Tipologie e criteri di progettazione delle scaffalature industriali

Nel corso degli anni, il settore dei sistemi di stoccaggio industriale ha visto una significativa evoluzione: dalle scaffalature per pallet regolabili, si è giunti a soluzioni dinamiche, versatili e altamente adattabili alle specifiche necessità di ogni attività produttiva o commerciale. La corretta selezione e la progettazione personalizzata di queste strutture, se integrate in modo adeguato, rappresentano un investimento strategico per migliorare l’efficienza operativa e la gestione degli spazi in ambito industriale. 

di Giorgio De Pasquale¹, Elena Perotti²

¹ Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, Politecnico di Torino, Smart Structures and Systems Lab
² Senior data analyst

Le scaffalature industriali sono strutture metalliche progettate per supportare e organizzare le merci all’interno di magazzini o impianti. Questi sistemi rappresentano un elemento cruciale per il funzionamento efficiente di un magazzino, svolgendo un ruolo centrale nelle operazioni di logistica e nella gestione della supply chain aziendale. Ogni esigenza di stoccaggio, tipologia di carico o configurazione del magazzino trova una soluzione specifica tra le diverse varianti di scaffalature industriali. La caratteristica comune a tutte queste strutture è la capacità di ottimizzare lo spazio disponibile rispetto a una disposizione tradizionale a livello del pavimento.

L’evoluzione del commercio elettronico e la crescente domanda di una rete capillare di centri logistici e distributivi hanno reso da alcuni anni un fattore strategico ciò che riguarda l’ottimizzazione dello spazio. Per rispondere a queste esigenze, si ricorre a scaffalature per pallet e scaffalature per il “picking” (intendendo con questo termine la presa e posa di oggetti sfusi di medie e piccole dimensioni), progettati per gestire in modo efficiente carichi voluminosi e pesanti oppure piccoli e leggeri.

Caratteristiche di qualità delle scaffalature industriali

Sebbene le scaffalature industriali possano sembrare prodotti semplici con struttura standardizzata, la realtà è molto diversa. La progettazione dei sistemi di stoccaggio basati su scaffalature industriali è frutto di approfondite ricerche ingegneristiche e di un continuo sforzo di innovazione, finalizzati a realizzare strutture sicure ed efficienti che rispettino gli standard di sicurezza legislativi, sia dal punto di vista dei carichi statici, sia dal punto di vista sismico. Inoltre, la progettazione è volta alla ottimizzazione efficiente dell’ingombro e del tempo con cui gli addetti interagiscono con la struttura stessa. Alcuni dei criteri fondamentali per valutare la qualità delle diverse tipologie di scaffalature industriali sono:

1. Ingegneria strutturale. Nei sistemi di stoccaggio più complessi, il calcolo strutturale, lo studio dei carichi e della resistenza, nonché il dimensionamento antisismico, sono elementi essenziali. Questi processi devono essere realizzati da un team tecnico specializzato per garantire la sicurezza e l’affidabilità delle strutture.
2. Processo produttivo affidabile. Ogni componente della struttura deve essere prodotto attraverso un processo di fabbricazione automatizzato, che includa controlli rigorosi, tracciabilità e monitoraggio della qualità in ogni fase. Questo garantisce scaffalature di altissimo livello qualitativo.
3. Materia prima di eccellenza. L’uso di acciai conformi ai più elevati standard qualitativi è alla base della realizzazione di scaffalature sicure e durevoli, capaci di rispondere alle esigenze operative più complesse.
4. Conformità normativa. È fondamentale che la progettazione e la produzione delle scaffalature rispettino le normative comunitarie e nazionali, sia in termini di qualità che di sicurezza, adattandosi ai requisiti specifici di ciascun paese.
5. Test e simulazioni. Tutti gli aspetti sopra elencati devono essere sottoposti a rigorosi test sul campo per certificare l’affidabilità degli elementi strutturali.

Grazie all’integrazione di questi fattori, le scaffalature industriali si confermano un elemento strategico per ottimizzare le operazioni logistiche e assicurare la sicurezza negli ambienti di lavoro.

