AZIONE DEL VENTO SECONDO LE NTC 2018 – CIRCOLARE 2019
Inserisci i valori per ottenere il calcolo dell’azione del vento secondo le NTC 2018 e successiva Circolare 2019.
Il carico vento dovrà essere messo in combinazione con gli altri carichi accidentali agenti sulla struttura.
I valori mostrati di calcolo dell’azione del vento secondo le NTC 2018 – Circolare 2019 sono puramente indicativi.
3.3. AZIONI DEL VENTO
Il vento, la cui direzione si considera generalmente orizzontale, esercita sulle costruzioni azioni che variano nel tempo e nello
spazio provocando, in generale, effetti dinamici.
Per le costruzioni usuali tali azioni sono convenzionalmente ricondotte alle azioni statiche equivalenti definite al § 3.3.3. Per le
costruzioni di forma o tipologia inusuale, oppure di grande altezza o lunghezza, o di rilevante snellezza e leggerezza, o di notevole
flessibilità e ridotte capacità dissipative, il vento può dare luogo ad effetti la cui valutazione richiede l’uso di metodologie di
calcolo e sperimentali adeguate allo stato dell’arte.
3.3.1. VELOCITÀ BASE DI RIFERIMENTO
La velocità base di riferimento Vb è il valore medio su 10 minuti, a 10 m di altezza sul suolo su un terreno pianeggiante e omogeneo di categoria di esposizione II (vedi Tab. 3.3.II), riferito ad un periodo di ritorno TR = 50 anni.
In mancanza di specifiche ed adeguate indagini statistiche, Vb è data dall’espressione:
Vb = Vb,0 * Ca
- Vb,0 è la velocità base di riferimento al livello del mare, assegnata nella Tab. 3.3.I in funzione della zona in cui sorge la costruzione;
- Ca è il coefficiente di altitudine fornito dalla relazione:
- Ca = 1 per as ≤ a0
- Ca = 1 + Ks ( as/a0 – 1 ) per a0 < as ≤ 1500m
dove:
- a0, ks sono parametri forniti nella Tab. 3.3.I in funzione della zona in cui sorge la costruzione (Fig. 3.3.1);
- as è l’altitudine sul livello del mare del sito ove sorge la costruzione.
Tale zonizzazione non tiene conto di aspetti specifici e locali che, se necessario, dovranno essere definiti singolarmente.
Per altitudini superiori a 1500 m sul livello del mare, i valori della velocità base di riferimento possono essere ricavati da opportuna documentazione o da indagini statistiche adeguatamente comprovate, riferite alle condizioni locali di clima e di esposizione. Fatte salve tali valutazioni, comunque raccomandate in prossimità di vette e crinali, i valori utilizzati non dovranno essere minori di quelli previsti per 1500 m di altitudine.
Fig. 3.3.1 Mappa delle zone in cui è suddiviso il territorio italiano
3.3.2. VELOCITÀ DI RIFERIMENTO
La velocità di riferimento vr è il valore medio su 10 minuti, a 10 m di altezza dal suolo su un terreno pianeggiante e omogeneo di categoria di esposizione II (vedi Tab. 3.3.II), riferito al periodo di ritorno di progetto TR. Tale velocità è definita dalla relazione:
Vr = Vb * Cr
dove:
- Vb è la velocità base di riferimento, di cui al § 3.3.1;
- Cr è il coefficiente di ritorno, funzione del periodo di ritorno di progetto TR.
In mancanza di specifiche e adeguate indagini statistiche, il coefficiente di ritorno è fornito dalla relazione:
Cr = 0.75 * RADQ (1-0.2*ln((-ln(1–/Tr)))
dove TR è il periodo di ritorno espresso in anni.
