Calcolo Azione Del Vento Circolare 2019

Calcola l’azione del vento su strutture circolari secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2019 (NTC 2018 + Circolare 2019). Questo strumento professionale considera la pressione cinetica di riferimento, i coefficienti di esposizione, forma e dinamico per fornire risultati precisi.

Guida Completa al Calcolo dell’Azione del Vento su Strutture Circolari (NTC 2018 + Circolare 2019)

Il calcolo dell’azione del vento su strutture circolari rappresenta uno degli aspetti più critici nella progettazione strutturale, soprattutto per elementi come serbatoi, ciminiere, torri eoliche e sfere di stoccaggio. Le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (integrate dalla Circolare Esplicativa n. 7 del 2019) forniscono le metodologie dettagliate per determinare queste azioni, tenendo conto della complessa interazione tra flusso d’aria e geometria circolare.

Basi Normative e Principi Fondamentali

La normativa italiana (NTC 2018 § 3.3 e Circolare 2019 § C3.3) si allinea agli Eurocodici (EN 1991-1-4) per il calcolo delle azioni del vento, introducendo però alcune specificità locali. I principi fondamentali includono:

• Pressione cinetica di riferimento (q_b): Calcolata in base alla velocità di riferimento del vento (v_b) e alla densità dell’aria (ρ = 1.25 kg/m³)
• Coefficiente di esposizione (c_e): Dipende dall’altitudine e dalla categoria di esposizione
• Coefficiente di forma (c_f): Specifico per strutture circolari, varia con il rapporto altezza/diametro
• Coefficiente dinamico (c_d): Considera gli effetti di turbolenza e vibrazioni indotte dal vento

Categorie di Esposizione (Circolare 2019)

La categoria influisce direttamente sul profilo di velocità del vento:

• I: Mare aperto (z₀ = 0.01 m)
• II: Terreno pianeggiante (z₀ = 0.05 m)
• III: Area suburbana (z₀ = 0.3 m)
• IV: Centro città (z₀ = 1.0 m)

Classi di Rugosità Aerodinamica

Influiscono sul coefficiente di esposizione c_e(z):

• B: Terreno con ostacoli bassi (default)
• C: Terreno con ostacoli alti
• D: Aree urbane dense

Metodologia di Calcolo Step-by-Step

1. Determinazione della pressione cinetica di riferimento (q_b)

   La formula fondamentale è:

   q_b = 0.5 · ρ · v_b²

   Dove:

   • ρ = 1.25 kg/m³ (densità dell’aria)
   • v_b = velocità di riferimento del vento (25 m/s per l’Italia, salvo diverse indicazioni regionali)
2. Calcolo del coefficiente di esposizione c_e(z)

   Il coefficiente tiene conto della variazione della velocità del vento con l’altezza:

   c_e(z) = k_r² · c_t · ln(z/z₀) / ln(z_ref/z₀)

   Dove z₀ dipende dalla categoria di esposizione.

3. Determinazione del coefficiente di forma c_f

   Per strutture circolari, il coefficiente di forma dipende dal rapporto h/d (altezza/diametro):

   Rapporto h/d	Coefficiente di forma cf	Applicazione tipica
   h/d ≤ 0.25	0.4	Serbatoi bassi
   0.25 < h/d ≤ 1	0.5	Serbatoi standard
   1 < h/d ≤ 5	0.6	Ciminiere
   h/d > 5	0.7	Strutture snelle

4. Calcolo della forza totale del vento

   La forza risultante si ottiene con:

   F_w = c_f · c_d · q_z · A_ref

   Dove A_ref è l’area di riferimento (per strutture circolari, tipicamente l’area proiettata).

Effetti Dinamici e Vibrazioni Indotte dal Vento

Le strutture circolari snelle (h/d > 5) sono particolarmente soggette a fenomeni di vortice shedding, che possono indurre vibrazioni trasversali alla direzione del vento. La Circolare 2019 introduce specifiche verifiche per:

• Frequenza di distacco dei vortici (f_s): Calcolata con la formula di Strouhal
• Velocità critica (v_crit): Velocità alla quale si verifica risonanza
• Amplificazione dinamica: Considerata attraverso il coefficiente c_d

Parametri per il calcolo degli effetti dinamici (Circolare 2019)

Parametro	Formula/Valore	Note
Numero di Strouhal (St)	0.18 (per sezioni circolari)	Costante per cilindri lisci
Frequenza di distacco (fs)	fs = St · v / d	v = velocità del vento, d = diametro
Velocità critica (vcrit)	vcrit = fn · d / St	fn = frequenza naturale della struttura
Coefficiente cd	1.0 (default) – 2.0 (caso critico)	Dipende dallo smorzamento strutturale

Applicazioni Pratiche e Casi Studio

L’applicazione di queste metodologie è fondamentale in diversi contesti ingegneristici:

Serbatoi di Stoccaggio

Per serbatoi cilindrici (es. GNL, petrolio), il calcolo deve considerare:

• Effetti di gruppo (se in batteria)
• Pressione interna/esterna combinata
• Effetti termici sul materiale

La Circolare 2019 raccomanda un coefficiente di sicurezza aggiuntivo del 10% per serbatoi con diametro > 20m.

