Quels sont les éléments à prendre en compte pour concevoir un rayonnage à palettes métallique? Comment vérifier que la structure sera capable de supporter toutes les charges ? Ces questions sont importantes pour tout projet d’installation de rayonnages, afin de garantir sa stabilité et sa résistance et, par conséquent, la sécurité générale des installations.
La norme EN 15512 est une norme européenne qui spécifie les exigences en matière de conception de la structure applicables aux rayonnages à palettes (rack sélectif), fabriqués avec des composants en acier et destinés à stocker des unités de charges palettisées essentiellement statiques.
Elle est devenue la référence principale dans 
ce domaine et fournit les informations techniques supplémentaires requises pour l’application des Eurocodes. De plus, les concepteurs doivent aussi tenir compte des normes EN 15620, EN 15629 et EN 15635, qui servent de repères pour spécifier le système de stockage, les tolérances à respecter au cours du montage, ainsi que le fonctionnement sécurisé de l’installation.
Les rayonnages à palettes pour charges palettisées sont des structures métalliques composées généralement d’éléments fabriqués avec une tôle mince en acier et formés à froid. Ils sont capables de supporter des grandes charges, c’est la raison pour laquelle l’installation est conçue pour être la plus légère possible.
Dans certains cas très rares, le poids du rayonnage lui-même ne dépasse pas de 5 % celui des installations situées à l’intérieur de l’entrepôt. Néanmoins, il est indispensable que ce type d’installations destinées au stockage des palettes soit modulable, afin de s’adapter aux différents types de charge.
Il est nécessaire que les liens entre les éléments principaux de la structure soient réglables et assemblables, facilement et rapidement. Les montants de ces structures comportent souvent des perforations le long du profil, alors que les lisses incluent des connecteurs qui s’emboîtent dans les perforations des montants.
Composants structurels initiaux
• Échelles : ce sont des éléments verticaux composés de deux montants unis par des diagonales et des traverses, formant ainsi un croisillon.
• Montants : en règle générale, ce sont des composants profilés à froid en tôle mince, avec une section ouverte et perforée en continu.
• Lisses : ce sont des éléments horizontaux qui supportent la charge des palettes. Elles sont souvent profilées à froid et elles comportent à leurs extrémités des connecteurs qui permettent de fixer ces lisses aux montants des échelles.
• Connecteurs : ce sont des pièces soudées installées aux extrémités des lisses qui permettent de les fixer aux montants. Elles sont équipées d’attaches qui s’emboîtent dans les perforations des montants.
Types de calcul : global et individuel
Le calcul s’effectue en deux étapes :
1. Analyse globale de la structure
En règle générale, on utilise des modèles filiformes sur deux dimensions (2D) avec des calculs de deuxième ordre pour la méthode des éléments finis. Pour certains types d’installations, on réalise régulièrement les calculs avec des modèles en 3D, selon la norme EN 1993-1-1. Cette analyse doit inclure la modélisation du comportement réel de l’union montant-lisse et montant-sol.
2. Vérification individuelle des éléments
Une fois l’analyse globale réalisée, il faut vérifier la conception de l’installation en évaluant les déformations et les tensions des éléments du rayonnage. Les points suivants sont vérifiés en priorité :
- Stabilité globale de l’installation.
- Tension des échelles : montants et diagonales.
- Plaques de base : pression sur la dalle et ancrages.
- Lisses : déformation et tension.
- Connecteurs.
Analyse globale : modèle de la structure
Pour l’analyse globale, il est courant de considérer deux structures bidimensionnelles (en 2D) sur des plans verticaux parallèles et perpendiculaires, par rapport aux allées de stockage. Dans ce modèle de calcul, les exigences suivantes sont à prendre en compte:
Analyse globale
• Modèle filiforme.
• Lignes de système à travers le centre de gravité (CdG) de la section brute ou aussi à travers le CdG de la section effective.
• Fins de section correspondantes à la section brute des éléments (ou aussi de la section effective). Cette analyse permet de vérifier :
- Les sollicitations concernant les différents éléments, afin de les vérifier à l’avenir, en combinant les calculs longitudinaux et transversaux.
- Vérification de la stabilité de l’ensemble de l’installation.
