La progettazione delle scaffalature in zona sismica ... EN15512 (+ EC3 Parte 1-3) 2) La resistenza...

La progettazione delle scaffalature in zona sismica:

criteri, prestazioni, scelte tecniche, collaudo

SAIE, Bologna, 17 ottobre 2013 Ing. Stefano Sesana

SCL Ingegneria Strutturale, Milano – www.scl-ingegneria.it

Le scaffalature resistono al sisma?




Medolla



Correggio



Poggio Rusco

Si studiano le scaffalature in zona sismica da anni


Blume & al. 1974-1980 RMI dal 1964

Si studiano le scaffalature in zona sismica da anni


CEN TC 344 FEM Section X / ERF

European Racking Federation

La normativa tecnica in Italia e Europa


prEN 16681 (2015) Steel static storage systems

Adjustable pallet racking systems

Principles for seismic design

FEM 10.2.08 v.1.04 May 2011 Recommendations for the design of Static Steel Pallet Racking in seismic

conditions

UNI/TS 11379:2010 Scaffalature metalliche Progettazione sotto carichi sismici

delle scaffalature per lo stoccaggio statico di pallet

FEM Section X / ERF European Racking Federation

ACAI-Cisi Associazione Italiana Costruttori Acciaio

Sez. Scaffalature Industriali



Ricerca Europea Seisracks 1

prFEM 10.2.08 Ottobre 2008

FEM 10.2.08 - v. 1.04 Maggio 2010

UNI/TS 11379:2010

UNI/TS 11379 revisione

prEN16681 (2015)

Ricerca Europea Seisracks 2

FEM Section X – ERF (ACAI) 2000-2010

Attività di ricerca Europea ACAI / Ecoleader



La UNI/TS 11379 La UNI/TS 11379 è la traduzione della prFEM 10.2.08 draft Oct. 30

2008, adattata alla Normativa Italiana NTC-2008 nelle parti riguardanti la definizione dell’azione sismica e i coefficienti di sicurezza.

Le Norme tecniche esistenti trattano solo scaffali tipo APR (portapallet)

Le peculiarità delle scaffalature


Cosa sono le scaffalature

Le scaffalature sono un prodotto industriale, in uso da anni nei diversi ambiti della logistica.

I metodi di progettazione sono stati sviluppati dai costruttori sulla base di studi e esperienze decennali, che negli ultimi 15 anni hanno trovato una formalizzazione nell’ambito delle Norme FEM (sviluppate dall’Industria con il supporto delle Università e Istituti di ricerca), e recentemente una ufficializzazione in ambito CEN (Norme EN).



Le caratteristiche dei carichi ◦ Il peso proprio della struttura e il carico

permanente sono in genere trascurabili rispetto al carico variabile (merce stoccata), salvo casi molto particolari

◦ Il carico variabile è costituito dalla merce stoccata sui suoi supporti; concettualmente l’unità di carico va vista come una struttura indipendente semplicemente appoggiata sullo scaffale



Il sistema costruttivo e strutturale ◦ Le scaffalature sono realizzate in genere con profili sottili

formati a freddo, mettendo in atto disposizioni che ne

ottimizzano la prefabbricazione, il montaggio, la flessibilità

nell’uso

◦ I bulloni utilizzati nelle scaffalature sono generalmente di

piccolo diametro (M6-M10)

◦ Il sistema costruttivo tradizionale sviluppato e industrializzato è

concepito principalmente per elevati carichi verticali; su questa

base è necessario un’evoluzione del prodotto per fare fronte

alle azioni prodotte dal sisma



Il sistema costruttivo e strutturale ◦ Strutturalmente gli scaffali sono telai a nodi semirigidi, con

nodi di modesta rigidezza rispetto a quelli delle strutture

tradizionali in carpenteria. Nel piano trasversale, la rigidezza

laterale delle spalle tralicciate è in genere minore di quella

valutabile per via teorica considerando le proprietà delle

sezioni, per via dell’elevata flessibilità a taglio derivante dai

sistemi costruttivi di collegamento delle diagonali, che può

essere determinata solamente mediante prove.

◦ Ove richiesto, in direzione longitudinale, gli scaffali possono

essere controventati per resistere alle azioni orizzontali o

limitare le deformazioni.



L’interazione tra struttura e carico ◦ Il grado di vincolo del carico variabile sulla struttura di

supporto (scaffale) è di semplice appoggio verticale monolatero; ne consegue che le unità di carico sono trattenute orizzontalmente solo dall’attrito, e possono traslare rispetto alla loro posizione iniziale per effetto di azioni inerziali

◦ La risposta strutturale dello scaffale è quindi condizionata in campo dinamico anche dall’interazione con le unità di carico; il grado di confinamento della merce sui supporti influenza tale risposta



Comportamento dinamico ◦ Data l’elevata deformabilità laterale, la risposta dinamica

delle scaffalature è caratterizzata da periodo di oscillazione elevati (1 s nella direzione delle spalle tralicciate, 3-4 s nella direzione longitudinale non controventata, 2 s in presenza di controventi longitudinale).

