Discussioni finali riguardo alle scalere

Motivati dal considerevole danno economico e dai possibili rischi per la vita umana emersi con il terremoto che ha investito l’Emilia-Romagna nel 2012, sono state analizzate e studiate le risposte sismiche di diverse tipologie di scaffalature di stoccaggio per la stagionatura del Parmigiano Reggiano.

Da un esame dei sistemi di scaffalature utilizzati nella pianura padana, sono state selezionate due configurazioni tipiche per studiare l’effetto che possono avere gli accelerogrammi artificiali spettro compatibili corrispondenti a zone sismiche significative nel territorio del Comprensorio Parmigiano Reggiano.

In generale, le scalere sono ben progettate per resistere ai carichi statici verticali ma presentano delle problematiche nei riguardi delle sollecitazioni aggiuntive dovute all’evento sismico. Nell’ambito di questa ricerca, per sopperire alla scarsa resistenza nei riguardi delle azioni sismiche, sono state proposte diverse soluzioni e contromisure che riguardano sia la direzione trasversale della scalera che quella longitudinale. In particolare, è stata studiata la possibilità di utilizzare un sistema di controllo passivo, in cui degli smorzatori viscosi collegano la parte superiore della scalera (in direzione trasversale) con una struttura circostante di supporto. Questa può essere rappresentata da una struttura di supporto appositamente progettata per assorbire l’azione orizzontale, oppure può essere rappresentata dalle stesse pareti del magazzino se sufficientemente resistenti.

L’analisi alla Time History sulle diverse configurazioni proposte, ha dimostrato la notevole efficienza e i vantaggi nell’utilizzo degli smorzatori viscosi. I vantaggi sono in termini di riduzione delle sollecitazioni interne negli elementi della scalera, in termini di spostamenti massimi e di reazione trasmessa alla struttura di supporto. In particolare, per collegare la parte superiore delle scalere con le pareti del magazzino, non è consigliabile utilizzare un vincolo fisso, cioè privo di giunto viscoso, perché le forze trasmesse alla costruzione possono essere molto elevate e, in genere, non preliminarmente considerate nella progettazione della struttura esistente. Le analisi non lineari alla Time History su modelli 2D hanno confermato che gli effetti del secondo ordine generano una variazione dello stato tensionale rispetto al caso lineare che non supera il 10%.

Un’analisi di sensitività è stata condotta per determinare il fattore di smorzamento ottimale. L’aumento di tale fattore porta, da un lato, alla diminuzione dello stato tensionale della scalera, ma dall’altra parte all’aumento della forza trasmessa alla struttura di supporto. Tuttavia, ridurre le sollecitazioni al di sotto di determinati valori non risulta particolarmente efficace perché le scalere devono anche resistere alle azioni derivanti dal sisma in direzione longitudinale (cioè ortogonalmente alla direzione in cui gli smorzatori lavorano). Perciò, la condizione di smorzamento ottimale è quella in cui, per azione sismica in direzione trasversale e in direzione longitudinale, i momenti flettenti massimi alla base delle colonne delle scalere sono dello stesso ordine di grandezza e, allo stesso tempo, le forze trasmesse alla struttura circostante sono contenute.

Un altro punto di debolezza riscontrato è rappresentato dal sistema di controvento, indispensabile per assorbire le sollecitazioni derivanti dall’azione sismica in direzione longitudinale. L’assenza di alcuni elementi come i montanti o in alcuni casi anche dei diagonali comporta la nascita di eccessivi momenti flettenti nelle colonne. Semplici ed economici interventi di sostituzione/aggiunta di elementi, migliorano sensibilmente la risposta strutturale con conseguente riduzione delle sollecitazioni nelle colonne. In generale, anche l’area della sezione trasversale dei controventi non è idonea ad assorbire l’azione sismica e deve perciò essere aumentata.

Sono state eseguite, per omogeneità di confronto, analisi alla Time History con tre diversi input sismici: due accelerogrammi artificiali spettro compatibili relativi alle zone di Pievepelago e Modena ed uno spettro naturale registrato durante il sisma del 2012 nella zona di Mirandola. Lo spettro corrispondente all’accelerogramma naturale di Mirandola presenta una forma anomala rispetto agli spettri forniti da normativa per le medesime zone, con dei picchi ad alto contenuto energetico per periodi compresi tra 0.6 -0.7 s. Pertanto, irrigidire la struttura inserendo, ad esempio, dei vincoli in sommità per bloccare gli spostamenti, fa sì che il periodo fondamentale di vibrazione della struttura ricada proprio all’interno della zona ad alto contenuto energetico, peggiorando la prestazione sismica del sistema.

Sono state considerate le possibili interazioni tra scalere e struttura circostante (schematizzata in via semplificata come un oscillatore semplice con diversi periodi di vibrazione). Sono state analizzate differenti configurazioni per avere un quadro chiaro e completo sui possibili vantaggi raggiungibili utilizzando il damper piuttosto che un collegamento rigido. I parametri di confronto utilizzati sono il numero n di scalere presenti all’interno del magazzino e le proprietà meccaniche della struttura di supporto (rigidezza, massa e periodo fondamentale di vibrazione). In tutti i casi considerati, il damper è in grado di dissipare energia e gestire passivamente il sistema accoppiato di vibrazione. D’altra parte, un collegamento rigido tra le scalere e

la struttura di supporto può addirittura peggiorare le prestazioni del sistema accoppiato rispetto a quello disaccoppiato.

Infine, sono state calcolate per tutte le configurazione considerate, le accelerazioni assolute agenti sulle forme di parmigiano ed è stata valutata la possibilità di una loro eventuale caduta dall’alto. In generale, l’attrito tra le forme di parmigiano e le tavole in legno su cui sono adagiate per la stagionatura, non è in grado di evitare un loro movimento relativo. Una leggera inclinazione del piano d’appoggio verso l’interno della scalera può migliorare le prestazioni (grazie al contributo stabilizzante del peso della forma), ma i margini di sicurezza rimangono piuttosto limitati. Pertanto, è preferibile installare dei dispositivi di ritenuta meccanica compatibili con l’operatività dei macchinari presenti.

In conclusione, un sistema passivo di controllo, che si avvale di dispositivi come i damper per collegare le scalere con la struttura circostante, aumenta le prestazioni sismiche in termini di sollecitazioni e spostamenti.

Questa contromisura è semplice ed economica, poiché l’installazione e gli eventuali interventi di manutenzione/sostituzione non vanno a compromettere e a interrompere le attività svolte all’interno del magazzino eliminando i costi di stoccaggio qualora si decidesse di sostituire le scalere esistenti con delle altre opportunamente progettate. In ogni caso, ad oggi, gli unici riferimenti riguardano le scaffalature di stoccaggio per i pallet. Di conseguenza, è altamente auspicabile l’introduzione di normative specifiche per il calcolo di queste particolari strutture, data la loro importanza economica.