Ciminiere Industriali

Le ciminiere (h/d spesso > 10) richiedono:

• Analisi dinamica avanzata
• Verifica a fatica per cicli di caro/scario
• Considerazione degli effetti termici

Il DM 17/01/2018 introduce verifiche specifiche per ciminiere in zona sismica.

Torri Eoliche

Per le torri eoliche (h fino a 150m):

• Analisi spettrale del vento
• Effetti di scia tra più torri
• Verifiche in condizioni operative e di manutenzione

La norma UNI/TS 11300-2:2014 fornisce linee guida integrate.

Errori Comuni e Best Practices

Nella pratica professionale, si riscontrano frequentemente i seguenti errori:

1. Sottostima della categoria di esposizione

   Spesso si usa la categoria II per siti che sarebbero categoria III, portando a sottostimare le azioni del 15-20%. Soluzione: Verificare sempre con mappe dettagliate e sopralluoghi.

2. Trascurare gli effetti dinamici

   Per strutture con h/d > 5, l’omissione dell’analisi dinamica può portare a errori fino al 40%. Soluzione: Sempre valutare la frequenza naturale della struttura.

3. Uso errato dei coefficienti di forma

   Applicare coefficienti per strutture rettangolari a quelle circolari può portare a sovrastime del 30%. Soluzione: Usare sempre i valori specifici per sezioni circolari (Tabella C.3.5 della Circolare).

4. Ignorare gli effetti di scia

   In gruppi di strutture, la scia può ridurre le azioni del 20-30% sugli elementi a valle. Soluzione: Applicare i fattori di riduzione previsti al § C3.3.5.

Le best practices includono:

• Utilizzo di software di calcolo validati (es. SAP2000, STAAD.Pro) per analisi complesse
• Confrontare sempre i risultati con almeno due metodologie diverse
• Documentare chiaramente tutte le ipotesi di calcolo nel rapporto tecnico
• Per strutture critiche, eseguire prove in galleria del vento

Riferimenti Normativi e Risorse Utili

Per approfondimenti, si consigliano le seguenti risorse autorevoli:

• Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – Testo delle NTC 2018

  Il testo ufficiale delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018, con tutti gli allegati tecnici.

• Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici – Circolare Esplicativa n. 7/2019

  La circolare che fornisce le istruzioni applicative per le NTC 2018, con esempi pratici.

• Eurocodice 1: EN 1991-1-4 – Azioni del vento

  La norma europea di riferimento, alla base delle NTC italiane per il calcolo delle azioni del vento.

• UNI/TS 11300-2:2014 – Prestazioni energetiche degli edifici

  Norma tecnica che integra le NTC per gli aspetti energetici legati all’azione del vento.

Domande Frequenti

1. Qual è la velocità di riferimento del vento in Italia?

La velocità di riferimento di base (v_b,0) per l’Italia è fissata a 25 m/s (circa 90 km/h), corrispondente a un tempo di ritorno di 50 anni. Tuttavia, alcune regioni (es. Sicilia, Sardegna, zone costiere) possono avere valori diversi specificati nelle norme regionali.

2. Quando è necessario considerare gli effetti dinamici?

Gli effetti dinamici devono essere considerati quando:

• Il rapporto altezza/diametro (h/d) > 5
• La frequenza naturale della struttura è vicina alla frequenza di distacco dei vortici
• La struttura è particolarmente flessibile (periodo fondamentale T > 1s)

La Circolare 2019 (§ C3.3.6) fornisce una procedura semplificata per la valutazione.

3. Come si calcola la pressione del vento su una sfera?

Per strutture sferiche (es. sfere di stoccaggio GNL), il coefficiente di forma è c_f = 0.3 per il vento frontale e c_f = -0.2 per la depressione sulla scia. La pressione si calcola con:

p = c_f · c_d · q_z

Dove q_z è la pressione cinetica all’altezza del centro della sfera.

4. Quali sono le differenze tra NTC 2008 e NTC 2018 per il vento?

Le principali differenze includono:

Aspetto	NTC 2008	NTC 2018 + Circolare 2019
Velocità di riferimento	25 m/s (fissa)	25 m/s (ma con possibilità di adeguamenti locali)
Categorie di esposizione	3 categorie	4 categorie (aggiunta categoria IV)
Coefficienti di forma	Tabelle semplificate	Tabelle più dettagliate con interpolazione
Effetti dinamici	Solo per h/d > 6	Da considerare già per h/d > 5
Fattore di picco	2.5 (fisso)	Variabile in funzione della turbolenza

Conclusione e Raccomandazioni Finali

Il calcolo dell’azione del vento su strutture circolari secondo le NTC 2018 e la Circolare 2019 richiede un approccio metodico che consideri:

1. La corretta classificazione del sito (categoria di esposizione e rugosità)
2. La geometria specifica della struttura (rapporto h/d)
3. Gli effetti dinamici per strutture snelle
4. Le combinazioni di carico con altre azioni (sisma, neve, ecc.)

Per progetti complessi, si raccomanda:

• L’uso di software di calcolo strutturale avanzato
• La consulenza di esperti in ingegneria del vento
• Eventuali prove in galleria del vento per strutture critiche
• Una documentazione dettagliata di tutte le ipotesi e i calcoli

Ricordiamo che la responsabilità del calcolo ricade sempre sul professionista incaricato, che deve garantire la conformità alle normative vigenti e la sicurezza della struttura.