Elle comprend deux types d’analyses :
- Analyse longitudinale (down-aisle) : analyse en 2D sur un plan vertical parallèle aux allées de charge. Elle inclut également les encastrements semi-rigides des unions montant-lisse et montant sol, réalisés après des tests.
- Analyse transversale (cross-aisle) : analyse en 2D sur un plan vertical perpendiculaire aux allées de charge. En règle générale, elle inclut l’union montant-sol articulée.
Dans les deux cas, l’imperfection globale peut être modélisée comme:
- L’inclinaison des montants, par rapport à l’imperfection.
- Les forces horizontales à la hauteur des niveaux de charge correspondants à l’imperfection.
Type d’analyse selon la classification de la structure
Cette classification est basée sur la relation de la charge prévue, par rapport à la charge critique de la structure. Selon le coefficient obtenu concernant cette relation, on déterminera ou non la nécessité de réaliser un calcul de second ordre.
Analyse individuelle : vérification des éléments
Au cours de la vérification des différents éléments de la structure, il faut prendre en considération les éléments suivants:
Montants – Échelles – Plaques d’ancrage
- Les montants travaillent principalement sous l’effet de mouvements de compression et de flexion.
- Utilisation du facteur de réduction par courbure, obtenu grâce à des tests en laboratoire ou grâce à des formules théoriques.
- Il faut tenir compte des sollicitations des calculs longitudinaux et transversaux réalisés conjointement.
- Effort axial sur les diagonales de l’échelle.
- Effort axial et force exercée sur le pied des montants.
- Effort axial et tranchant sur les ancrages de fixation à la dalle.
Lisses – Connecteurs
- Ils travaillent principalement avec des efforts de flexion et des efforts tranchants.
- La déformation (flèche) est limitée à un maximum de L/200.
Occasionnellement, pour certaines installations, des flèches moins importantes sont requises.
- Considération des forces horizontales d’emplacement.
- Vérification de l’effort tranchant et de flexion sur l’attache.
Contreventements verticaux et horizontaux – Séparateurs
- Les diagonales de contreventement travaillent exclusivement avec l’effort axial.
- Vérification de l’effort tranchant et de flexion des éléments qui relient les diagonales du contreventement vertical aux échelles (séparateurs de contreventement ou placées à côté de lui.
- L’excentricité des actions du contreventement vertical, par rapport aux échelles requiert une étude du comportement face à la torsion des éléments faisant partie du bloc de contreventement, ainsi que de l’ensemble du rayonnage.
Actions
Il existe différents types d’actions qui peuvent affecter la résistance et la stabilité des rayonnages. C’est la raison pour laquelle il faut les étudier au moment de réaliser une installation de ce type. Les actions sur les rayonnages sont classées dans différents groupes:
Actions permanentes
- Poids du rayonnage.
- Charges permanentes et équipements divers supportés par le rayonnage.
Actions variables
- Poids des palettes.
- Poids et actions provenant de charges mobiles posées sur des plateformes et des passerelles.
- Actions causées par l’emplacement des palettes (verticales + horizontales).
- Actions sur les profils de positionnement.
- Actions dues au guidage de l’appareil de maintenance.
- Actions dues aux défauts des éléments et au de montage.
- Autres éléments cités dans les réglementations nationales (vitesse du vent, poids de la neige, etc.).
- Le poids des palettes et l’imperfection globale sont considérées comme une seule action qui est, de plus, évaluée comme la plus pertinente (défavorable).
Actions accidentelles
- Choc causé par un chariot élévateur.
- Actions sur les profils de sécurité
.- Actions sismiques.
États de charge et combinaison d’actions
Il est important de considérer et d’étudier les deux états de charge indiqués par la suite, en considérant les actions suivantes:
• Actions permanentes + l’action variable la plus défavorable.
• Actions permanentes + 0,9 x (la totalité des actions variables).
• Actions permanentes + variables +accidentelles.
État Limite de Service (ELS)
Dans chaque cas de charge, on étudie les déformations des éléments de la structure soumis aux actions correspondantes sans pondération (charges nominales):
• Vérification de la stabilité globale de la structure.
• Vérification des flèches des lisses.
