Azione Vento Calcolo Altezza Di Riferimento Ze

Calcola l’altezza di riferimento per il carico del vento secondo le normative tecniche italiane (NTC 2018 e Circolare 2019)

Guida Completa al Calcolo dell’Altezza di Riferimento (z_e) per l’Azione del Vento

Il calcolo dell’altezza di riferimento (z_e) è un passaggio fondamentale nella determinazione delle azioni del vento sugli edifici secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) e la relativa Circolare applicativa n. 7 del 2019. Questo parametro influisce direttamente sulla determinazione della pressione del vento e quindi sul dimensionamento strutturale.

1. Normativa di Riferimento

Le principali fonti normative per il calcolo dell’azione del vento in Italia sono:

• NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) – §3.2 “Azioni sulle costruzioni” e §3.3 “Azione del vento”
• Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 – Istruzioni per l’applicazione delle NTC 2018
• Eurocodice 1 (UNI EN 1991-1-4:2005) – Azioni generali – Azioni del vento (adottato come riferimento tecnico)

La normativa italiana si allinea sostanzialmente all’Eurocodice 1, con alcune specificità locali relative alle zone sismiche e alle categorie di esposizione.

2. Definizione di Altezza di Riferimento (z_e)

L’altezza di riferimento z_e rappresenta l’altezza sopra il terreno alla quale viene valutata la pressione cinetica di riferimento del vento. Questo parametro dipende da:

1. L’altezza totale dell’edificio (h)
2. La categoria di esposizione (I, II, III o IV)
3. Le dimensioni in pianta dell’edificio (larghezza b e lunghezza d)
4. La direzione del vento rispetto all’edificio

Formula di Base per z_e

Secondo le NTC 2018, l’altezza di riferimento z_e viene determinata come:

z_e = min(h, z_min)
dove z_min = b (se b ≤ d) oppure z_min = d (se d ≤ b)

Nota: Per edifici con altezza h ≤ b (o d), z_e coincide con l’altezza dell’edificio. Per edifici più alti, z_e viene assunto pari alla dimensione minore in pianta.

3. Categorie di Esposizione

La categoria di esposizione influisce significativamente sul calcolo della pressione del vento. Le NTC 2018 definiscono quattro categorie:

Categoria	Descrizione	z0 (m)	zmin (m)
I	Mare aperto o zone costiere esposte per almeno 5 km in direzione del vento	0.01	1
II	Terreno pianeggiante con ostacoli isolati (alberi, edifici bassi) con distanza ≥ 20hobs	0.05	4
III	Area urbana, industriale o forestale con ostacoli ravvicinati (distanza ≈ 15hobs)	0.30	8
IV	Centro città con edifici alti e ravvicinati (distanza ≤ 10hobs)	1.00	16

Dove:

• z₀: lunghezza di rugosità
• z_min: altezza minima per l’applicazione del profilo di velocità
• h_obs: altezza media degli ostacoli

4. Procedura di Calcolo Step-by-Step

Segui questi passaggi per determinare correttamente z_e:

1. Determina le dimensioni dell’edificio:
   • Altezza (h)
   • Larghezza (b) – dimensione trasversale al vento
   • Lunghezza (d) – dimensione parallela al vento
2. Identifica la categoria di esposizione:
   • Valuta il contesto ambientale (città, campagna, costa)
   • Consulta le mappe di esposizione regionali se disponibili
3. Determina la direzione del vento:
   • Parallela alla lunghezza (d)
   • Perpendicolare alla lunghezza (b)
4. Calcola z_min:

   z_min = min(b, d) se il vento è perpendicolare alla facciata più larga
   z_min = min(d, b) se il vento è parallelo alla facciata più lunga

5. Determina z_e:

   z_e = min(h, z_min)

6. Calcola il fattore di esposizione c_e(z_e):

   c_e(z) = k_r² · c_t · ln(z/z₀) / ln(z_s/z₀) per z ≥ z_min
   c_e(z) = c_e(z_min) per z ≤ z_min

   Dove:

   • k_r = fattore di rugosità (0.19 per tutte le categorie)
   • c_t = fattore di topografia (1.0 per terreno pianeggiante)
   • z_s = altezza standard (200 m)

Esempio Pratico

Consideriamo un edificio con:

• Altezza h = 15 m
• Larghezza b = 10 m
• Lunghezza d = 20 m
• Categoria di esposizione III
• Vento perpendicolare alla facciata larga (20 m)

Calcolo:

