I procedimenti costruttivi e i cicli di produzione...posa del calcestruzzo. L'output medio della pompa dipende dalla difficoltà di posa ossia dalle operazioni di vibratura e finitura

Facoltà di Architettura – Università degli Studi di Firenze - a.a. 2006-07Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura

Corso integrato di progettazione tecnologica e impianti

I procedimenti costruttivi e i cicli di produzione

Marco Masera, [email protected]

http://www.taed.unifi.it/masera/

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L'ANALISI DEI PROCEDIMENTI COSTRUTTIVILa pianificazione dei procedimenti costruttivi

assume il quadro delle condizioni elaborate dai piani di livello superioretratta l'individuazione degli obiettivi di produzionel'organizzazione delle risorse necessarie a raggiungerlila loro armonizzazione ed il loro coordinamentoin relazione alle caratteristiche del progetto, dei vincoli e delle condizioni operative.

Lo studio dei procedimenti costruttivi opera al livello dei workpackage di una WBS.I programmi reticolari forniscono i vincoli, gli obiettivi, dimensionano le principali risorse da utilizzare.Un procedimento costruttivo può essere descritto come un insiemedi attività che possono essere coordinate e messe in relazione fra loro in modo da ottenere dei cicli di produzione.

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Definizione di procedimento costruttivo

Attrezzature e lavoro(tecnica operativa) Opere provvisionali+

= Procedimento costruttivo

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Un procedimento costruttivo è il risultato:

dell'applicazione delle modalità operative stabilite per una determinata tecnologia e per lo specifico sistema tecnologico richiesto;delle risorse umane;delle attrezzature necessarie;delle opere provvisionali;dei servizi di cantiere (lo stoccaggio, la movimentazione, la protezione di persone, materiali e strumenti nel layout di cantiere).

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ESIGENZE DI PIANIFICAZIONE DEI PROCEDIMENTI COSTRUTTIVI

Analisi dei fattori costitutivi dei procedimenti costruttiviRegolarità e variabilità dei procedimenti costruttiviVariabilità della capacità produttiva delle attrezzature in funzione dei procedimenti costruttivi

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ESIGENZE DI PIANIFICAZIONE DEI PROCEDIMENTI COSTRUTTIVI (2)

Mentre alcuni procedimenti costruttivi presentano caratteri di regolarità che permettono di individuare dimensioni costanti e ottimali relative alle risorse impiegate (dimensione delle squadre, produzione delle attrezzature), altri, la maggior parte, sono soggetti a condizioni di variabilità che influiscono sulla produzione media delle risorse e sull'organizzazione del lavoro. La capacità produttiva degli impianti e delle attrezzature è condizionata sia dalle condizioni al contorno che dallo specifico impiego per cui sono richieste. Si considerino ad esempio alcuniprocedimenti costruttivi che utilizzano una generica pompa per la posa del calcestruzzo. L'output medio della pompa dipende dalla difficoltà di posa ossia dalle operazioni di vibratura e finitura superficiale.

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Esempio: comparazione di tre operazioni differenti in considerazione delle differenti quantità di risorse richieste.

Tabella 1 - Produttività media di una pompa in relazione a tre procedimenti costruttivi differenti

Procedimento costruttivo

Outputmedio della

pompa(m3/ h)

N. di operai

persquadra

Produzione orariaper op.

(m3/uomo h)

Superficie finitaper unità

di cls(m2/m3)

1Getto integrativo di solaio latero-cementizio 9.75 4 2.44 6.5

2Getto integrativo perviadotto stradale (0.76 m) 37.0 5 7.4 1.32

3Getto di magrone (200 mm) su fondo scavo 19.10 4 4.77 5

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LO STUDIO DEI CICLI DI PRODUZIONELa scelta dei procedimenti costruttivi deve soddisfare le condizioni che sono poste dall'organizzazione e dall'integrazione complessiva dei cicli di produzione cercando allo stesso tempo di accrescere la produttività delle tecniche operative e delle risorse impiegate.