Tipologie di scaffalature industriali

È possibile, come già detto, classificare le diverse tipologie di scaffalature non automatizzate in base al tipo di unità di carico da supportare. Questi sistemi di stoccaggio si suddividono in due principali categorie:

1. Scaffalature per pallet e carichi pesanti
   Progettate per gestire carichi voluminosi e pesanti, queste strutture sono ideali per lo stoccaggio di pallet e altre unità logistiche di grandi dimensioni.
2. Soluzioni per il picking e carichi leggeri
   Ottimizzate per il prelievo di articoli sfusi o di piccole dimensioni, queste scaffalature consentono una gestione flessibile ed efficiente dei carichi più leggeri, spesso destinati a processi di picking manuale.

Prescrizioni di sicurezza

Per le specifiche inerenti la segnaletica di sicurezza, ci si riferisce al D.L. 81/2008 in materia di tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro. È obbligatorio fornire, a completamento della struttura, la seguente segnaletica minima di sicurezza: a) cartello di pericolo generico; b) targhe di portata nella forma di un segnale di informazione (serie e modello, portata delle spalle e dei livelli, anno di costruzione, unità di carico, quota del primo livello, numero totale di livelli). È inoltre opportuno fornire indicazioni delle vie di fuga, divieti, pericoli.

Tra le norme di riferimento del calcolo delle scaffalature citiamo la UNI EN 15620:2009 “Sistemi di stoccaggio statici di acciaio. Scaffalatura porta pallet. Tolleranze, deformazioni e interspazi”, e la UNI EN 1993-1-3:2007 Eurocodice 3: “Progettazione delle strutture in acciaio. Parte 1-3 Regole generali – Regole supplementari per l’impiego dei profilati e delle lamiere sottili piegati a freddo”.

La manutenzione delle scaffalature è essenziale per garantirne la sicurezza e l’efficienza nel tempo. È obbligatorio eseguire revisioni periodiche conformi alla normativa UNI-EN 15635. Queste ispezioni devono essere effettuate da tecnici qualificati, almeno una volta all’anno, e devono includere un resoconto dettagliato delle condizioni della scaffalatura e degli interventi necessari. È responsabilità dell’azienda la nomina del PRSES (Persona Responsabile della Sicurezza delle Attrezzature di Stoccaggio): questa figura è incaricata di effettuare ispezioni visive regolari e controlli approfonditi. Inoltre, la documentazione delle ispezioni deve essere conservata e presentata in caso di controlli da parte delle autorità competenti.

Scaffalature industriali per pallet

Le scaffalature per pallet sono progettate per supportare carichi pesanti, movimentati tramite attrezzature meccaniche come carrelli elevatori. Questa categoria di scaffalature industriali comprendono scaffalature per pallet regolabili, scaffalature compatte, scaffalature dinamiche e scaffalature mobili.

Scaffalature per pallet regolabili

Le scaffalature regolabili per pallet sono un sistema di stoccaggio “standard” che consente di immagazzinare i pallet in modo meccanizzato, utilizzando carrelli elevatori per la movimentazione. I carrelli accedono alle merci attraverso corsie di servizio disposte parallelamente alle scaffalature, garantendo un accesso diretto e immediato a tutte le unità di carico stoccate. Questi sistemi prevedono una larghezza standard delle corsie e consentono di immagazzinare un solo pallet lungo la profondità della scaffalatura, a differenza di altri sistemi convenzionali a maggiore densità. Questa configurazione è ideale per magazzini che richiedono alta flessibilità e accessibilità diretta ai prodotti.

Pro e contro

Le scaffalature per pallet con “corsie strette”, note come VNA (Very Narrow Aisle), rappresentano una versione compatta delle scaffalature precedenti, che consente di aumentare significativamente la densità e la capacità di stoccaggio senza richiedere ulteriore spazio fisico. Il principio di funzionamento del sistema VNA si basa sulla riduzione della larghezza delle corsie di servizio, ottenendo un risparmio di spazio superiore al 40%. In queste configurazioni, la larghezza minima delle corsie è di 1.5 metri. Per operare correttamente in un magazzino dotato di scaffalature VNA, è necessario utilizzare attrezzature di movimentazione specializzate, progettate specificamente per funzionare in spazi ridotti. Questo sistema è ideale per magazzini con volumi di stoccaggio elevati e requisiti di accessibilità diretta ai pallet, combinando efficienza spaziale e ottimizzazione delle operazioni logistiche.

