L’interazione tra pavimentazione e scaffalatura nella progettazione del magazzino

Nel 2013 Ingenio ha pubblicato l’articolo “Progettare il magazzino: dal sistema di scaffalature alla pavimentazione” in cui si passavano in rassega i principali aspetti progettuali e prestazionali delle pavimentazioni industriali in relazione alle scaffalature e alle necessità statiche e logistiche dei magazzini.

I successivi e più recenti sviluppi della normativa, incluse le linee guida pubblicate a fine giugno dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, hanno evidenziato importanti aspetti progettuali prestazionali riguardanti l’interazione tra scaffalatura e pavimentazione che, in alcuni casi, possono avere un impatto significativo su progettazione e costi.

In questo articolo, prendendo spunto da quello pubblicato nel 2013, viene presentata l’evoluzione della normativa in questo ambito specifico, a partire dalle revisioni della UNI EN 15512 e della UNI EN 15620, che hanno visto la luce negli ultimi due anni.

La progettazione di una pavimentazione in un magazzino

La distribuzione di un fabbricato industriale deve agevolare le attività produttive e/o logistiche (movimentazione di merci, distribuzione e stoccaggio su scaffali ecc.); per lo stoccaggio delle merci è necessario tenere conto del volume utile, della maglia delle colonne, della deformabilità della struttura dell’edificio, delle caratteristiche di planarità, livello e rigidezza del pavimento, e degli spazi utili di manovra necessari ai mezzi di movimentazione delle merci.

Sulla pavimentazione possono essere presenti contemporaneamente diversi sistemi di immagazzinamento e movimentazione, che trasferiscono azioni sia puntuali che distribuite, e pertanto le indicazioni generiche delle norme generali di progettazione non sono in genere sufficienti per un adeguato dimensionamento statico.

I requisiti prestazionali di una pavimentazione sono statici, deformativi, di tolleranza e di finitura; a questi va aggiunta la necessità di garantire un adeguato ancoraggio delle strutture supportate; quest’ultimo aspetto è talvolta poco considerato in fase di preventivazione e di progetto del pavimento, e rischia produrre costi imprevisti o soluzioni progettuali problematiche, specialmente in presenza di sisma.

Riguardo scaffalature industriali, le tolleranze e i requisiti di deformazione del pavimento interessano vari aspetti quali:

• il progetto strutturale degli scaffali;

• il movimento dei vari mezzi di movimentazione, in particolare i carrelli che operano in scaffali con strette tolleranze di manovra quali i drive-in e gli scaffali a corridoio stretto (VNA – Very Narrow Aisle racks); questi ultimi possono anche sollevare il carico durante la guida;

• la possibilità di depositare ed estrarre in sicurezza le unità di carico nello scaffale.

Per una progettazione efficiente sotto il profilo tecnico-economico è quindi necessario il coordinamento tra i progettisti del magazzino (la struttura che contiene il sistema logistico, inclusa la pavimentazione) degli scaffali nonché dei vari sottosistemi (es. impianti antincendio, elettrici, di climatizzazione), in generale fin dalla fase di preventivazione.

Un utile inquadramento è fornito anche dal Bollettino Tecnico N.10 della FEM R&S, che identifica i soggetti coinvolti, tra cui:

• lo sviluppatore immobiliare dei fabbricati per la logistica;
• la Proprietà, il Responsabile della Sicurezza e l’utente finale;
• l’integratore che definisce il sistema logistico, il sistema di movimentazione delle unità di carico e le interfacce con le scaffalature;
• il progettista delle scaffalature;
• il Progettista del pavimento e il progettista geotecnico;
• l’esecutore del pavimento;
• i fornitori di scaffalature per magazzini e/o soppalchi;
• i fornitori di attrezzature di movimentazione.

La Normativa di riferimento delle scaffalature

Le NTC-2018, al Paragrafo 2.1 “Principi fondamentali”, specifica che “I componenti, i sistemi e i prodotti edili od impiantistici, non facenti parte del complesso strutturale, ma che svolgono funzione statica autonoma, devono essere progettati ed installati nel rispetto dei livelli di sicurezza e delle prestazioni di seguito prescritti”: quindi per la normativa italiana cogente anche gli scaffali devono garantire i livelli di scurezza strutturale specificati, anche se questi non ricadono tra le tipologie costruttive per le quali le Norme Tecniche forniscono indicazioni progettuali cogenti.

