Calcolo azione del vento: come farlo secondo le NTC 2018

L’azione d’insieme esercitata dal vento su una costruzione è data dalla risultante delle azioni sui singoli elementi strutturali.

Il calcolo delle azioni del vento su ciascun elemento richiede una serie di operazioni che coinvolgono numerosi fattori richiesti dalle norme tecniche per le costruzioni: pressione del vento, azione tangenziale, velocità di riferimento, etc.

Per essere sicuro di eseguire correttamente tutti i calcoli, ti suggerisco di utilizzare il software di calcolo strutturale per la determinazione dell’azione del vento che ti consente di inserire tutte le variabili e calcolare tutti i coefficienti utili a valutare l’azione del vento sui vari elementi strutturali in maniera facile e veloce.

Scopri come eseguire il calcolo dell’azione del vento sui vari elementi strutturali nel pieno rispetto delle NTC 2018.

Calcolo del vento NTC 2018: parametri fondamentali

Le norme tecniche per le costruzioni (NTC 2018) dedicano un apposito paragrafo alle azioni variabili che possono gravare sulle strutture; tra di esse ritroviamo l’azione del vento.

Secondo quanto sancito dalle norme tecniche, il vento esercita sulle costruzioni azioni che provocano effetti dinamici quali pressioni e depressioni; ed è possibile calcolare l’azione del vento sulle strutture applicando delle specifiche formule volte a determinare i coefficienti e i parametri fondamentali per la valutazione della pressione del vento sulle strutture.

Calcolo azione del vento sulle costruzioni: pressioni e depressioni

I principali parametri menzionati dalla normativa sono:

• velocità base di riferimento e velocità di riferimento;
• pressione del vento;
• azione tangente del vento;
• pressione cinetica di riferimento;
• coefficiente di esposizione;
• coefficienti aerodinamici;
• coefficiente dinamico.

Scopri nello specifico tali fattori fondamentali dal punto di vista teorico per avere una guida completa al calcolo dell’azione del vento sulle costruzioni.

Calcolo azione del vento NTC 2018: formule fondamentali

Il calcolo dei parametri fondamentali per la determinazione dell’azione del vento e dei suoi effetti sugli elementi strutturali prevede l’applicazione di specifiche formule di seguito riportate.

Velocità base di riferimento e velocità di riferimento

Per calcolare la velocità base di riferimento va applicata la seguente relazione:

v_b = V_b,0 · c_a

dove:

• V_b,0 è la velocità base di riferimento al livello del mare;
• c_a è il coefficiente di altitudine.

C_a è il coefficiente di altitudine fornito dalla relazione:

c_a=1                         per a_s≤a₀

c_a=1+ k_s (a_s/a₀ -1)                 per a₀< a_s≤1500 m

dove:

• a₀, k_s sono parametri forniti nella tabella di seguito e legati alla zona in cui è situata la costruzione in esame;
• a_s è l’altitudine sul livello del mare (in m) del luogo in cui è edificata la costruzione.

Nella seguente tabella si riportano i valori di v_b,0, a₀, k_s in funzione della zona:

Nella seguente figura si riporta il grafico della mappa delle zone in cui è suddiviso il territorio italiano:

Azione del vento: mappa delle zone in cui è diviso il territorio italiano

A questo punto è possibile determinare la velocità di riferimento applicando la relazione:

v_r = v_b ·c_r

dove:

• v_b è la velocità base di riferimento;
• c_r è il coefficiente di ritorno, funzione del periodo di ritorno di progetto.

Pressione del vento

La pressione del vento è data dall’espressione:

p = q_r c_e c_p c_d

dove:

• q_r è la pressione cinetica di riferimento;
• c_e è il coefficiente di esposizione;
• c_p è il coefficiente di pressione;
• c_d è il coefficiente dinamico.

Azione tangente del vento

L’azione tangente per unità di superficie parallela alla direzione del vento è data dalla relazione:

p_f = q_r c_e c_f

dove:

• q_r è la pressione cinetica di riferimento;
• c_e è il coefficiente di esposizione;
• c_f è il coefficiente d’attrito.

Pressione cinetica di riferimento

La pressione cinetica di riferimento q_r (in N/m²) si ricava mediante la seguente espressione:

q_r= 1/2 ρv_r²

dove:

• v_r è la velocità di riferimento del vento (in m/s);
• ρ la densità dell’aria assunta convenzionalmente costante e pari a 1,25 kg/m3.

Coefficiente di esposizione, coefficienti aerodinamici e coefficiente dinamico

Oltre ai parametri appena introdotti, è necessario considerare una serie di coefficienti:

• coefficiente di esposizione;
• coefficienti aerodinamici;
• coefficiente dinamico.