◦ Dato l’elevato carico verticale, gli effetti del 2° ordine influenzano in modo significativo la risposta in campo statico e dinamico

Prestazioni e sicurezza


Requisiti fondamentali 1) Prevenzione del collasso

La scaffalatura deve essere progettata e realizzata per resistere all’azione sismica senza presentare collassi locali o globali, mantenendo la sua integrità strutturale ed una capacità resistente residua anche dopo l’evento sismico.

Gli stati limite ultimi sono quelli associati al collasso o ad altre forme di crisi strutturale che può creare pericolo per la sicurezza delle persone.



2) Limitazione del danno

La Normativa non fornisce prescrizioni rispetto allo stato limite di danno

Dopo un evento sismico di entità superiore a 0.5 ag S, prima di continuare ad utilizzare l’attrezzatura lo scaffale dovrà essere ispezionato integralmente per verificare:

◦ l’integrità del 100% della struttura;

◦ il grado di danneggiamento eventualmente subito dagli elementi strutturali.

Questa regola si applica per scaffali progettati secondo la Norma

L’eventuale spostamento delle unità di carico stivate non deve essere considerato un danno.



3) Rischio di caduta dei pallet

Lo scorrimento dei pallet sui correnti è considerato nel calcolo di

dimensionamento sismico dello scaffale

Gli effetti sulla sicurezza delle persone che operano in adiacenza

dello scaffale, delle merci e della struttura stessa dello scaffale

devono essere adeguatamente considerati

La caduta del pallet è un evento che NON può essere previsto in

sede di progetto, in quanto l’entità degli spostamenti NON

possono essere valutati a priori e in modo deterministico con i

metodi e le conoscenze a disposizione.



Definizione dell’azione sismica



Livello di sicurezza definito da UNI/TS 11379

Livello di sicurezza definiti da FEM 10.2.08 e prEN16681



Modellazione dell’azione sismica


Metodo di analisi ◦ Il metodo di analisi di riferimento è l’analisi modale a spettro di

risposta (MRSA)

◦ Lo spettro di risposta definito nell’EC8 viene recepito attraverso i Documenti di Applicazione Nazionale

In Italia:

◦ la zonazione e l’azione sono quelle definite dallo spettro di risposta della NTC-2008

◦ l’accelerazione di progetto è definita dalla Classe d’uso (rif. UNI/TS 11379)



Sd(T,q)

Sd,mod(T) = ED1*ED3*Sd(T;q) + ED2

Sd,mod(T) = KD Sd(T;ED2;q) + ED2

KD = 1-PE,prod/PE*(1-ED1*ED3)

ED1*ED3≥ 0.4

Normativa tecnica cogente

FEM, UNI/TS

CEN-EN

La UNI/TS 11374 da sola non basta


ED3=0.67 Verifica dei correnti Metodi di analisi Stabilità delle merci sui correnti Interazione utilizzatore - fornitore

(Specifiche) Modellazione delle masse Regolarità strutturale Rischio di caduta dei pallet Piastre di base e ancoraggi Disposizioni costruttive degli elementi di

tralicciatura delle spalle Prove di scivolamento pallet-correnti Condizioni di progetto per la spalla Scaffali su impalcati Regole complementari per le altre

normative (EN 15635 e EN 15629)

FEM 10.2.08 v.1.04 May 2010

prEN 16681 (2015)

UNI/TS 11379:2010 prFEM 10.2.08 Nov. 2008



Il coefficiente ED1 ◦ Il coefficiente ED1 tiene conto dell’effetto della traslazione delle

unità di carico sui correnti.

◦ Influenza la risposta sismica in termini riduzione dell’ordinata dello spettro di risposta

◦ Dipende da:

Intensità dell’azione sismica [Se(T)]

Massa e flessibilità dello scaffale [T]

Attrito tra unità di carico e correnti [µS]

ED1 = max [ 0.4 ; S/Se(T1) +0.2 ] 1.0



Il coefficiente ED2 ◦ Il coefficiente di modificazione del peso dell’untià di carico ED2

rappresenta l’effetto dell’interazione tra le unità di carico e la struttura dello scaffale.

◦ Questo coefficiente influenza la risposta sismica in termini di massa partecipante e modificazione del periodo di vibrazione.

◦ Dipende dalla natura dell’unità di carico



Il coefficiente ED3 ◦ Il coefficiente ED3 raggruppa l’effetto fenomeni e comportamenti

evidenziatisi in varie ricerche che contribuiscono a dissipare energia e ridurre la sollecitazione sullo scaffale, come evidenziato da ricerche condotte negli USA sin dagli anni 70 (John A Blume and Associates, 1973; Chen, Scholl, and Blume, 1980) e più recentemente in Europa (ricerche Seisracks ed Ecoleader); ED3 è un valore forfetario.