La Norma EN 15512 è il principale riferimento tecnico ormai riconosciuto e utilizzato per la progettazione delle scaffalature portapallet (si vedano anche le Linee Guida del CSLLPP pubblicate a giugno 2023); questa fa riferimento in modo diretto e “normativo” alla EN 15620, che specifica gli interspazi e i limiti di deformazione necessari per operazioni sicure nel magazzino, in funzione delle tolleranze e delle deformazioni delle scaffalature e della pavimentazione, dei mezzi di movimentazione, delle unità di carico nonché delle tipologie di scaffalatura.

Per questo scopo la EN 15620 richiama norme specifiche pubblicate dai Gruppi di Prodotto "Industrial Trucks - IT" e "Racking & Shelving - R&S" dell'associazione industriale FEM (European Materials Handling Federation).

Passiamo quindi in rassegna i riferimenti normativi di settore delle scaffalature industriali contenenti indicazioni e prescrizioni riguardo l’interazione tra pavimentazione e scaffalatura.

Partendo dalle norme di settore sulle scaffalature industriali pubblicate al CEN e procedendo in ordine cronologico, a inizio 2017 è stata pubblicata la EN 16681 [3] per la progettazione antisismica di scaffalature portapallet, che ha superato la FEM 10.2.08 del 2011 e, in Italia, la UNI/TS 11379:2010.

Nel 2020, dopo un lungo e articolato processo, è stata pubblicata la revisione della EN 15512 per la progettazione delle scaffalature portapallet in campo statico, successivamente integrata da un emendamento come EN 15512:2020+A1:2022 e tradotta in Italiano dall’UNI. Questa nuova edizione contiene le regole di progettazione dello scaffale tenendo conto dell’interazione con la pavimentazione.

Nel 2021 è stata infine pubblicata la revisione della EN 15620 che tratta di tolleranze, deformazioni e interspazi degli scaffali, che non riporta direttamente le specifiche sulle pavimentazioni, ma si riferisce in modo normativo a specifici documenti FEM.

La EN 15512 e la EN 15620 fanno parte del gruppo di normative tra loro interconnesse e integrate sulle scaffalature industriali che devono essere considerate congiuntamente.

In ambito industriale, la FEM - Racking and Shelving Product Group, in coordinamento con il Product Group “Industrial Trucks”, ha pubblicato alcune importanti norme sull’interazione tra scaffalatura e pavimentazione, che rappresentano il riferimento normativo oltre che tecnico, essendo richiamate nella EN 15620 in modo normativo.

Nel 2018 è stata pubblicata la FEM 10.2.14 Parte 1 e Parte 2 riguardante le pavimentazioni industriali su cui sono installate scaffalature in cui le unità di carico movimentate da carrelli industriali.

A marzo del 2023 infine è stata pubblicata la FEM 10.2.18 per la progettazione degli scaffali su basi mobili o “compattabili” contenenti specifiche su limiti di deformabilità e tolleranze della pavimentazione.

A livello nazionale si segnala la pubblicazione a fine giugno 2023 delle “Linee guida per la progettazione, esecuzione, verifica e messa in sicurezza delle scaffalature metalliche” del Consiglio Superiore del Lavori Pubblici - Servizio Tecnico Centrale, di cui si farà cenno più avanti; su questa linea guida si rimanda al documento pubblicato dall’Associazione Italiana dei Produttori di scaffalature AISEM-CISI “Position Paper 01/2023”.

L’interazione scaffale-pavimentazione nella progettazione statica degli scaffali

L’Eurocodice 3 Parte 1 al Cap. 5.1.3 (1) specifica che "Bisogna tener conto delle caratteristiche di deformazione dei supporti della struttura qualora questi siano significativi".

Il pavimento del magazzino è la fondazione del sistema di scaffalature, ed è a sua volta sostenuto da una base geotecnica (costituita dal terreno, da pali, o da una loro combinazione - Figura 1) oppure da un solaio (Figura 2).