Le scaffalature per pallet “Double Deep” rappresentano una soluzione di stoccaggio convenzionale che combina alcune caratteristiche delle scaffalature compatte. In questo sistema di scaffalatura industriale, i pallet vengono immagazzinati su due livelli di profondità, aumentando così la densità di stoccaggio rispetto alle scaffalature regolabili standard. Tuttavia, a differenza di queste ultime, l’accesso diretto a tutti i pallet non è garantito: l’operatore può raggiungere direttamente solo il pallet anteriore, mentre per accedere al secondo è necessario rimuovere quello frontale. Le scaffalature Double Deep richiedono l’uso di carrelli elevatori speciali, dotati di forche telescopiche o di un meccanismo a pantografo, per consentire un accesso rapido ed efficiente ai pallet posti nella seconda profondità.

Scaffalature compatte

Le scaffalature compatte sono sistemi di stoccaggio ad alta densità progettati per ottimizzare al massimo lo spazio e l’altezza del magazzino, riducendo al minimo le corsie di lavoro necessarie per i carrelli elevatori. Questi sistemi creano corsie parallele all’interno della struttura stessa, consentendo ai carrelli di entrare e muoversi per caricare e scaricare i pallet. I sistemi di scaffalatura compatta sono particolarmente indicati quando la massimizzazione dello spazio disponibile è più importante dell’accesso diretto e selettivo a ciascuna unità di carico. Questi sistemi rappresentano una soluzione ideale per magazzini che devono gestire grandi volumi di merci con cicli di movimentazione meno frequenti, garantendo al contempo un uso ottimale dello spazio. Le due principali tipologie di scaffalature compatte sono:

1. Drive-In: i carrelli elevatori accedono alle corsie in un’unica direzione e i pallet vengono stoccati secondo il principio LIFO (Last In, First Out).
2. Drive-Through: le corsie consentono un accesso bidirezionale, facilitando il prelievo secondo il principio FIFO (First In, First Out).

Pro e contro

Il sistema compatto Drive-In è uno dei più utilizzati nei magazzini industriali. Questo sistema richiede un’unica corsia di accesso per il carrello elevatore e segue il principio di gestione delle scorte LIFO (Last In, First Out), in cui l’ultimo pallet immagazzinato è il primo ad essere prelevato. Le scaffalature Drive In sono particolarmente indicate per magazzini che gestiscono prodotti omogenei e caratterizzati da una bassa rotazione del materiale. La loro configurazione consente una massimizzazione dello spazio disponibile, sacrificando però la selettività delle unità di carico.

Le scaffalature Drive-Through si differenziano dalle Drive In poiché richiedono due corsie di accesso, una su ciascun lato della struttura. Questo sistema opera secondo il principio FIFO (First In, First Out), dove il primo pallet immagazzinato è il primo ad essere prelevato. Il sistema FIFO è consigliato per magazzini che gestiscono prodotti ad alta rotazione, in cui è essenziale mantenere un flusso ordinato di entrata e uscita delle merci. Tuttavia, rispetto alle scaffalature Drive In, l’ottimizzazione dello spazio è leggermente inferiore, a causa della necessità di doppie corsie di lavoro. Entrambe le soluzioni rappresentano scelte strategiche in base alle esigenze specifiche di rotazione, accessibilità e ottimizzazione dello spazio di ogni magazzino.

Scaffalature dinamiche per pallet (Live Pallet Racking)

Le scaffalature dinamiche per pallet, note come “Live Pallet Racking”, sono sistemi di stoccaggio compatto che sfruttano le forze di gravità e spinta per ottimizzare la movimentazione e il posizionamento dei pallet all’interno della struttura. La caratteristica distintiva di questi sistemi è la capacità di far scorrere i pallet all’interno delle scaffalature fino alla posizione desiderata, senza necessità di interventi complessi da parte degli operatori. Le due principali varianti di scaffalature dinamiche per pallet sono:

1. Sistemi a gravità FIFO: i pallet si muovono lungo i rulli inclinati grazie alla forza di gravità, seguendo il principio FIFO (First In, First Out), dove il primo pallet immagazzinato è il primo ad essere prelevato. Questo sistema è ideale per prodotti ad alta rotazione.
2. Sistemi Push-Back LIFO: i pallet vengono spinti manualmente o con l’ausilio del carrello elevatore e avanzano sul sistema di guide o rulli inclinati secondo il principio LIFO (Last In, First Out), dove l’ultimo pallet immagazzinato è il primo ad essere prelevato.

