Calcolo Azione Vento Circolare 2019 Excel

Calcola la pressione del vento su strutture circolari secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018

Guida Completa al Calcolo Azione Vento su Strutture Circolari (NTC 2018)

Il calcolo dell’azione del vento su strutture circolari rappresenta un aspetto fondamentale nella progettazione strutturale secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (NTC 2018). Questo articolo fornisce una trattazione approfondita della metodologia di calcolo, dei parametri coinvolti e delle considerazioni pratiche per ingegneri e progettisti.

Basi Normative (NTC 2018)

Le NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) dedicano il § 3.3 all’azione del vento, con specifico riferimento alle strutture circolari nel § 3.3.5. Le norme fanno riferimento alla UNI EN 1991-1-4:2005 (Eurocodice 1) per i dettagli applicativi.

I principali parametri normativi includono:

• Velocità di riferimento del vento (v_b,0): Valore base definito in funzione della zona geografica
• Coefficiente di esposizione (c_e): Dipende dall’altezza e dalla categoria di esposizione
• Coefficiente di forma (c_f): Specifico per strutture circolari (valori tabellati)
• Coefficiente dinamico (c_d): Per effetti di raffica e vibrazioni

Metodologia di Calcolo

La pressione del vento si calcola con la formula fondamentale:

p = q_ref · c_e · c_p · c_d

Dove:

1. q_ref è la pressione cinetica di riferimento: q_ref = 0.5 · ρ · v_b² (con ρ = 1.25 kg/m³)
2. c_e è il coefficiente di esposizione: c_e(z) = k_r² · c_t · ln(z/z₀)/ln(z_0,II/z₀)
3. c_p è il coefficiente di pressione (c_f per strutture)
4. c_d è il coefficiente dinamico (1.0 per strutture rigide)

Coefficienti di Forma per Strutture Circolari

Per le strutture circolari, il coefficiente di forma c_f dipende dal rapporto d/b (diametro/altezza) e dalla direzione del vento. La tabella seguente riporta i valori tipici:

Rapporto d/b	Coefficiente cf (vento frontale)	Coefficiente cf (vento laterale)
d/b ≤ 0.2	0.7	0.5
0.2 < d/b ≤ 1	0.7 – 0.4·(d/b)	0.5 – 0.3·(d/b)
1 < d/b ≤ 5	0.3	0.2
d/b > 5	0.35	0.25

Per valori intermedi, si interpolano linearmente i coefficienti.

Effetti Dinamici e Vibrazioni

Le strutture circolari snelle (d/b > 5) sono soggette a fenomeni di vortice shedding che possono indurre vibrazioni trasversali. Le NTC 2018 prescrivono verifiche specifiche quando:

• La frequenza propria f₁ < 1 Hz
• Il rapporto d/b > 6
• La velocità critica v_crit = f₁·d/St < v_max (St ≈ 0.2)

In questi casi, è necessario considerare il coefficiente di struttura c_sc_d secondo l’Eurocodice 1.

Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo un serbatoio circolare con:

• Diametro d = 10 m
• Altezza h = 20 m (d/b = 0.5)
• Velocità base v_b,0 = 25 m/s (zona 1)
• Categoria esposizione II
• Altitudine 200 m s.l.m.

Passo 1: Calcolo velocità di riferimento corretta per altitudine:

v_b = v_b,0 · (1 + 0.001·Δa) = 25 · (1 + 0.001·200) = 25.5 m/s

Passo 2: Calcolo coefficiente di esposizione a z = 20 m:

c_e(20) = 1.0 · 1.0 · [ln(20/0.05)/ln(10/0.05)]² = 1.75

Passo 3: Coefficiente di forma (interpolazione per d/b = 0.5):

c_f = 0.7 – 0.4·0.5 = 0.5 (vento frontale)

Passo 4: Pressione del vento:

q_ref = 0.5 · 1.25 · (25.5)² = 404.8 N/m² = 0.405 kN/m²

p = 0.405 · 1.75 · 0.5 = 0.354 kN/m²

Confronto con Altri Standard Internazionali

La tabella seguente confronta i coefficienti di forma per strutture circolari tra diverse normative:

Normativa	Coefficiente cf (d/b=1)	Metodo di calcolo	Considera effetti dinamici?
NTC 2018 (Italia)	0.3 – 0.5	Formula analitica	Sì (per d/b > 6)
Eurocodice 1 (EN 1991-1-4)	0.3 – 0.4	Tabelle + interpolazione	Sì (dettagliato)
ASCE 7-16 (USA)	0.4 – 0.6	Tabelle per categorie	Sì (velocità critica)
AIJ (Giappone)	0.35 – 0.55	Formula empirica	Sì (analisi spettrale)

Si osserva che le NTC 2018 adottano valori generalmente più conservativi rispetto all’Eurocodice, mentre l’ASCE 7-16 americana risulta più cautelativa per strutture con d/b < 1.