La EN 15512 dedica il capitolo 9.1.3 all’interazione statica tra lo scaffale e la struttura che lo sostiene (Figura 3)

La Norma identifica i requisiti di rigidezza per i quali la pavimentazione può essere assunta come “quasi rigida” (in linea con la FEM 10.2.14 Parte 2), quindi con influenza trascurabile sulla statica dello scaffale, sulla sua funzionalità e sull’operatività in sicurezza; il parametro di riferimento è la rotazione del pavimento sotto carico (Figura 4): il cedimento uniforme della pavimentazione infatti non provoca effetti sullo scaffale, mentre la sua rotazione ha effetti sulla sua statica in quanto produce cedimenti differenziali delle basi d’appoggio che possono con conseguenti coazioni tra elementi interconnessi e/o spostamenti e sollecitazioni dovuti agli effetti del 2° ordine.

La definizione di “pavimento quasi rigido” dipende dal tipo e dalla prestazione richiesta alla scaffalatura (Tabella 1).

In particolare, la rotazione limite del pavimento è fissata uguale al doppio della tolleranza di verticalità di montaggio dello scaffale; ad esempio, per uno scaffale portapallet di classe 400 la tolleranza di montaggio per la verticalità è H/350 e il pavimento “quasi rigido” ha un limite di rotazione di 1/700 rad, mentre per uno scaffale VNA con tolleranza di verticalità di H/750 il limite per la pavimentazione è H/1500.

Le EN 15512 riconosce alle scaffalature imbullonate la capacità di adattarsi ai cedimenti della pavimentazione grazie ai giochi foro-bullone delle spalle e dell’adattamento dei connettori corrente-montante; le scaffalature con spalle saldate, non hanno questa possibilità, almeno per quanto riguarda le spalle, e per queste la Norma impone il limite più severo di 1/2000 rad indipendentemente dalla loro classe e utilizzo.

Quando le deformazioni del pavimento eccedono i limiti previsti per considerare la pavimentazione “quasi rigida”, la EN 15512 indica tre metodi per tenere conto dell’interazione scaffale-pavimento.

• Il primo è il calcolo integrato di pavimentazione e scaffali.
• Il secondo consiste nel calcolo iterativo delle reazioni alla base dello scaffale considerando i cedimenti prodotti dalla deformazione del pavimento, che vengono applicate come carichi al pavimento stesso, fino al raggiungimento della convergenza quando la variazione tra un’iterazione e la successiva non eccede il 5% (Figura 5); questo metodo è descritto anche nella FEM 10.2.14-2.
• In alcuni e ben specificati casi è infine possibile inglobare la deformazione del pavimento nell’imperfezione iniziale.

Sul metodo iterativo vale la pena spendere qualche considerazione, poiché è quello maggiormente utilizzato e che mantiene distinta la responsabilità del calcolo tra i progettisti dello scaffale e della pavimentazione.

Innanzi tutto, in generale il problema non è lineare: infatti bisogna tenere conto degli effetti differiti legati al calcestruzzo e alla base geotecnica della pavimentazione, che può rallentare la convergenza dell’iterazione.

In secondo luogo, è necessario definire i valori di carico sullo scaffale: quando si considerano gli effetti di lungo termine della pavimentazione, è ragionevole considerare un valore di carico inferiore al carico massimo, che dipende da riempimento e peso delle unità di carico medi; a questi vanno sovrapposti gli effetti di breve durata con i differenziali tra i carichi massimi e carichi medi, da considerare con opportune distribuzioni.

A favore di sicurezza si possono massimizzare gli effetti di deformazione sul pavimento (e le conseguenze sullo scaffale) considerando diverse distribuzioni di carico con il valore massimo previsto, ma in questo caso la progettazione potrebbe risultare non ottimizzata.

I range di variazione dei parametri geotecnici sono a loro volta spesso ampi; la FEM 10.2.14-2 raccomanda di ripetere il calcolo considerando i valori limite di detti parametri.

Infine, le fasi costruttive, i tempi e le sequenze con cui il pavimento viene caricato possono essere tenuti in conto per limitare gli effetti delle deformazioni differite; questo è particolarmente significativo per gli impalcati.

Si può intuire come la soluzione con pavimento non quasi rigido, spesso economicamente più vantaggiosa, comporti un onere di calcolo e coordinamento tra i progettisti non indifferenti, oltre a una previsione dell’uso della scaffalatura; viste le numerose variabili coinvolte è spesso necessaria una valutazione di buon senso ingegneristico per giungere a delle conclusioni.

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