Pro e contro

Le scaffalature dinamiche FIFO a gravità sono strutture compatte dotate di letti a rulli inclinati su ogni livello, che consentono ai pallet di scorrere agevolmente grazie a una leggera pendenza. Questo sistema opera secondo il principio FIFO (First In, First Out): l’area di carico è situata all’estremità opposta rispetto all’area di scarico, e i pallet si spostano lungo i rulli inclinati fino alla loro destinazione. Le scaffalature FIFO a gravità rappresentano la soluzione ideale per magazzini che richiedono una rotazione perfetta delle scorte, garantendo un’eccellente gestione dello spazio disponibile e una movimentazione fluida delle unità di carico.

Le scaffalature Push-Back LIFO sono un sistema dinamico di stoccaggio per l’accumulo dei pallet, che utilizza il principio LIFO (Last In, First Out) per la gestione delle unità di carico. In questo sistema, l’area di carico e scarico coincide ed è situata frontalmente alla struttura. I pallet vengono immagazzinati spingendo quelli già presenti verso il retro della scaffalatura tramite una forza controllata. A seconda del sistema di movimentazione utilizzato, si identificano due tipologie di scaffalature Push-Back: con navette (i pallet vengono spostati grazie a piccoli carrelli o navette che scorrono lungo le guide), con rulli (il movimento è garantito da rulli inclinati, simili a quelli utilizzati nelle scaffalature FIFO a gravità).

Scaffalature mobili o sistema a basi mobili

Le scaffalature mobili rappresentano una soluzione di stoccaggio avanzata in cui la struttura metallica è montata su basi mobili o telai guidati da binari fissati al pavimento. Questo sistema consente il movimento delle scaffalature, aprendo una sola corsia di lavoro per l’accesso del carrello elevatore: la corsia necessaria per le operazioni in corso. Il movimento delle scaffalature è reso possibile grazie a motori elettrici e componenti di trazione remota, che permettono lo spostamento delle baie da un lato all’altro in modo fluido e controllato. Le caratteristiche delle scaffalature mobili le rendono particolarmente adatte per celle frigorifere e magazzini a temperatura controllata, poiché minimizzano il volume totale da refrigerare, ottimizzando così i costi energetici e aumentando l’efficienza dello spazio di stoccaggio.

Soluzioni e scaffalature per picking

Le soluzioni di picking sono sistemi di stoccaggio progettati per prodotti generalmente meno pesanti e ingombranti, come cartoni, piccoli articoli o altri prodotti di dimensioni contenute. Questi sistemi di scaffalatura operano senza l’uso di attrezzature di movimentazione o elevazione, sebbene possano essere combinati con scaffalature per pallet, rendendoli soluzioni estremamente versatili per i magazzini. Le soluzioni di picking sono tipicamente collocate nelle aree di preparazione degli ordini, negli spazi di archiviazione o nelle aree di manutenzione all’interno del magazzino. Vediamo di seguito le principali tipologie di questo tipo di struttura.

Scaffalature Longspan

Consentono lo stoccaggio manuale di prodotti di dimensioni medie e piccole. Questo tipo di scaffalatura è altamente versatile e adattabile a una vasta gamma di unità di carico, permettendo un accesso diretto e rapido a tutti i materiali immagazzinati. Il sistema è facile da assemblare e offre la possibilità di aggiungere vari accessori alla struttura di base per adattarsi alle esigenze specifiche dell’azienda, come le soluzioni destinate al settore tessile. Questa flessibilità rende le scaffalature Longspan una scelta ideale per magazzini che gestiscono articoli di dimensioni varie e richiedono un sistema di stoccaggio pratico ed efficiente.