Il coefficiente di esposizione del vento c_e dipende da:

• altezza sul suolo del punto considerato (z);
• topografia del terreno;
• categoria di esposizione del luogo in cui è situata 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:

c_e (z) = k_r²· c_t · l_n (z/z₀) · [7 + ct l_n (z/z₀)]           per z ≥z_min

c_e (z) = c_e (z_min)                                                           per z <z_min

dove:

• k_r , z₀ , z_min sono assegnati in funzione della categoria di esposizione del luogo in cui è situata la costruzione, la quale è assegnata a seconda della posizione geografica del luogo in cui è situata la struttura e della classe di rugosità del terreno;
• c_t è il coefficiente di topografia.

I coefficienti aerodinamici fanno riferimento al coefficiente di pressione e al coefficiente d’attrito:

• coefficiente di pressione c_p dipende dalla tipologia e dalla geometria della costruzione e dal suo orientamento rispetto alla direzione del vento;
• il coefficiente d’attrito c_f dipende dalla scabrezza della superficie sulla quale il vento esercita l’azione tangente.

Tali coefficienti aerodinamici possono essere ricavati da dati convalidati da opportuna documentazione o da prove sperimentali in galleria del vento.

Il coefficiente dinamico c_d infine 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.

Calcolo azione del vento NTC 2018: coefficiente dinamico

La determinazione di tutti questi fattori permette la valutazione dell’azione del vento sulle costruzioni. Per approfondire come applicare le formule sopra menzionate in un caso reale, leggi un esempio pratico di azione del vento in cui puoi vedere, passaggio dopo passaggio, come determinare i vari parametri fondamentali.

Esempio calcolo vento tettoia secondo le NTC 2018 e la Circolare n.7/2019

L’azione del vento, come già detto, agisce su tutti gli elementi strutturali. Considerando ad esempio l’azione del vento sulle tettoie, essa è schematizzata come la risultante F del campo di pressioni agente sulla superficie della falda.

La circolare esplicativa n.7/2019 fornisce i criteri per valutare le azioni globali del vento sulle coperture in cui lo spazio sottostante non sia delimitato in maniera permanente da pareti.

Si definisce dunque il grado di bloccaggio Φ come il rapporto tra l’area esposta al vento di un’eventuale costruzione presente al di sotto della tettoia e l’area totale della superficie ortogonale alla direzione del vento al di sotto della tettoia.

Si identificano due situazioni limite:

• Φ=0 corrisponde all’assenza di ostruzioni al di sotto della tettoia (tettoia libera);
• Φ=1 corrisponde alla situazione in cui lo spazio al di sotto della tettoia risulti completamente ostruito.

La condizione Φ=1 è sostanzialmente diversa da quella prevista per gli edifici in quanto l’eventuale ostruzione può essere offerta anche da elementi che non delimitano completamente e permanentemente lo spazio al di sotto della tettoia.

A valle della massima ostruzione si adotta Φ=0.

Le azioni aerodinamiche esercitate dal vento sulle tettoie dipendono dunque fortemente dal grado di bloccaggio in quanto la presenza di un’ostruzione, anche soltanto sul lato sottovento, impedisce il passaggio dell’aria al di sotto della tettoia.

Differenze nel flusso dell’aria per tettoie con Φ=O e Φ=1

Nella normativa di riferimento l’azione del vento sulle tettoie è schematizzata attraverso forze F risultanti dal campo di pressioni sulla superficie della falda della tettoia, dirette ortogonalmente ad essa. Tali forze sono quantificate dal prodotto dei coefficienti di forza c_F per la superficie della falda in esame.

Per la valutazione più dettagliata della pressione agente sulle tettoie, al fine di valutare azioni locali su elementi o su porzioni delle tettoie costituite da un singolo strato di copertura, si potrà fare riferimento a documenti di comprovata validità.

La valutazione delle pressioni locali sulla faccia superiore e sulla faccia inferiore delle tettoie costituite da un doppio strato di copertura richiede valutazioni specifiche e, se necessario, lo svolgimento di prove in galleria del vento.

Esempio calcolo vento tettoia a falda singola

Attendendosi alla normativa in vigore, è possibile calcolare la pressione del vento sulle tettoie a falda singola. Nello specifico, nella circolare esplicativa n.7/2019 si riportano i valori dei coefficienti di forza per le tettoie a semplice falda con vento agente perpendicolarmente alla linea di colmo.

Tali valori dei coefficienti di forza sono espressi in funzione del grado di bloccaggio Φ e dell’inclinazione a della falda:

• per valori intermedi di Φ è ammessa un’interpolazione lineare tra i valori relativi ai casi Φ=0 e Φ=1;
• la quota di riferimento z-e è pari all’altezza massima h della tettoia;
• l’area di riferimento L2, ossia l’area su cui è applicata la forza risultante, è pari all’area della tettoia.