La durata del ciclo di produzione costituisce il dato di riferimento in base al quale sono analizzati i tempi di occupazione delle gru ed in generale la movimentazione dei materiali e dei componenti all'interno del cantiere.Lo studio del ciclo di produzione si applica ad una fase omogenea della costruzione (nell'esempio la fase compresa fra il fuori terra ed il fuori acqua)suddivide il processo di produzione in una serie di lotti con modalità

esecutive abbastanza regolari e con quantità omogeneeNel caso preso ad esempio delle opere strutturali di un edificiomultipiano un ciclo di produzione si riferisce all'edificazione di un piano fuori terra.

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Schema esemplificativo di una unità di produzione per ciclo nel caso di un edificio multipiano

sono identificate le aree di lavoro giornaliere corrispondenti alle porzioni di solaio ed ai setti in cemento armato da realizzare.

S1 S2 S5

S6S7

S11

S8 S9

S10 S13 S23 S25

S16

S18

S34

S19

S38

S37

S28

S36S35

S29

S27

S26

S17

S12

Z1Z2

Z4

Z3

Z6

Z5

Z8

Z7

S30

S21S32

S33

S22

S20

S24

S14

S15S3

S4

S31

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I procedimenti costruttivi che si ipotizzano sono i seguenti:

I setti in calcestruzzo armato gettato in opera con l'utilizzo di casseforme industriali;I solai sono monolitici e gettati in opera in larga parte su lastre tralicciate e armate (predalles) ed in parte minore con casseforme di uso corrente;le rampe delle scale ed i pianerottoli di disimpegno sono prefabbricati.

Obiettivo:Sviluppare in dettaglio le previsioni temporali, economiche e tecniche del piano di costruzione selezionare e mettere a punto i procedimenti di costruzione affinché possano essere integrati e coordinati nel processo di esecuzione.

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LA PIANIFICAZIONE DEI CICLI DI PRODUZIONE

La pianificazione del ciclo di produzione tratta la composizione delle determinazioni acquisite di progetto e di piano con la specificazione e il relativo coordinamento ed integrazione dei procedimenti di costruzione da cui dipende il dimensionamento delle squadre e l'individuazione dei costi associati alla manodopera, i costi analitici delle attrezzature, in base alle dotazioni impegnate, l'integrazione fra gestione della manodopera, attrezzature ed opere provvisionali.

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DATI RICHIESTI PER ANALIZZARE LA ROTAZIONE DELLE ATTREZZATURE

I dati da raccogliere preliminarmente per dimensionare la rotazione delle casseforme sono:

procedimento costruttivo utilizzato e relative caratteristiche tecniche e procedure;numero di gru a disposizione e tempi necessari per la movimentazione dei componenti per livello di costruzione;

il periodo di tempo stabilito per la costruzione di un livello;le caratteristiche delle attrezzature richieste o disponibili;il senso preferenziale di avanzamento dei lavori, funzione dellastruttura;le quantità delle opere da realizzare; setti lineari, superfici dei solai ecc.

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PUNTI CHIAVE PER LA PIANIFICAZIONE DEL CICLO DI PRODUZIONE

La cadenza giornaliera media di avanzamento dei lavori viene dimensionata in relazione agli obiettivi di durata prefissati, al controllo delle caratteristiche tecniche del processo e delle risorse disponibili

Cadenza media = quantità di opere per livello / tempo allocato per livello

La rotazione delle attrezzature per l'esecuzione coordinata dei solai, dei setti e per la dislocazione delle protezioni di sicurezza

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Una procedura di base che nel caso esemplificato richiede di:

1. Suddividere il livello di solaio da costruire in zone di lavoro giornaliero

Le condizioni di base che occorre verificare riguardano la copertura delle gru e la possibilità di far operare più squadre su livelli differenti. Le aree di lavoro saranno dimensionate in relazione, alla cadenza di avanzamento ed alle difficoltà di realizzazione (gabbia dell'ascensore, scale, ecc.). Si attribuisce a ciascuna zona una sigla che permette di identificare il lotto di lavorazione e il giorno in cui viene realizzato

2. Individuare le fasi operativeIn relazione alle procedure esecutive dipendenti dalla tecnologia utilizzate occorre indicare per ogni giorno di lavorazione le fasi operative previste che raggrupperanno insiemi di attività omogenee (prima schematicamente, ad esempio 'disarmo', 'armo' e 'getto', successivamente associando tutte le attività di dettaglio necessarie).