◦ Il valore numerico del coefficiente ED3 è stato fissato nella FEM 10.2.08 sulla base di considerazioni ingegneristiche e confronti empirici con altre normative internazionali.



Il coefficiente ED3 ◦ Alcuni fenomeni macroscopici osservabili sono:

- La flessione nel piano orizzontale dei correnti sotto le unità di carico, che si manifesta localmente in una rotazione relativa con dissipazione di energia per effetto dell’attrito, senza produrre quegli spostamenti macroscopici considerati dal coefficiente ED1.

- L’attrito che si manifesta per effetto dei giochi tra ganci e fori nei connettori corrente-montante, che tende ad aumentare al progressivo danneggiamento degli stessi

- La rotazione attorno all’asse verticale delle unità di carico, che non produce traslazioni ma dissipazione di energia per effetto dell’attrito

- La flessione della piastra di base nel piano della spalla, che normalmente non viene considerata nel calcolo, ed è fonte di sovraresistenza strutturale.

Principi di progettazione


La progettazione delle scaffalature industriali tradizionali realizzate con profili formati a freddo viene eseguita con i criteri definiti dall’EC8 per strutture “poco dissipative”.

I meccanismi di dissipazione non risiedono nella plasticizzazione delle membrature realizzate con profili formati a freddo, ma:

◦ nei collegamenti dove si sviluppano giochi, attriti, rifollamenti che sono fonte della modesta dissipazione di energia considerata attraverso il coefficiente di struttura q=1.5

◦ nell’interazione tra la massa e la struttura, considerata attraverso i coefficienti di modificazione dello spettro



Regole di progettazione per scaffalature “poco dissipative”

1) Materiali: non vi sono requisiti addizionali rispetto alla Norma EN15512 (+ EC3 Parte 1-3)

2) La resistenza delle membrature e dei collegamenti è valutata in accordo con le regole della Norma EN 15512 (+ EC3 Parte 1-3)

3) I bulloni dovranno essere serrati con “serraggio stretto” (snug tight) e dovranno incorporare un sistema antisvitamento (es. dadi flangiati zigrinati, inserti antisvitamento)

4) Il coefficiente di struttura q può essere assunto maggiore di 1.5 (ma minore o uguale a 2) se gli elementi che resistono in compressione all’azione del sisma sono di classe 1-2-3

segue



Regole di progettazione per scaffalature “poco dissipative”

5) E’ possibile utilizzare controventi a K, D, Z e X senza traverso (tipici delle configurazioni delle spalle) se

i. si assume il coefficiente di struttura q=1.5

ii. le diagonali e i loro collegamenti sono dimensionati per 1.5 volte l’azione di calcolo

6) Nei collegamenti bullonati la resistenza a taglio del bullone Fv,Rd deve risultare maggiore o uguale a 1.20 volte la resistenza a rifollamento Fb,Rd

Fv,Rd / Fb,Rd 1.20

Analisi e calcolo strutturale


Limitazione del carico critico

Nei casi in cui I agR S ≥ 0.1g il carico critico euleriano dello scaffale Pcr,E deve risultare almeno doppio rispetto al carico portato nella condizione di progetto sismico PE

PE / Pcr,E ≤ 0.5



Effetti del 2° ordine

Il controllo degli effetti del 2° ordine si basa sulla definizione del parametro di sensitività , che può essere valutato in due modi:

◦ Metodo dei tagli al piano

i = (PE,i dr,i) / (VE,i hi)

= max[i]

◦ Valutazione del carico critico

= qd x PE / Pcr,E



Effetti del 2° ordine per strutture poco dissipative



L’amplificazione 1/(1-) per strutture poco dissipative porta a risultati conservativi e e molto conservativi per > 0.3; è raccomandabile utilizzare metodi di amplificazione “diretta”, quali analisi statica geometricamente nonlineare o analisi modale con effetti del 2° ordine

Metodo di analisi

0.1 > 0.1

LFMA 1° ordine

2° ordine (geometricamente non lineare)

oppure

1° ordine + (1/1-)

MRSA [KI]

[KI]+[KG]

oppure

[KI] + (1/1-)

La spalla può essere analizzata singolarmente come sottostruttura staticamente indipendente, quando non è parte del sistema di controvento verticale

La verifica della spalla è una verifica locale

Nel piano della spalla l’eccentricità verticale della massa deve essere considerata.

Condizioni di carico da considerare:

◦ Scaffale carico al 100%

◦ Solo livello superiore caricato

◦ Scaffale carico con peso delle unità di carico pari a 2/3 del peso di progetto

Progettazione degli elementi


Progettazione della spalla

La disposizione degli elementi della tralicciatura della spalla può produrre torsione nel montante.