État Limite Ultime (ELU)
Dans chaque cas de charge, on étudie la tension des éléments soumis aux actions pondérées correspondantes (affectées par les facteurs de sécurité). Les formules de vérification des éléments prennent en compte la combinaison des efforts (longitudinaux+ transversaux).
Vous devez aussi prendre en compte l’incertitude concernant les différentes actions qui peuvent affecter les rayonnages (ces incertitudes sont listées dans le point précédent).
Pour se faire, on considère des coefficients de sécurité établis, comme le coefficient de charge et le coefficient de matériel. Leur valeur peut être comprise entre 1,0et 1,5. Certains pays ont adopté une législation spécifique qui oblige à utiliser des coefficients de pondération plus importants qui concernent les installations montées dans ces pays (déviations A).
Quand la conception et/ou la manipulation du système de stockage permet de décentrer systématiquement les palettes, d’augmenter la charge provoquée par cette excentricité sur les lisses et les montants.
Cette dernière devra être prise en compte dans la conception de la structure. De même, il faut également respecter les excentricités des lignes du système de la structure, si elles s’avèrent excessives.
Excentricités au niveau du positionnement des palettes 
- Position asymétrique des palettes, par rapport aux lisses.
- Charge répartie inégalement sur la palette.
- Débord de la charge par rapport à la palette.
Excentricités des diagonales de contreventement vertical
Même physiquement, les diagonales du contreventement vertical ne sont pas reliées au rayonnage sur les noeuds formés par les lignes neutres des montants et des lisses. Dans les calculs en 2D, les diagonales peuvent être considérées comme fixées à ces noeuds, à condition que leur excentricité soit toujours inférieure aux valeurs déterminées, en fonction de la largeur du montant et du chant des lisses. Il en va de même pour les diagonales des échelles.
Conclusion : sécurité de l’installation et responsabilités
Enfin, il est important de signaler que la plupart des incidents causés aux installations de rayonnages à palettes sont d’origine humaine et ils sont avant tout causés par des frottements ou les impacts des chariots élévateurs sur le rayonnage.
D’autre part, ces impacts peuvent représenter des efforts sur les rayonnages bien supérieurs aux efforts cités dans le texte de la norme EN15512. Ainsi, il n’est pas seulement nécessaire pour le fabricant d’arriver à une conception et à une analyse structurelle correcte de l’installation, mais aussi de bien utiliser cette installation, de manière à ce que les efforts sur le rayonnage ne dépassent pas les efforts indiqués dans le calcul structurel de l’installation, qui sont le fruit de plusieurs années d’expérience, d’études et de tests réalisés par la FEM (Fédération Européenne de Manutention) et par d’autres organismes.
Il est donc impératif de respecter les normes suivantes:
Norme EN15620. Stockage sur des rayonnages métalliques. Tolérances, déformations et jeux.
- Planimétrie de la dalle et sa déformation, sous l’effet des charges.
- Jeux entre les palettes et entre une palette et le rayonnage.
- Jeux entre le rayonnage et les travaux de génie civil.
- Largeur des allées, par rapport à l’unité de charge, au type de chariot élévateur et au nombre de dépôts de palettes par heure.
Norme EN15629. Stockage sur des rayonnages métalliques. Spécification des équipements de stockage.
Responsabilités individuelles des différents fournisseurs de systèmes qui font partie du dispositif de stockage.
Norme EN15635. Stockage sur des rayonnages métalliques. Utilisation et maintenance des équipements de stockage.
- Désignation d’une personne responsable de la sécurité du dispositif de stockage.
- Plaque signalétique.
- Formation théorique et pratique du personnel travaillant dans l’entrepôt.
- Dommages causés sur les rayonnages et évaluation de leur degré.
- Inspections périodiques (annuelles).
Logiciel de calcul de la structure des rayonnages
Actuellement, l’ensemble des analyses mentionnées dans cet article sont effectuées par des programmes de calcul informatisé. Mecalux offre son expérience globale dans la conception, la fabrication et l’installation de systèmes de stockage grâce au développement de logiciels puissants, capables de trouver la meilleure option de distribution pour chaque entrepôt, les dimensions des structures de stockage et les profils les plus adaptés. L’ensemble de ces éléments permet d’optimiser la capacité et le coût de l’entrepôt, avec une sécurité maximale.