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3. Selezionare gli elementi tecnici da realizzare giornalmente

Dopo la numerazione univoca degli elementi tecnici da eseguire, nell'esempio i setti, occorre analizzare i nodi del programma per stabilire un ordine di esecuzione nel programma giornaliero, stabilendo condizioni operative quali tempio di attesa (ad esempio almeno 12 ore prima di calpestare un solaio ed iniziare ad allestire i setti), o criteri di layout quali evitare di precedere l'esecuzione dei setti interni con l'esecuzione dei setti esterni, o infine requisiti tecnici e di qualità, quali ad esempio individuare i punti di arresto dei getti avendo cura che siano poco visibili.

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4. Disporre l'impiego delle attrezzature principali.Nell'esempio preso in esame occorre assemblare le serie di casseforme a partire dalla lunghezza dei setti da realizzare e dai moduli di casseratura a disposizione del cantiere. Criteri operativi sono ad esempio la riduzione delle operazioni di assemblaggio inopera dei moduli e la saturazione dell'impiego ottimale dell'attrezzatura. Nel caso di un sistema di casseratura si assume correntemente che un impiego sia saturato quando se ne impiega costantemente fra l'80 % ed il 90 % della dotazione.

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5. Disporre l'impiego delle attrezzature accessorie Alla stessa stregua delle attrezzature principali, gli accessori, quali le passerelle di lavoro i dispositivi di sicurezza sono disposteopportunamente prevedendone allestimento e movimentazione. Sono ad esempio disposte sul perimetro esterno dell'edificio e sono fissate ai setti realizzati al piano inferiore. Sono traslate verticalmente da un livello ad un altro e sono previsti nei setti verticali i raccordi con gli ancoraggi delle passerelle esterne.

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DURATA DEL CICLO DI PRODUZIONE E QUANTITÀ DI OPERE DA REALIZZARE

L'analisi dei procedimenti di costruzione delle opere al rustico richiede di stabilire la durata del ciclo che viene assunta come ipotesi di lavoro. I riferimenti sono:

il piano di costruzione i tempi di occupazione della gru utilizzabileAd esempio si ipotizza un ciclo di otto giorni lavorativi è possibile stimare le cadenza media giornaliera di produzione perogni singolo processo (Tabella 2)

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DURATA DEL CICLO DI PRODUZIONE E QUANTITÀ DI OPERE DA REALIZZARE

Le verifiche della capacità di produzione viene svolta in relazione ai dati di sintesi noti, riferibili al sistema di produzione (metri quadri "bagnati" di cassaforma per i setti, produzione oraria a metro cubo per uomo nel caso del getto ecc.) Comprendono le difficoltà eventuali che si possono incontrare e della disponibilità o menodella gru delle condizioni ambientali e dei servizi di cantiere in generale. Si esprimono in relazione ai livelli da costruire e della durata del ciclo predeterminata; ogni cadenza giornaliera si ottiene dividendo la quantità di opera da realizzare per la durata del ciclo stabilita. Sono determinate le misure lineari dei setti, le superfici dei solai ecc.(Tabella 2)

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SUDDIVISIONE IN ZONE DI LAVORO GIORNALIERO

La suddivisione in zone di lavoro richiede di stabilire preliminarmente un senso di avanzamento dei lavori che nell'esempio procede dal lato sinistro verso il lato destro. In base alla cadenza media giornaliera, il numero dei giorni allocati, il senso di avanzamento dei lavori, viene stabilita una suddivisione in lotti di esecuzione avendo cura di rispettare i vincoli di natura tecnologica o altre condizioni al contorno.Tabella 3: quantità di produzione per area di lavoro