Coefficienti di pressione complessiva per tettoie a semplice falda

La seguente tabella riporta i coefficienti di forza per tettoie a semplice falda (a in °) presenti nella normativa vigente.

Per il calcolo della tettoia si considerano le condizioni di carico più gravose tra le quattro indicate dove la forza risultante F = q_p (z) L² c_F
Le tettoie a semplice falda con vento agente parallelamente alla linea di colmo possono essere analizzate, in prima approssimazione, come tettoie piane a semplice falda (a = 0°).

Calcolo azione vento NTC 2018 esempio: come eseguirlo con un software

Per calcolare l’azione del vento ed i suoi effetti su tutti gli elementi strutturali, è sempre più comune far affidamento ad un apposito software che permette di determinare tutti i parametri necessari ed applicare le pressioni sui vari elementi strutturali. Vediamo come farlo con il software di calcolo strutturale EdiLus, programma aggiornato alle NTC 2018.

Dopo aver costruito il modello strutturale con il supporto del programma, vale a dire dopo aver inserito i pilastri, le travi, implementato solai e tamponature, è possibile calcolare l’azione del vento sulle costruzioni.

Nello specifico, accedendo alla finestra di calcolo, si ritrova, tra le “Preferenze di Calcolo”, l’apposita sezione “Azione del Vento”, dove è possibile selezionare i check in corrispondenza di “Attiva calcolo dell’azione del Vento”.

Si seleziona quindi il bottone raffigurante una calcolatrice per aprire il wizard.

Calcolo azione del vento – software EdiLus

Si aprirà un’apposita finestra, dove si possono impostare i dati necessari al calcolo della pressione del vento:

• altitudine;
• periodo di ritorno;
• zona;
• distanza dalla costa;
• classe di rugosità;
• coefficiente d’attrito;
• coefficiente di topografia.

A questo punto il software propone il calcolo delle pressioni del vento.

Parametri di calcolo azione del vento – software EdiLus

È possibile dunque:

• ottenere il calcolo delle pressioni del vento sui vari livelli, attivando il check “Calcolo e aggiornamento automatico delle pressioni al variare dei livelli”;
• modificare le direzioni in cui agisce l’azione del vento;
• considerare l’azione tangenziale, oltre a quella normale, sulle superfici.

Calcolo dell’azione del vento attivazione check di calcolo – software EdiLus

Per verificare l’azione del vento sui vari elementi strutturali, è opportuno premere il bottone “Vai alla vista 3D Azione del Vento” e selezionare il tasto “Azione del vento” posto in alto nel ribbon bar del programma.

Nella vista 3D, si indicano al software le superfici o gli elementi esposti all’azione del vento come travi, pilastri, tamponature e solai, cliccando su di esse.

Inserimento delle azioni del vento – software EdiLus

Si modificano, pertanto, i coefficienti di pressione di ogni superficie esposta al vento in base alle esigenze: si selezionano una alla volta le varie superfici indicate come superfici esposte all’azione del vento e si procede a personalizzare i coefficienti per ognuna delle superfici interessate.

Calcolo azione vento NTC 2018 e analisi dei risultati

Dopo aver individuato ed integrato i coefficienti di pressione per tutte le superfici della struttura, si lancia il calcolo completo – “calcolo del Modello Strutturale e Carpenterie” – per visualizzare l’azione del vento sulla struttura.

A questo punto, ritornando alla vista 3D, dal menu verticale posto nella parte destra dello schermo, si seleziona “Risultati” e quindi “Azione del vento”.

Risultati azione del vento – software EdiLus

Il programma mostrerà dunque l’applicazione dell’azione del vento sugli elementi strutturali atti a riceverla; inoltre, cliccando sull’elemento desiderato, è possibile interrogare i risultati ed ottenere valori analitici.

Azione del vento: risultati analitici – software EdiLus

Il programma indica anche la direzione dell’azione: vale a dire pressione o depressione.

Infine, per conoscere anche i vari contributi delle diverse condizioni di carico per ciascun elemento strutturale, è necessario andare alla vista 3D, selezionare l’elemento (ad esempio un pilastro) e cliccare su “Forze Lineari” nel tool-box delle “Proprietà”.

Si ottiene dunque il dettaglio analitico delle diverse condizioni di carico applicate su ciascun elemento.

Forze lineari sul pilastro e azioni del vento – software EdiLus

Per determinare e verificare l’azione del vento sulle strutture con facilità, utilizza anche tu, come la maggior parte dei professionisti, il software di calcolo strutturale che ti permetterà di calcolare l’azione del vento in pochi passaggi come appena mostrato. Provalo gratuitamente per 30 giorni!

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/azioni-del-vento-sulle-costruzioni/