Ove non specificato diversamente, si assumerà TR = 50 anni, cui corrisponde Cr = 1. Per un’opera di nuova realizzazione in fase di costruzione o per le fasi transitorie relative ad interventi sulle costruzioni esistenti, il periodo di ritorno dell’azione potrà essere ridotto come di seguito specificato:
- per fasi di costruzione o fasi transitorie con durata prevista in sede di progetto non superiore a tre mesi, si assumerà TR ≥ 5 anni;
- per fasi di costruzione o fasi transitorie con durata prevista in sede di progetto compresa fra tre mesi ed un anno, si assumerà TR ≥ 10 anni;
3.3.3. AZIONI STATICHE EQUIVALENTI
Le azioni del vento sono costituite da pressioni e depressioni agenti normalmente alle superfici, sia esterne che interne, degli elementi che compongono la costruzione (§ 3.3.4).
L’azione del vento sui singoli elementi che compongono la costruzione va determinata considerando la combinazione più gravosa delle pressioni agenti sulle due facce di ogni elemento.
Nel caso di costruzioni di grande estensione, si deve inoltre tenere conto delle azioni tangenti esercitate dal vento (§ 3.3.4). L’azione d’insieme esercitata dal vento su una costruzione è data dalla risultante delle azioni sui singoli elementi, considerando come direzione del vento quella corrispondente ad uno degli assi principali della pianta della costruzione; in casi particolari, come ad esempio per le torri a base quadrata o rettangolare, si deve considerare anche l’ipotesi di vento spirante secondo la direzione di una delle diagonali.
3.3.4. PRESSIONE DEL VENTO
La pressione del vento è data dall’espressione:
p = qr ce cp cd
dove:
- qr è la pressione cinetica di riferimento di cui al § 3.3.6;
- Ce è il coefficiente di esposizione di cui al § 3.3.7;
- Cp è il coefficiente di pressione di cui al § 3.3.8;
- Cd è il coefficiente dinamico di cui al § 3.3.9.
3.3.5. AZIONE TANGENTE DEL VENTO
L’azione tangente per unità di superficie parallela alla direzione del vento è data dall’espressione:
pf = qr Ce Cf
dove:
- qr è la pressione cinetica di riferimento di cui al § 3.3.6;
- Ce è il coefficiente di esposizione di cui al § 3.3.7;
- Cf è il coefficiente d’attrito di cui al § 3.3.8.
3.3.6. PRESSIONE CINETICA DI RIFERIMENTO
La pressione cinetica di riferimento qr è data dall’espressione:
qr = 1/2 * ρ * Vr ²
dove:
- Vr è la velocità di riferimento del vento di cui al § 3.3.2;
- ρ è la densità dell’aria assunta convenzionalmente costante e pari a 1,25 kg/m³.
Esprimendo ρ in kg/m³ e Vr in m/s, qr risulta espresso in N/m².
3.3.7. COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE
Il coefficiente di esposizione ce dipende dall’altezza z sul suolo del punto considerato, dalla topografia del terreno e dalla categoria di esposizione del sito ove sorge la costruzione. In assenza di analisi specifiche che tengano in conto la direzione di provenienza del vento e l’effettiva scabrezza e topografia del terreno che circonda la costruzione, per altezze sul suolo non maggiori di z = 200 m, esso è dato dalla formula:
Ce (z) = Kr² * Ct * ln ( z/z0) * (7 + Ct * ln (z/z0) per z ≥ zmin
Ce (z) = Ce (zmin) per z < zmin dove:
- kr , z0, zmin sono assegnati in Tab. 3.3.II in funzione della categoria di esposizione del sito ove sorge la costruzione;
- Ct è il coefficiente di topografia.
La categoria di esposizione è assegnata nella Fig. 3.3.2 in funzione della posizione geografica del sito ove sorge la costruzione e della classe di rugosità del terreno definita in Tab. 3.3.III. Nelle fasce entro 40 km dalla costa, la categoria di esposizione è indipendente dall’altitudine del sito.
Il coefficiente di topografia ct è posto generalmente pari a 1, sia per le zone pianeggianti sia per quelle ondulate, collinose e montane.
In questo caso, la Fig. 3.3.3 riporta le leggi di variazione di Ce per le diverse categorie di esposizione.
Nel caso di costruzioni ubicate presso la sommità di colline o pendii isolati, il coefficiente di topografia Ct può essere ricavato da dati
suffragati da opportuna documentazione.