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ANALIZZARE LA ROTAZIONE DELLE ATTREZZATURE

Le fasi di esecuzione dei solai e dei setti, casseratura, armatura e getto, sono eseguite in tre zone differenti contemporaneamente, ciò richiede il dimensionamento di tre squadre di lavoro. Fra l'esecuzione dei solai e l'esecuzione dei setti viene introdotto lo slittamento di due giorni al fine di permettere:

la realizzazione dei setti che precedono i solai;la realizzazione di una superficie sufficiente di solaio per procedere alla costruzione dei setti superiori. I setti da eseguire vengono siglati con numerazione progressiva con l'indicazione del giorno in cui devono essere eseguiti.

Tabella 4: Schema delle principali attività per area di lavoro

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SPECIFICHE TECNICHE DEL PIANO DI IMPIEGO DELLE ATTREZZATURE

Il piano di impiego di un sistema di attrezzature si specifica in una serie di dati necessari al controllo tecnico del procedimento. Nel caso in esame il piano di casseratura conterrà alcune informazioni tecniche necessarie quali:la lunghezza dei setti: viene indicata per ciascun giorno del ciclo il numero di setti da costruire e la lunghezza corrispondente in m di cemento armato da gettare.

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il tipo di setto: se il setto libero o raccordato agli estremi; setto bloccato agli estremi; setto libero da un lato e bloccato o raccordato dall'altro; setto raccordato da un lato o libero dall'altro. In relazione al tipo di setto da realizzare le casseforme potranno eccedere la lunghezza effettiva del setto o, in alternativa, dovrà delimitare precisamente la porzione di getto da eseguire con un incremento delle operazioni di assemblaggio/smontaggio delle casseforme, inserimento di compensazioni ecc.le serie di casseforme; definiscono le serie di casseforme utilizzate per l'esecuzione dei setti; vengono definite per conoscere la dotazione necessaria di attrezzature. La serie A1 ad esempio, lunga 5.00 m, è costituita da 5 elementi da 1.00 m. Per evitare di dover separare gli elementi, le serie hanno la lunghezza maggiore che si possa utilizzare tutti i giorni; (Tabella 5: Soluzione B)

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Arresto del getto; l'arresto e la ripresa del getto viene stabilita in relazione alla quota da raggiungere e allo spessore del setto da realizzare;Controtelai e forme; forme e controtelai vengono predisposti per l'inserimento di porte e finestre. Vengono posizionati con dei magneti sulla superficie della cassaforma e possono servire da supporto agli infissi in legno o metallici. Sono progettati in relazione alle loro dimensioni;

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Lunghezza della cassaforma; è la lunghezza della serie di elementi di casseratura uniti per la realizzazione del setto.Ordine di esecuzione dei setti; Viene studiata la realizzazione dei nodi fra i setti per determinare l'ordine di priorità di costruzione.Relazione fra i setti: Al fine di assicurare la ripresa dei getti fra gli elementi verticali, viene posta nei setti principali una delimitazione di lamiera sbalzata. Prima della casseratura del setto secondario viene tolto il coperchio della delimitazione e vengono svolte le armature che assicurano la continuità meccanica fra le strutture.

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COMPARAZIONE DI PROCEDIMENTI ALTERNATIVI

La valutazione di procedimenti alternativi fra loro richiede l'analisi attenta di tutti i fattori interessati nel processo diproduzione. Il costo del procedimento costruttivo che aggrega i costi delle attrezzature ed u costi della manodopera risulta dalla pianificazione dettagliata dei procedimenti. Il dimensionamento delle squadre di lavoro si basa sulla specificazione della rotazione delle attrezzature. Una misura dell'efficienza è costituita dal confronto fra i tassi disaturazione nell'impiego delle attrezzature.

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COMPARAZIONE DI PROCEDIMENTI ALTERNATIVI

Nella tabella 6 si sintetizzano i due piani di casseraturasviluppati nelle tabelle 7 e 8; la principale differenza fra i due procedimenti è costituita dalla modularità e quindi dalle conseguenti serie di casseratura dei due sistemi che peraltro hanno caratteristiche del tutto analoghe. Le caratteristiche dello schema planimetrico implicano una preferenza per il sistema B come si evince dal confronto delle percentuali di impiego della dotazione di risorse.