Scaffalature Multi-Tier

Sono un tipo di scaffalatura industriale manuale che permette di ottimizzare lo spazio disponibile in un magazzino sfruttando l’altezza. In questo sistema di stoccaggio, vengono creati più livelli di corsie a differenti altezze, ai quali si accede tramite scale. Le scaffalature Multi-Tier sono ideali per magazzini che necessitano di un’ulteriore ottimizzazione verticale dello spazio, consentendo di stoccare una maggiore quantità di merci senza aumentare l’ingombro a livello del pavimento.

Sistemi Carton Flow Rack

Sono soluzioni di stoccaggio ad alta densità progettate per cartoni e unità di carico leggere. Questi sistemi permettono un notevole risparmio di spazio e un controllo efficiente delle scorte. Le unità di carico leggere scorrono lungo binari a puleggia o rulli inclinati, sfruttando la gravità per ottimizzare la gestione e il prelievo delle merci. I sistemi Carton Flow sono particolarmente adatti per magazzini che richiedono una rotazione rapida delle scorte, come quelli con prodotti a bassa rotazione, garantendo sia un’efficace gestione dello spazio che un flusso ordinato delle merci.

Scaffalature AR Light

Sono un tipo di sistema simile alle scaffalature Longspan, ma progettato per lo stoccaggio di carichi più leggeri e di dimensioni più piccole. Questo sistema di scaffalature può essere utilizzato sia in magazzini industriali che in uffici, e consente un rapido accesso alle merci immagazzinate, ottimizzando lo spazio senza compromettere l’efficienza nella gestione delle scorte.

Criteri per la progettazione delle scaffalature

Prima d’ogni installazione deve essere accertata l’adeguata consistenza dei solai o delle pavimentazioni. Il committente finale deve fornire i dati necessari per tale valutazione. Per la planarità della pavimentazione, dove non espressamente indicato, si ritengono valide le tolleranze prescritte dalla norma UNI EN 15620.

L’assemblaggio della scaffalatura deve essere eseguito da personale specializzato e opportunamente istruito secondo quanto riportato sul manuale tecnico, riservando particolare attenzione al serraggio dei bulloni delle spalle e al montaggio di tutti i dispositivi di sicurezza (D.L. 81/08)

Durante il montaggio è necessario verificare i fuori piombo della struttura, sia nel senso della profondità, che nella direzione della lunghezza. A meno di indicazioni più restrittive, si possono applicare le prescrizioni della UNI EN 15620.

È necessario il fissaggio al pavimento con minimo due tasselli 10×80 ad espansione per ogni montante. Per scaffalatura monofronte con rapporto tra altezza spalla e profondità spalla superiore a 5 e per scaffalatura bifronte con rapporto tra altezza spalla e profondità spalla superiore a 10, le spalle stesse devono essere collegate in sommità con gli appositi distanziali o fissate a muro.

I principali vantaggi delle scaffalature industriali sono il design modulare che permette di personalizzare ogni unità, la relativa facilità di installazione e il costo complessivo basso rispetto ai sistemi di scaffalature automatizzati. Per progettare al meglio il sistema di stoccaggio, è necessario considerare i seguenti aspetti:

1. Spazio disponibile
2. Capacità di carico
3. Specifiche del materiale stoccato

Spazio Disponibile

Lo spazio è una risorsa preziosa nei magazzini e nelle strutture produttive, quindi è fondamentale sfruttarlo nel modo più efficiente possibile. È utile considerare configurazioni sia frontali che laterali, sfruttando eventualmente unità angolari per riempire gli spazi inutilizzati. Nei design a livello pavimento, si può aggiungere scaffalatura sopra le scaffalature per lo stoccaggio dei pallet o posizionare le unità sotto un soppalco per massimizzare la superficie disponibile.

Per una corretta progettazione, la disposizione delle scaffalature deve ridurre al minimo il tempo di percorrenza e massimizzare la produttività; è bene ricordare di verificare l’altezza utile per garantire che le scaffalature non interferiscano con ventilazione, impianti di irrigazione, illuminazione e altri ostacoli al livello del soffitto. È anche importante regolare la spaziatura delle corsie per i nastri trasportatori o i carrelli di picking, a seconda del carico e del processo di manipolazione del materiale stoccato.

