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PROGETTAZIONE DI ELEMENTI NON STRUTTURALI IN ZONA SISMICA: SCAFFALATURE

Gli elementi non strutturali possono essere definiti come quegli elementi "senza funzione strutturale" il cui danneggiamento può però provocare danni a persone e devono quindi essere verificati, insieme ai loro collegamenti alla struttura, per l'azione sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati.

Le "Linee Guida per la Riduzione della Vulnerabilità di Elementi non Strutturali, Arredi ed Impianti" (» scarica il documento ) pubblicate nel Giugno 2009 dalla Presidenza del Consiglio dei Ministri - Dipartimento della Protezione Civile, individuano nelle seguenti categorie i principali elementi non strutturali da considerare:
  • Balconi
  • Manti di copertura
  • Epigrafi o iscrizioni
  • Fonti di illuminazione
  • Canne fumarie
  • Vetrate e infissi
  • Cornicioni
  • Server e centraline
  • Sfondellamenti solai
  • Librerie e scaffalature
  • Cornici di finestre e portali
  • Persiane
  • Intonaci
  • Rivestimenti e paramenti esterni
  • Controsoffitti
  • Tramezzature
  • Tamponature
  • Comignoli
  • Insegne
  • Parapetti
Tra questi rivestono sicuramente un maggiore interesse, dal punto di vista degli elementi in acciaio, le scaffalature.

Un'errata progettazione e realizzazione di scaffalature industriali in acciaio, specialmente in zone a medio-alta sismicità, può portare a notevoli perdite di tipo diretto ed indiretto in caso di terremoto. Il sisma Emiliano del 2012 ne è stato un esempio: basti pensare agli ingenti danni subiti dal sistema Parmigiano Reggiano, stimati in circa 150 milioni di Euro anche e soprattutto a causa della caduta e conseguente perdita di valore di circa 630.000 forme di parmigiano.
 
Scaffalature crollo
Fig. 1 - Collasso di scaffalature per lo stoccaggio di forme di parmigiano (fonte: www.parmigianoreggiano.it)

Le scaffalature in carpenteria metallica costituiscono infatti la quasi totalità delle strutture di immagazzinaggio attualmente utilizzate in ambito industriale e commerciale, grazie alla flessibilità di configurazione ed installazione propria della naturale modularità dei loro componenti.

Dal punto di vista del comportamento strutturale, gran parte delle scaffalature metalliche esistenti sono state ideate e concepite per sostenere prevalentemente carichi verticali statici. Esse sono costituite, nella loro formulazione basilare, da piani di carico su montanti laterali di sostegno i quali, connessi e controventati tra di loro, costituiscono le "spalle". Lo schema base di funzionamento può essere integrato da controventi a livello di piano oppure in direzione longitudinale.

Possono essere generalmente suddivise, sulla basse di una classificazione funzionale e commerciale, nelle seguenti categorie:
  • Scaffalature per usi domestici
  • Scaffalature industriali
  • Scaffalature commerciali per vendita a libero servizio
  • Magazzini autoportanti automatizzati
  • Soppalchi per uso industriale e/o commerciale
Tra queste categorie, i magazzini autoportanti automatizzati non possono essere generalmente considerati come elementi non strutturali in quanto, avendo funzione portante sia nei confronti delle azioni statiche sia di quelle sismiche, anche nei confronti dell'involucro esterno, devono essere progettate come elementi strutturali veri e propri (seguendo quindi le prescrizioni della NTC).

La UNI EN 15878 individua molteplici categorie che, da un punto di vista strutturale, possono essere suddivise in scaffalature a ripiani e scaffalature a correnti.

Scaffalature a ripiani:
I piani di carico sono ottenuti mediante ripiani, tipicamente in lamiera pressopiegata, incernierati ai montanti delle spalle. Sono generalmente assenti controventi di piano, la cui funzione è affidata alla lamiera e la scaffalatura può essere completata da un sistema di controventatura dorsale. Sono generalmente adottate per carichi medio-bassi.
Scaffalature a ripiani
Fig. 2 Elementi di una scaffalatura a ripiani

Scaffalature a correnti:

I piani di carico sono ottenuti mediante correnti longitudinali, tipicamente profilati aperti in parete sottile, incastrati o semi-incastrati ai montanti delle spalle. Sono talvolta presenti controventi di piano e la scaffalatura è generalmente completata da una controventatura dorsale. Sono adottate per carichi medio-alti.
Scaffalature a correnti
Fig. 3 - Elementi di una scaffalatura a correnti

 

Progettazione strutturale: aspetti generali


Le scaffalature ordinarie in acciaio, con l’eccezione dei magazzini autoportanti e dei soppalchi (che sono a tutti gli effetti “edifici” o parti integranti di “edifici”), non sono in generale assimilabili ad edifici, ma sono costruzioni in acciaio molto particolari.

Esse differiscono dagli edifici per il tipo di impiego, il tipo di carichi da supportare, le dimensioni geometriche e gli elementi di acciaio che le compongono, prevalentemente costituiti da profili sottili perforati in continuo, i soli che possano assicurare le caratteristiche di funzionalità, adattabilità e flessibilità necessarie per soddisfare l’enorme variabilità dei requisiti nello stoccaggio delle merci.

I carichi variabili, come i pallet o altre unità di carico, possono rappresentare più del 95% della massa totale, a differenza degli edifici dove la somma del peso proprio e dei carichi permanenti generalmente rappresenta una percentuale significativa delle azioni gravitazionali.

