Scale multirampa autoportanti in PRFV: un caso studio M.M. per il settore della depurazione

La scala multirampa autoportante in PRFV progettata da M.M. permette l’accesso e l’ispezione di una vasca di depurazione senza trasferire azioni alle strutture in calcestruzzo esistenti. Alta 5,29 m e composta da due torri, tre pianerottoli e un impalcato aggettante, utilizza profili pultrusi classe E23, grigliati e parapetti in materiale composito. Le verifiche comprendono carichi accidentali di 2 kN/m², vento con velocità base di 25 m/s e azione sismica con ag/g pari a 0,183.

Progettare una scala autoportante in PRFV senza ancoraggi alle vasche

Un mercato in crescita, sostenuto da un quadro normativo più solido

Negli ultimi anni l'utilizzo dei materiali compositi, e in modo particolare dei profili pultrusi in composito, sta vivendo un periodo di continua crescita, favorita dal notevole movimento in ambito normativo, che ha portato alla pubblicazione della specifica tecnica CEN/TS 19101 “Progetto di strutture di composito fibro-polimerico”, che si appresta a evolvere nel futuro Eurocodice relativo ai materiali compositi. Un panorama normativo più preciso e definito permette ai progettisti di avere basi più stabili a partire dalle quali realizzare i propri progetti e spingersi verso realizzazioni sempre più sfidanti.

Un esempio di progetto realizzato interamente con profili pultrusi in PRFV (Polimeri Rinforzati con Fibre di Vetro) è la scala multirampa autoportante messa a punto da M.M. per un impianto di depurazione in provincia di Ravenna, caso che è stato presentato anche alla 12th International Conference on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE), tenutasi a Lisbona.

Il caso studio: scala multirampa per impianto di depurazione

La struttura in PRFV - materiale noto anche come vetroresina - è stata realizzata all'interno di un impianto di depurazione in provincia di Ravenna: si tratta di una scala multirampa destinata all'accesso e all'ispezione di una vasca di trattamento. Su esplicita richiesta del cliente, non è stato possibile prevedere alcun ancoraggio alle vasche in calcestruzzo esistenti, per cui la scala è stata progettata come struttura autoportante.

Lo spazio disponibile per il posizionamento era molto limitato, poiché occorreva lasciare libero l'accesso per la manovra dei veicoli. La scala consente di raggiungere una quota di 5,29 m, con uno sviluppo in lunghezza pari a 4,26 m, corrispondente a quello della vasca adiacente. La struttura è composta da 2 torri e 3 pianerottoli: la presenza di tubazioni a terra posizionate a ridosso della vasca ha imposto un distanziamento di 1,2 m dalla vasca stessa, rendendo necessario un pianerottolo aggettante nell'ultimo piano, sostenuto da mensole, per consentire le operazioni di manutenzione.

Trattandosi di una struttura autoportante, le colonne sono collegate tra loro da un sistema di controventi dedicato, con la funzione di limitare gli spostamenti orizzontali dovuti all'azione del vento o indotti dal sisma.

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Profili, sezioni e collegamenti strutturali

Le 10 colonne della struttura sono realizzate con profili pultrusi in PRFV di sezione I200x100x10, i pianerottoli con sezioni C200x60x10 e le diagonali di controvento con angolari L50x50x5. I piani di camminamento e gli scalini impiegano grigliati in PRFV a maglia aperta, con dimensioni 38x38 mm e spessore 38 mm, mentre tutte le aree calpestabili sono delimitate da corrimano sempre in materiale composito.

I profili appartengono alla classe E23: i valori minimi di resistenza e i moduli elastici sono in gran parte definiti dalla norma UNI EN 13706. Per la resistenza a compressione, non normata dallo stesso standard, sono stati utilizzati i valori ricavati da test specifici condotti da M.M. sui propri profili.

