Il carico da vento secondo la Circolare applicativa alle NTC 2018

Gli effetti del vento sulle costruzioni sono costituiti da un sistema di forze aerodinamiche che dipendono dalla forma, dalla dimensione e dall’orientamento del corpo investito; la valutazione di queste azioni si effettua a partire dalla velocità del vento nel sito della costruzione.

I valori a cui si fa riferimento sono quelli medi che, data la loro lenta variabilità nel tempo e nello spazio, possono essere considerati costanti. Nonostante l’azione del vento sia di tipo dinamico, in fase di progettazione, questa viene ricondotta ad un’azione statica equivalente, costituita da pressioni e depressioni agenti normalmente alle superfici, sia interne che esterne, degli elementi che compongono la costruzione.

Quali novità per il carico da vento?

L’impianto delle NTC 2018 per la valutazione del carico da vento è rimasto immutato rispetto alla versione del 2008, infatti, a partire dal valore della velocità di riferimento v_r nel sito in esame, funzione del tempo di ritorno T_R, si calcola la pressione cinetica di riferimento q_f e quindi la pressione del vento p:

dove c_e , c_p e c_d sono rispettivamente il coefficiente di esposizione, di pressione (ex coefficiente di forma) e dinamico; le indicazioni sulla valutazione di tali coefficienti sono riportati in linea generale nel testo della Norma (paragrafi 3.3.7-3.3.9) e in maniera dettagliata nella Circolare Applicativa (paragrafi C.3.3.7-C.3.3.9).

Il coefficiente di esposizione del carico da vento è tabellato in funzione della quota in cui sorge l’edificio, della topografia del terreno e della categoria di esposizione del sito (3.3.7); c_d è, invece, il coefficiente dinamico con cui si tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alle vibrazioni strutturali (3.3.9).

Il coefficiente aerodinamico o di pressione c_p dipende dalla tipologia della costruzione, dalla sua geometria e dal suo orientamento rispetto alla direzione del vento. La trattazione delle metodologie di calcolo per la stima dei coefficienti aerodinamici rappresenta la parte più corposa, relativamente al carico da vento, della Circolare applicativa delle NTC 2018, nonché la sostanziale differenza con la Circolare del 2009.

L’analisi dell’azione aerodinamica del vento può essere effettuata, in maniera semplificata, attraverso l’utilizzo del coefficiente globale c_pe, utile per valutare le azioni su estese porzioni di costruzioni o per il calcolo delle risultanti delle azioni indotte dal vento sugli elementi principali della struttura. Tale approccio è rimasto, in linea generale, immutato rispetto al 2009.

La principale novità è l’introduzione di due coefficienti locali, che consentono una rappresentazione più realistica del campo di pressione che si instaura sulle superfici delle costruzioni e che possono essere impiegati in alternativa ai coefficienti globali.

La norma riporta due differenti coefficienti locali: c_pe,10  e c_pe,1; il primo quantifica la pressione locale agente sugli elementi con area di incidenza maggiore o uguale a 10 mq; il secondo, coefficiente di dettaglio, quantifica quella relativa ad aree di incidenza minori o uguali a 1 mq..

Nella Circolare sono riportati dettagliatamente i metodi, in merito al carico da vento, per ricavare le tre tipologie di coefficienti aerodinamici relativi a edifici a pianta rettangolare, a pianta circolare, con copertura piana, a falda, inclinata, a volta, sferica, ecc. I valori dei coefficienti globali utilizzabili fino all’entrata in vigore delle NTC 2018, a differenza di quanto accade oggi, erano dipendenti esclusivamente dall’inclinazione rispetto all’orizzontale della superficie di analisi (Circolare NTC 2008, figura C.3.3.2).

Ulteriori novità sono rappresentate dall’introduzione della trattazione dei coefficienti di pressione relativi alle pareti verticali di edifici a pianta rettangolare (C.3.3.8.1.1) e del concetto di altezza di riferimento per le facciate sopravento (C3.3.8.1.1.1).