Sebbene le regole generali per la progettazione siano basate sui principi e sulle formulazioni delle norme tecniche per la progettazione degli edifici, particolare attenzione deve essere posta per tener conto dei fenomeni di instabilità dei profili sottili e per determinare in modo appropriato i parametri di progetto attraverso prove sperimentali.

Per una corretta progettazione delle scaffalature ordinarie in acciaio, deve essere opportunamente definito uno schema di funzionamento statico (generalmente indipendente dalle caratteristiche, specifiche per ogni produttore, delle componenti), devono essere scelti i componenti strutturali da utilizzare e deve essere dimensionato il sistema di connessione.
 
Diagramma di flusso della progettazione statica di scaffalature metalliche
Fig. 4 - Diagramma di flusso della progettazione statica di scaffalature metalliche

Di seguito sono riportate le più importanti normative tecniche per la progettazione statica delle scaffalature industriali.

Norme EN
  • EN 15878:2010 “Steel static storage systems – Terms and definitions”
  • EN 15512:2009 “Steel static storage systems – Adjustable Pallet racking systems – Principles for structural design”
  • EN 15629:2009 “Steel static storage systems – Specification of storage equipment” 
  • EN 15635:2009 “Steel static storage systems - Application and maintenance of storage equipments”
  • EN 15620:2009 “Steel static storage systems - Adjustable Pallet racking – Tolerances, deformations and clearances”
Norme “di buona tecnica” per le altre scaffalature in condizioni statiche
  • FEM 10.2.06 “Shelving design code” – August 2000 (scaffalature leggere a ripiani)
  • FEM 10.2.07 “Drive-in Design Code” - Version 0.18 –2011 (scaffalature drive-in)
  • FEM 10.2.09 “Cantilever Design Code” - Version 0.11 – May 2012 (scaffalature cantilever) 


Progettazione strutturale in zona sismica


La risposta strutturale delle scaffalature metalliche differisce rispetto al comportamento delle opere ordinarie in acciaio anche in presenza delle azioni sismiche. Infatti, le regole per la progettazione antisismica fornite per gli edifici non consentono, in generale, di tener conto in modo adeguato del reale comportamento delle scaffalature.

Inoltre il comportamento strutturale di una scaffalatura durante un terremoto è significativamente influenzato da diversi fenomeni fisici che riguardano gli elementi non strutturali, quali:
  • la dissipazione di energia dovuta alla deformazione delle merci stivate
  • l’effetto di scorrimento che si verifica tra i pallet e le strutture che li sostengono, quando le forze sismiche eccedono un certo limite, in funzione dell’intensità delle accelerazioni e dell’attrito effettivo tra le superfici a contatto
Infine la possibilità di spostamento delle unità di carico rispetto alla posizione iniziale può provocare la caduta accidentale dalle travi di supporto, indipendentemente dal livello di resistenza della scaffalatura rispetto al terremoto: sulle scaffalature sismo-resistenti devono essere disposti degli accessori appropriati, al fine di ridurre il più possibile il rischio di caduta delle merci ed il conseguente rischio di impatto, danneggiamento o addirittura il collasso dell’intera struttura dovuto all’innescarsi di un “effetto domino”.

La progettazione anti-sismica delle scaffalature deve inoltre tenere in considerazione i seguenti aspetti critici:
  • la risposta sismica delle scaffalature può essere significativamente diversa in direzione longitudinale o trasversale e può essere considerevolmente influenzata dalle dimensioni globali della struttura e dalla distribuzione delle masse lungo la sua altezza. E’ necessario effettuare delle affidabili valutazioni statistiche per trovare la distribuzione di massa più probabile al manifestarsi del terremoto, che dipende dal tipo e dalle dimensioni della scaffalatura
  • lo smorzamento naturale della struttura “nuda” è molto basso. Tuttavia lo smorzamento effettivo, misurato nelle condizioni reali, può essere significativamente superiore al valore atteso a causa dei micro-movimenti nelle merci stivate e/o dello scorrimento tra i pallets (o le unità di carico) e le travi che li supportano
  • le forze cicliche dovute al terremoto possono danneggiare progressivamente le connessioni e/o altri componenti della scaffalatura
Questi aspetti possono considerevolmente influenzare la risposta della struttura ed il suo modo di reagire alle azioni sismiche. Una modellazione affidabile della resistenza e rigidezza effettive è di fondamentale importanza per predire il comportamento strutturale della scaffalatura.

Normative


Norme EN
  • prEN 16681 “Steel static storage systems - Adjustable pallet racking systems - Principles for seismic design”.
Norme “di buona tecnica”
  • FEM 10.2.08 “Recommendations for the design of static steel pallet racks in seismic conditions” - Version 1.04 – May 2011.
  • FEMA 460 - Seismic Considerations for Steel Storage racks Located in Areas Accessible to the Public - Prepared by the Building Seismic Safety Council of the National Institute of Building Sciences for the Federal Emergency Management Agency, Washington D.C., September 2005.
Norme di Progettazione Antisismica Applicabili in Italia
  • UNI/TS 11379: 2010 “Progettazione sotto carichi sismici delle scaffalature per lo stoccaggio statico di pallet”
Attualmente sono in corso di definizione anche le Linee Guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici per il Progetto e la Costruzione di Scaffalature Metalliche in Zona Sismica.

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