Errori Comuni da Evitare

Nella pratica professionale, si riscontrano frequentemente i seguenti errori:

1. Trascurare l’altitudine: La correzione per altitudine può aumentare la velocità del vento fino al 20% per siti montani
2. Sottostimare c_e: L’uso di valori medi invece che calcolati per l’altezza effettiva porta a sottostime del 15-30%
3. Ignorare effetti dinamici: Per strutture snelle (d/b > 5), la non considerazione del vortex shedding può portare a collassi per fatica
4. Confondere c_p e c_f: Il coefficiente di pressione (c_p) si usa per superfici, mentre c_f per strutture
5. Dimenticare il coefficiente di direzione: Le NTC 2018 prevedono un c_dir = 1.0, ma altre normative lo variano

Strumenti di Calcolo e Software

Per applicazioni professionali, si consigliano i seguenti strumenti:

• Midas Gen: Software FEM con modulo vento secondo NTC 2018
• SAP2000: Implementa automaticamente i carichi da vento secondo Eurocodice
• STAAD.Pro: Include generatore di carichi ventosi per strutture circolari
• Excel NTC Toolkit: Foglio di calcolo ufficiale del Consiglio Superiore LL.PP. (MIT.gov.it)

Per calcoli manuali, il foglio Excel “Azione Vento NTC 2018” disponibile sul sito del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici rappresenta lo standard di riferimento.

Casi Studio Reali

Caso 1: Serbatoio GPL a Priolo (SR)

Struttura con d=12m, h=15m in zona costiera (categoria I). Il calcolo secondo NTC 2018 ha evidenziato:

• Pressione di progetto: 0.42 kN/m² (vs 0.38 kN/m² con vecchie norme)
• Forza totale: 243 kN (aumento del 10% rispetto a DM 2008)
• Necessità di irrigidimenti aggiuntivi per evitare fenomeni di ovalizzazione

Caso 2: Torre Eolica in Appennino

Struttura tubolare con d=3m, h=80m (d/b=0.0375) a 1200m s.l.m.:

• Velocità corretta per altitudine: +24% rispetto al valore base
• Effetti dinamici critici (f₁ = 0.8 Hz)
• Soluzione: installazione di smorzatori a massa accordata

Approfondimenti Tecnici

Per una trattazione completa degli aspetti teorici, si rimanda ai seguenti testi:

1. “Wind Loads on Structures” – Emil Simiu (Wiley, 2011)
2. “Dinamica delle Strutture” – Claudio Borri (Pitagora Editrice, 2018)
3. “Eurocodice 1 – Commentario” – UNI (2020)

Il documento ufficiale delle NTC 2018 è consultabile sul sito del Gazzetta Ufficiale (D.M. 17 gennaio 2018).

Domande Frequenti

D: Quando è obbligatorio considerare gli effetti dinamici?

R: Le NTC 2018 (§3.3.6) prescrivono l’analisi dinamica quando:

• La frequenza fondamentale f₁ < 1 Hz
• Il rapporto altezza/larghezza > 6
• La struttura è sensibile alle vibrazioni (es. torri, camini)

D: Come si calcola la velocità critica per il vortex shedding?

R: La velocità critica si calcola con:

v_crit = (f₁ · d) / St

Dove St ≈ 0.2 per sezioni circolari. Se v_crit < 1.25·v_m (velocità media), sono necessarie verifiche aggiuntive.

D: Quale categoria di esposizione scegliere per un sito in collina?

R: Per siti collinari, la scelta dipende dalla densità di ostacoli:

• Categoria II: pendii con vegetazione rada
• Categoria III: zone boscose o con edifici sparsi
• Verifica sempre con dati anemometrici locali se disponibili

Conclusione

Il calcolo dell’azione del vento su strutture circolari secondo le NTC 2018 richiede particolare attenzione a:

1. La corretta determinazione dei coefficienti di esposizione
2. L’interpolazione accurata dei coefficienti di forma
3. La valutazione degli effetti dinamici per strutture snelle
4. L’applicazione delle correzioni per altitudine e vita nominale

L’utilizzo di strumenti software validati e il confronto con casi studio simili rappresentano le migliori pratiche per garantire sicurezza e conformità normativa. Per approfondimenti tecnici, si consiglia la consultazione della Direttiva Europea 2005/58/CE e delle linee guida del UNI.