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Tabella 6 - Confronto fra le percentuali di saturazione delle risorse

46,55 63 44,04 76,7841,2 63 41,3 76,78

48,89 63 49,2 76,7847,03 63 41,96 76,7850,17 63 51,56 76,7845,85 63 45,47 76,7859,54 63 57,04 76,7854,21 63 53,26 76,78

393,44 504 383,83 614,240,780635 0,624886

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8

Giorni di ciclo di produzione

met

ri li

near

i di c

asse

ratu

raSerie1Serie2

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Tabella 6 - Confronto fra le percentuali di saturazione delle risorse

46,55 63 44,04 76,7841,2 63 41,3 76,78

48,89 63 49,2 76,7847,03 63 41,96 76,7850,17 63 51,56 76,7845,85 63 45,47 76,7859,54 63 57,04 76,7854,21 63 53,26 76,78

393,44 504 383,83 614,240,780635 0,624886

0102030405060708090

1 2 3 4 5 6 7 8

Giorni di ciclo di produzione

met

ri li

near

i di c

asse

ratu

ra

Serie1Serie2

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Comparazione di procedimenti alternativi

L'analisi delle condizioni di utilizzo ed il soddisfacimento delle specifiche progettuali richiedono una successiva verifica accurata della composizione del procedimento al fine di assicurare la piena operatività e la selezione ottimale delle risorse e della loro configurazione.

Fattori tecnici che influenza la scelta dei procedimenti costruttivi

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FATTORI CHE INFLUENZANO LA SELEZIONE DEI PROCEDIMENTI COSTRUTTIVI

L'analisi dei procedimenti costruttivi e la pianificazione dei cicli di produzione devono tenere preliminarmente in considerazione l'influenza del sito e del contesto operativo.Condizioni preliminari che occorre esaminare riguardano:

la viabilità attorno al cantiere,gli accessi ed i vincoli sul terreno che possono ostacolare la movimentazione di attrezzature e materiali,i vincoli aerei costituiti da linee elettriche, edifici, alberi, ecc.e sotterranei quali corsi d'acqua, falde acquifere e le condizioni sul perimetro del cantiere.

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FATTORI CHE INFLUENZANO LA SELEZIONE DEI PROCEDIMENTI COSTRUTTIVI

All'esame dei dati che riguardano l'accessibilità, la localizzabilità e l'operatività in sicurezza dei mezzi da cantiere, occorre affiancare l'esame delle condizioni specifiche del contesto che possono influenzare le operazioni di cantiere e che possono riguardare aspetti climatici o ad esempio la contiguità con aree abitate e quindi gli aspetti che riguardano la limitazione delle emissioni di rumore.

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CONDIZIONI RELATIVE AI SERVIZI DI CANTIERE

Le caratteristiche del sito condizionano direttamente l'allestimento del cantiere, il supporto logistico alle operazioni di costruzione e l'esigenze di opere temporanee; questi a loro volta hanno rilevanza sulla selezione delle attrezzature e dei procedimenti costruttivi, sulla definizione delle sequenze di operazioni, attraverso la disposizione degli impianti, delle aree di stoccaggio, dei percorsi interni e dei relativi accessi.

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In generale si possono osservare tre caratteristiche rilevanti ai fini dell'allestimento del cantiere e dei servizi logistici alle attività di costruzione:

Aree aperte: la costruzione occupa solo una porzione ridotta del sito. Sono utilizzabili ampi accessi e aree per lo stoccaggio dei materiali. Esempi sono le aree rurali utilizzate per edifici residenziali, l'impianto di complessi industriali e molti progetti di ingegneria civile;Aree di costruzione costrette in spazi ristretti, che occupano la quasi totalità del sito con accessi difficoltosi e limitati, come ad esempio per i progetti di ristrutturazione urbana, gli interventi su aree costruite o circondate da edifici o le opere accessorie a impianti industriali;Aree di costruzione di considerevole lunghezza e relativamente strette (linee ferroviarie, strade, condotte).