Il coefficiente aerodinamico relativo alle pareti verticali di edifici a pianta rettangolare non era esplicitamente riportato nella precedente versione della Circolare, ma si doveva far riferimento a quanto definito per le coperture il cui angolo di inclinazione rispetto all’orizzontale α era maggiore di 60°. In tal caso il valore di c_pe  era pari a 0.8.

La versione attuale, invece, individua:

• un coefficiente globale, funzione delle dimensioni della parete e della posizione rispetto alla direzione del vento (sopravento, sottovento e laterali), i cui valori sono diagrammati in base del rapporto h/d, avendo indicato con h l’altezza del manufatto e con d la profondità dell’edificio, valutata parallelamente al flusso di vento;

• un coefficiente locale c_pe,10 e un coefficiente di dettaglio c_pe,1, tabellati in base alla suddivisione dell’edificio in cinque zone di uguale pressione. La suddivisione si effettua in base al valore della dimensione e, pari al minimo tra i valori di b e 2h, avendo indicato con b la dimensione della parete perpendicolare al flusso del vento.

L’altezza di riferimento tiene conto del fatto che nella realtà la distribuzione altimetrica della pressione del vento sulle pareti della costruzione non è uniforme, come si ricava invece attraverso il coefficiente di esposizione. È opportuno, quindi, calcolare la pressione cinetica di picco in corrispondenza di un punto posto ad una quota di riferimento tale da consentire la stima, generalmente a favore di sicurezza, della risultante delle pressioni agenti sulle pareti verticali dell’edificio.

Per gli edifici bassi, caratterizzati da un’altezza h minore della dimensione in pianta ortogonale al flusso del vento b, l’altezza di riferimento si assume costante e pari alla quota in sommità dell’edificio ( = h). Ne consegue che in fase di calcolo la distribuzione altimetrica della pressione del vento è assunta costante.

Per gli edifici alti, tali che risulti h ≤ b e b < h < 5d, si definiscono due zone distinte, all’interno della quali si può ancora assumere una pressione uniforme. Nella prima, che si estende sino alla quota z = b, l’altezza di riferimento è  = b; per la parte superiore si può operare in due modi differenti:

–  si effettua un calcolo semplificato, ottenendo una forza aerodinamica il cui valore è maggiore di quello reale, in cui si assume  = h e di conseguenza la pressione del vento è uniforme tra le quote z=b e z=h;

–  si suddivide l’edificio in tronchi di altezza arbitraria, a ciascuno dei quali corrisponde un’altezza di riferimento costante, pari alla sommità del tronco. Il calcolo che ne risulta è più oneroso ma i valori ottenuti sono più aderenti alla realtà e minori di che quelli che si ottengono applicando la proceduta semplificata. Per le zone laterali e sottovento si assume sempre  = h

All’interno della circolare sono trattate tutte le tipologie di edifici ed elementi strutturali più diffusi: coperture, tettoie (C3.3.8.2), edifici a pianta circolare (C3.3.8.3), torri e tralicci (C3.3.8.7) ecc… La valutazione dei coefficienti di pressione relativi alle coperture si differenzia a seconda se la copertura sia piana (C3.3.8.1.2), a falda singola (C3.3.8.1.3) , a falda doppia (C3.3.8.1.4), a padiglione (C3.3.8.1.5), a falde multiple (C3.3.8.1.6) e a volta cilindrica (C3.3.8.1.7); per ognuna di queste tipologie sono riportati i coefficienti globali e locali da utilizzare in fase di progetto, differenziati in funzione delle dimensioni e geometria dell’elemento e dalla direzione del vento (ortogonale o parallela). La circolare del 2009 faceva riferimento, invece, ad un unico grafico di carattere generale. Analogamente è stato effettuato per le restanti tipologie sopra menzionate, con l’eccezione che la trattazione è relativa ai soli coefficienti globali.

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