Fig. 3.3.2 – Definizione delle categorie di esposizione
Fig. 3.3.3 – Andamento del coefficiente di esposizione ce in funzione dell’altezza sul suolo (per ct = 1)
3.3.8. COEFFICIENTI AERODINAMICI
Il coefficiente di pressione Cp dipende dalla tipologia e dalla geometria della costruzione e dal suo orientamento rispetto alla direzione del vento.
Il coefficiente d’attrito Cf dipende dalla scabrezza della superficie sulla quale il vento esercita l’azione tangente.
Entrambi questi coefficienti, definiti coefficienti aerodinamici, possono essere ricavati da dati suffragati da opportuna documentazione o da prove sperimentali in galleria del vento.
3.3.9. COEFFICIENTE DINAMICO
Il coefficiente dinamico tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alla risposta dinamica della struttura.
Esso può essere assunto cautelativamente pari ad 1 nelle costruzioni di tipologia ricorrente, quali gli edifici di forma regolare non eccedenti 80 m di altezza ed i capannoni industriali, oppure può essere determinato mediante analisi specifiche o facendo riferimento a dati di comprovata affidabilità.
3.3.10. AVVERTENZE PROGETTUALI
Le azioni del vento sui ponti lunghi, sugli edifici alti e più in generale sulle costruzioni di grandi dimensioni o di forma non simmetrica, possono dare luogo a forze trasversali alla direzione del vento e a momenti torcenti di notevoli intensità. Tali azioni possono essere ulteriormente amplificate dalla risposta dinamica della struttura.
Agli ultimi piani degli edifici alti, le azioni del vento possono causare oscillazioni (soprattutto accelerazioni di piano) le cui conseguenze variano, nei riguardi degli occupanti, dalla non percezione sino al fastidio e, in alcuni casi, all’intollerabilità fisiologica.
Per strutture o elementi strutturali snelli di forma cilindrica, quali ciminiere, torri di telecomunicazioni o singoli elementi di carpenteria si deve tenere conto degli effetti dinamici indotti al distacco alternato dei vortici dal corpo investito dal vento. Tali effetti possono essere particolarmente severi quando la frequenza di distacco dei vortici uguaglia una frequenza propria della struttura, dando luogo a un fenomeno di risonanza. In questa situazione le vibrazioni sono tanto maggiori quanto più la struttura è leggera e poco smorzata. L’occorrenza di fenomeni di risonanza in corrispondenza di velocità del vento relativamente piccole e quindi frequenti richiede particolari attenzioni nei riguardi della fatica.
Per strutture particolarmente deformabili, leggere e poco smorzate, l’interazione del vento con la struttura può dare luogo ad azioni aeroelastiche, i cui effetti modificano le frequenze proprie e/o lo smorzamento della struttura sino a causare fenomeni di instabilità, fra i quali il galoppo, la divergenza torsionale ed il flutter. Il galoppo è tipico di cavi ghiacciati o percorsi da rivoli d’acqua, di elementi di carpenteria e più in generale di elementi strutturali di forma non circolare. La divergenza torsionale è tipica in generale di lastre molto sottili. Il flutter è tipico di ponti sospesi o strallati o di profili alari.
Per strutture o elementi strutturali ravvicinati e di analoga forma, ad esempio edifici alti, serbatoi, torri di refrigerazione, ponti, ciminiere, cavi, elementi di carpenteria e tubi, possono manifestarsi fenomeni di interferenza tali da modificare gli effetti che il vento causerebbe se agisse sulle stesse strutture o elementi strutturali isolati. Tali effetti possono incrementare le azioni statiche, dinamiche e aeroelastiche del vento in modo estremamente severo.
In tutti i casi sopra citati si raccomanda di fare ricorso a dati suffragati da opportuna documentazione, o ricavati per mezzo di metodi analitici, numerici e/o sperimentali adeguatamente comprovati.
Norme Tecniche delle costruzioni e Circolare 2019.
Corso di progetto di strutture Azione del vento secondo le NTC 2018 – Circolare 2019
