costruttivo in grado di produrre, in molti casi, vantaggi economici
all’impresa che eseguirà i lavori e alla committenza, oltre che realizzare manufatti dalle elevate
prestazioni statiche, funzionali e architettoniche.
Il progetto del solaio non è dissociabile dalla previsione della tecnica costruttiva da utilizzare, che
non può essere indifferente a chi progetta, in quanto decisiva per il conseguimento dei risultati
previsti.
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