Le connessioni, sia a terra sia tra i diversi elementi strutturali, sono realizzate con piastre e angolari in acciaio inox AISI 316 e bulloneria in acciaio inox A4, oppure direttamente tra elementi in PRFV, impiegando lo stesso tipo di bulloneria inox.

Analisi e verifiche strutturali

L'analisi strutturale è stata condotta con il software Midas Gen. Oltre ai pesi propri e ai carichi permanenti portati, sono stati considerati i carichi accidentali legati al personale impiegato nella manutenzione delle vasche (2 kN/mq), l'azione del vento con velocità base di 25 m/s e l'azione sismica, con ag/g = 0,183 per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV).

I vincoli alla base sono stati modellati come cerniere, a favore di sicurezza, poiché il sistema di controventi garantisce già il controllo degli spostamenti laterali. Gli effetti del sisma sono stati valutati tramite un'analisi modale con spettro di risposta.

La verifica a Stato Limite Ultimo (SLU) ha evidenziato che le condizioni più gravose riguardano la stabilità: i coefficienti di sfruttamento risultano pari a 0,4 per le colonne I200 e, rispettivamente, a 0,6 e 0,7 per i controventi L50x50x5 nelle direzioni X e Y. Gli spostamenti orizzontali massimi si registrano in direzione X, parallela alle rampe, con un valore di 9,9 mm in corrispondenza della mensola aggettante; in direzione Y, verso il serbatoio, lo spostamento massimo è di 3,5 mm.

I vantaggi del PRFV: montaggio rapido e resistenza alla corrosione

L'impiego del PRFV ha permesso di semplificare e velocizzare in modo significativo l'assemblaggio della struttura in sito: pianerottoli e rampe, complete di parapetto, sono stati preassemblati in stabilimento, consentendo un'installazione guidata dai disegni di montaggio completata in meno di una settimana, con l'impiego di soli tre operatori.

La scelta del PRFV tra i diversi materiali da costruzione disponibili è stata determinata soprattutto dalla sua resistenza alla corrosione e agli ambienti chimicamente aggressivi, tipici degli impianti di depurazione. Questa caratteristica consente di ridurre sensibilmente le attività di manutenzione nel tempo, poiché il materiale non è soggetto a fenomeni di corrosione in tali condizioni d'esercizio.

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FAQ TECNICHE: Scala autoportante in PRFV per impianto di depurazione

Quali sono i vantaggi del PRFV in ambienti corrosivi?

Il PRFV non è soggetto a fenomeni di corrosione negli ambienti chimicamente aggressivi tipici degli impianti di depurazione. Questo consente di evitare trattamenti protettivi periodici tipici dei materiali metallici, con un beneficio diretto sui costi di gestione nel tempo.

Quali carichi si considerano nell'analisi strutturale di una struttura in PRFV?

Oltre ai pesi propri e ai carichi permanenti, si considerano i carichi accidentali legati all'uso e alla manutenzione, l'azione del vento e l'azione sismica.

Come vengono verificate le strutture in PRFV allo Stato Limite Ultimo (SLU)?

Le verifiche a SLU riguardano sia la resistenza che la stabilità degli elementi strutturali e individuano nella stabilità euleriana e/o flesso torsionale la verifica più severa nella maggior parte delle applicazioni, calcolando i relativi coefficienti di sfruttamento nelle diverse direzioni di sollecitazione.

Che vantaggi offre il preassemblaggio in stabilimento delle strutture in PRFV?

Preassemblare in stabilimento pianerottoli e rampe complete di parapetto consente un'installazione in cantiere guidata dai disegni di montaggio, riducendo tempi, numero di operatori necessari e complessità delle lavorazioni in sito.

Quanto incide la leggerezza del PRFV sui tempi e le risorse di cantiere?

Grazie alla leggerezza del materiale e al preassemblaggio, il montaggio di strutture anche complesse può completarsi in pochi giorni con un numero ridotto di operatori, come nel caso qui presentato.