Nel caso di sistemi in cui le linee d’asse degli elementi strutturali non giacciono nel piano della spalla, l’effetto della torsione indotta nel montante dovrà essere considerata esplicitamente

è necessario determinare rigidezza e resistenza sperimentalmente



Progettazione della spalla

Il comportamento ciclico è caratterizzato dal danneggiamento: ad ogni ciclo il connettore acquista looseness

Il singolo ciclo di carico inviluppa i cicli di carico



Comportamento del connettore


Controventamento longitudinale



Sistema di collegamento al controvento Il sistema deve essere efficace a trasferire l’azione senza indurre

effetti secondari non controllati di sollecitazione e deformabilità


L’azione orizzontale di progetto è limitata dalla resistenza allo scorrimento prodotta dall’attrito

L’attrito produce un “effetto diaframma” che può ridurre la flessione dei correnti nel piano orizzontale

E’ necessario considerare le possibili distribuzioni delle unità di carico sui correnti

QP,max

H

eV

b

• La verifica del corrente è una verifica locale

• L’azione di progetto è derivata dall’analisi globale in termini di accelerazione o di azione interna negli elementi fittizi del modello


Progettazione dei correnti portapallet



Scelte tecniche e collaudo

La flessibilità dello scaffale è una risorsa che va sfruttata in modo oculato senza abusarne

La conoscenza del comportamento strutturale e delle prestazioni degli elementi è indispensabile per poter garantire i livelli di sicurezza attesi; per questo è necessaria una sperimentazione rigorosa e completa

E’ necessario far evolvere il prodotto scaffale superando alcune soluzioni storicamente implementate ma non sicure in presenza di azioni orizzontali rilevanti (es. tralicciatura delle spalle, diametro dei bulloni …)

Il p

rodutt

ore



Gli schemi strutturali e i particolari costruttivi devono essere studiati per ridurre per quanto possibile le eccentricità e consentire il corretto trasferimento delle sollecitazioni tra sistemi strutturali diversi in modo chiaro e senza azioni parassite che non vengono considerate nella verifica; ad esempio:

◦ il collegamento ai controventi verticali

◦ la torsione nel montante

◦ il collegamento dei controventi orizzontali e il relativo percorso delle azioni

Il p

rodutt

ore



La pavimentazione è il sistema fondale dello scaffale: le condizioni di ancoraggio alla pavimentazione giocano un ruolo decisivo sulla sicurezza. La pavimentazione deve essere staticamente adeguata e il sistema di ancoraggio deve garantire in ogni posizione il trasferimento delle azioni.

I progettisti dello scaffale e della pavimentazione dovrebbero interagire in fase di progetto

Le caratteristiche dell’edificio ospitante devono essere note e tenute in conto per controllare le interazioni con gli scaffali

Le c

ondiz

ioni al conto

rno



La progettazione logistica e funzionale del magazzino deve tenere conto dei requisiti antisimici:

◦ Identificazione del peso di progetto sismico e del peso massimo delle unità di carico

◦ Identificazione del grado di riempimento medio attraverso l’analisi dei flussi

◦ Adeguata distanza tra gli scaffali e tra scaffale e strutture dell’edificio ospitante (conoscenza dell’edificio)

◦ Il sistema di giunti della pavimentazione deve essere studiato insieme al layout degli scaffali

Il p

rogett

ista

genera

le



Esistenza di adeguata sperimentazione per la progettazione strutturale dei componenti e dei sistemi

Considerate correttamente tutte le condizioni di carico

Valutare la corrispondenza tra schemi di calcolo e sistemi costruttivi

Valutare che il sistema di trasferimento delle azioni avvenga in modo staticamente corretto e non vi siano effetti secondari “parassiti” necessari per garantire l’equilibrio; ove presenti, questi dovranno essere adeguatamente considerati

Punti c

ritici per

il c

ollaudato

re



Scelta di idonei sistemi di ancoraggio

Corretta messa in opera degli scaffali

Controllare gli interspazi tra le strutture e i giunti sismici

Verificare puntualmente le condizioni di ancoraggio alla pavimentazione

Profondità di infissione dei tasselli

Distanza dei tasselli dai giunti e dai tagli a pavimento

Accertarsi dell’idoneità della pavimentazione

Punti c

ritici per

il c

ollaudato

re


La Specifica

La FEM 10.2.08 e la prEN

16681 forniscono una

checklist dei dati che

utilizzatore e fornitore

devono scambiarsi


La Specifica

La progettazione delle scaffalature in zona sismica ... EN15512 (+ EC3 Parte 1-3) 2) La resistenza...

Documents

Transcript of La progettazione delle scaffalature in zona sismica ... EN15512 (+ EC3 Parte 1-3) 2) La resistenza...