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I primi due casi sono quelli che ricorrono più frequentemente nei cantieri di costruzioni edili e meritano alcune considerazioni. Nel primo caso le proporzioni fra area del cantiere ed aree interessate dalla costruzione sono tali che si possono tracciare agevolmentepiste perimetrali, individuare le aree di stoccaggio e gli accessi. Nel caso di siti che costringono a svolgere le operazioni in ambiti limitati è richiesta una particolare cura nella pianificazione.

Sono condizioni che ricorrono frequentemente all'interno di aree urbane sature, per le quali lo sfruttamento di modeste porzioni di terreno molto costoso si coniuga con sistemi funzionali complessi.

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Costituiscono elementi di criticità:gli accessi;le apparecchiature, i sorvoli da parte delle gru, i flussi dei materiali che devono essere trasportati con movimenti continui senza stoccaggi intermedi;le opere provvisionali che interferiscono con le opere definitive.

Difficoltà e causa di numerose complicazioni si presentano frequentemente per le opere di fondazione specie se profonde e specie se coincidono con il perimetro del cantiere. Le condizioni del terreno congiuntamente con i fattori climaticipossono originare problemi di movimentazione che riguardano i percorsi interni e la loro usabilità rispetto alle condizioni orografiche o alla facilità di manutenzione dei sistemi di drenaggio.

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INFLUENZA DELLE OPERE TEMPORANEE SUI DEI PROCEDIMENTI COSTRUTTIVI

In caso di cantieri costretti in spazi ridotti è richiesto uno studio di dettaglio del pianificazione dei procedimenti costruttivi. Punti critici sono frequentemente:

La risoluzione delle interfacce sui confini dell'area di intervento, rispetto agli edifici adiacenti e alle possibili ostruzioni.L'obiettivo di stabilire o ristabilire prima possibile aree accessibili a quota 0.00, in modo da poter utilizzare spazi accessori per loscarico, ed lo stoccaggio dei componenti.

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Altre condizioni tecniche preliminari che occorre accertare per la pianificazione dei procedimenti costruttivi in relazione alle caratteristiche del cantiere riguardano:

il montaggio e la messa in funzione delle attrezzature; i tempi di settaggio sono condizionati dalle condizioni operative e non sono marginali rispetto ai processi a regime;lo smontaggio in relazione alle opere realizzate o l'incorporamento di attrezzature e/o opere temporanee nelle opere finite.

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Le opere temporanee ed i servizi di cantiere sono opere o servizi necessari a sostenere l’esecuzione dei processi operativi di cantiere e rappresentano una parte significativa del costo dell’operazione.In condizioni specifiche, come ad esempio in siti fortemente delimitati, le opere temporanee possono costituire gli elementi di maggior attenzione per la pianificazione dei procedimenti costruttivi, in particolare per le attività che sono svolte sotto quota del piano campagna per le quali le opere temporanee pesano fortemente sui tempi di realizzazione.

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È questo il caso ad esempio del nodo tecnologico del sostegno delle pareti laterali dello scavo che in relazione alla tecnologia utilizzabile (diaframmi, etc.) possono impegnare le aree di lavoro con ingombranti sistemi di puntellatura.In queste aree le relazioni fra opere provvisionali ed i procedimenti costruttivi sono della massima importanza e richiedono una valutazione attenta sia dei tempi che delle soluzioni tecniche adottate.

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Un criterio di progettazione che si tende a privilegiare consiste nell’inglobare le opere temporanee, nell’opera definitiva, ottenendo così un contenimento dei costi dovuti alla realizzazione ed alla demolizione o smontaggio di opere aggiuntive, finalizzate a svolgere funzioni limitate nel tempoAd esempio si consideri il caso di elementi tecnici quali

le casseforme a perdere,i basamenti delle gru,le strutture metalliche che sostengono le facciate nelle ristrutturazioni urbane.

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