In aggiunta a queste indicazioni, è bene prevedere di lasciare spazio libero per ulteriori unità, in previsione di crescite future. Le scaffalature industriali sono facili da espandere, riorganizzare e persino spostare, caratteristica che consente di ottimizzare il budget destinato al sistema di stoccaggio.

Capacità di carico

Prevedere la capacità di carico massima delle scaffalature è fondamentale per garantire la sicurezza e l’efficienza sia dell’unità di scaffalatura che del team che vi lavora. Le scaffalature industriali sono disponibili in diverse capacità di carico. Le scaffalature per carichi pesanti sono realizzate con acciaio di spessore maggiore, che consente loro di supportare carichi più elevati.

Per il progettista di una scaffalatura personalizzata, che non si avvale di soluzioni modulari preesistenti, è importante eseguire un dimensionamento corretto dei carichi, prevedendo il reale utilizzo per tutta la durata di vita del sistema. Le correzioni ai livelli di carico stimate dal punto di vista dei coefficienti di sicurezza devono seguire le indicazioni prescritte dalle normative, sia per quanto riguarda la resistenza statica delle diverse parti strutturali, sia per la stabilità dinamica e per l’evenienza di eventi sismici. L’ancoraggio al pavimento è necessario quando il posizionamento del carico eccede altezze limite previste in normativa.

Specifiche del materiale stoccato

Una volta definito lo spazio disponibile, è il momento di scegliere il design delle scaffalature e aggiungere accessori per aumentare la produttività e la funzionalità. Per fare ciò in modo efficace, è necessario conoscere le specifiche degli articoli stoccati, incluse le loro dimensioni. Come abbiamo visto, le scaffalature industriali sono disponibili in unità modulari di varie tipologie e dimensioni. È quindi possibile combinare diverse varianti per soddisfare le esigenze operative e strutturali. Le unità individuali possono essere aperte o chiuse sul retro e/o sui lati, a seconda delle specifiche del prodotto. Le scaffalature chiuse sono utili per prevenire che articoli più piccoli cadano, rendendoli difficili da raggiungere. Le scaffalature aperte permettono un migliore flusso d’aria, se necessario, facilitano la visibilità dei materiali e l’identificazione delle scorte basse, oltre ad essere in generale meno costose.

Metodo della lunghezza efficace

Con questo approccio, le colonne delle scaffalature vengono considerate come sottoposte a un carico assiale di compressione combinato con una sollecitazione di flessione. La resistenza assiale di compressione (P_u) e la resistenza a flessione (M_u) richieste alla colonna devono soddisfare la seguente equazione:

dove P_n è la resistenza assiale nominale, M_n è la resistenza a flessione nominale, φ_c è il fattore di resistenza assiale, e φ_b è il fattore di resistenza a flessione.

Le resistenze richieste P_u e M_u possono essere determinate utilizzando un’analisi elastica di secondo ordine, oppure utilizzando un’analisi di primo ordine, a condizione che venga applicato il fattore di amplificazione del momento. L’analisi deve tenere conto della flessibilità delle connessioni e incorporare le imperfezioni geometriche iniziali della struttura dovute alle tolleranze di fabbricazione e montaggio. Si può considerare un errore di posizionamento di “fuori piombo” pari a ψ = 1/240, come mostrato nella Fig. 1(a), ad esempio per scaffalature industriali in acciaio. Questo valore corrisponde alle massime tolleranze di fabbricazione e montaggio consentite dalle specifiche più diffuse.

Metodo del carico nominale

Le resistenze richieste P_u e M_u per la colonna progettata utilizzando l’approccio del carico nominale devono soddisfare la seguente equazione:

dove P_n(L) è la resistenza assiale nominale calcolata in base al valore di K_x (ovvero al fattore di lunghezza efficace per la flessione, rispetto all’asse x, perpendicolare al piano del telaio) e al valore di K_t (ovvero il fattore di lunghezza efficace per la torsione). Valori indicativi di questi fattori sono K_x = 1 e K_t = 0.8.