1. z_min = min(b, d) = min(10, 20) = 10 m
2. z_e = min(h, z_min) = min(15, 10) = 10 m
3. c_e(10) = 0.19² · 1 · ln(10/0.3) / ln(200/0.3) ≈ 1.25

5. Fattori che Influenzano z_e

Effetto della Categoria di Esposizione

La categoria di esposizione modifica significativamente il profilo di velocità del vento. Ad esempio:

Categoria	Velocità a 10m (m/s)	Velocità a 20m (m/s)
I (Mare)	28.5	30.2
II (Campagna)	26.8	29.1
III (Urbanizzato)	24.1	27.0
IV (Centro città)	20.5	24.2

Dati basati su velocità di riferimento v_b0 = 25 m/s (zona 1) e k_r = 0.19

Effetto delle Dimensioni in Pianta

Le dimensioni in pianta influenzano z_min e quindi z_e:

• Edifici snelli (h >> min(b,d)): z_e = min(b,d)
• Edifici tozzi (h ≤ min(b,d)): z_e = h

Per edifici con rapporto h/min(b,d) > 2, z_e rimane costante al variare dell’altezza.

6. Errori Comuni da Evitare

1. Confondere z_e con l’altezza dell’edificio:

   z_e non è sempre uguale all’altezza dell’edificio. Per edifici alti e snelli, z_e viene limitato alla dimensione minore in pianta.

2. Sottovalutare la categoria di esposizione:

   Una errata classificazione può portare a sottostimare o sovrastimare le azioni del vento fino al 30%.

3. Ignorare la direzione del vento:

   La direzione influenza quale dimensione in pianta (b o d) viene considerata per z_min.

4. Non considerare gli effetti di scia:

   Per edifici vicini, la scia può modificare il profilo di velocità effettivo.

5. Usare valori predefiniti senza verifica:

   Le tabelle forniscono valori indicativi, ma il calcolo analitico è sempre preferibile.

7. Applicazioni Pratiche

Edifici Residenziali

Per edifici residenziali di media altezza (8-12 m) in zona urbana (cat. III):

• z_e tipicamente coincide con l’altezza (h ≤ min(b,d))
• c_e varia tra 1.2 e 1.5
• Pressione del vento: 0.5-0.8 kN/m²

Edifici Industriali

Per capannoni industriali (h=6-10 m, b=20-30 m, d=40-60 m) in zona extraurbana (cat. II):

• z_e = min(h, b) = 6-10 m
• c_e ≈ 1.4-1.6
• Pressione del vento: 0.6-0.9 kN/m²

Grattacieli

Per edifici alti (h > 50 m) in centro città (cat. IV):

• z_e = min(b,d) tipicamente 20-30 m
• c_e varia con l’altezza (1.8-2.2 alla sommità)
• Pressione del vento: 1.0-1.5 kN/m²

8. Normative Internazionali a Confronto

Parametro	NTC 2018 (Italia)	Eurocodice 1 (EN 1991-1-4)	ASCE 7-16 (USA)
Categorie di esposizione	4 (I-IV)	5 (0-IV)	3 (B, C, D)
Altezza di riferimento (ze)	min(h, min(b,d))	min(h, 2b)	media tra h e min(b,d)
Fattore di esposizione	ce(z) = kr^2·ln(z/z0)	ce(z) = kr^2·ln(z/z0)	Kz = 2.01·(z/zg)^2/α
Velocità di riferimento	25-30 m/s (zone 1-4)	25-30 m/s (zone 1-4)	44-57 m/s (zone 1-4)

9. Strumenti e Risorse Utili

Per approfondimenti e calcoli avanzati, consultare:

• Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (MIT) – NTC 2018 – Testo ufficiale delle norme tecniche
• UNI – Eurocodice 1 (EN 1991-1-4) – Versione italiana dell’Eurocodice
• NIST (National Institute of Standards and Technology) – Wind Load Guidelines – Linee guida internazionali

Per mappe interattive delle zone di vento in Italia:

• Geoportale del MIT – Mappe ufficiali delle zone sismiche e di vento

10. Domande Frequenti

D: Quando z_e coincide con l’altezza dell’edificio?

R: z_e = h quando l’altezza dell’edificio è minore o uguale alla dimensione minore in pianta (min(b,d)). Questo avviene tipicamente per edifici tozzi o bassi.

D: Come influisce la categoria di esposizione su z_e?

R: La categoria di esposizione non modifica direttamente z_e, ma influenza il fattore di esposizione c_e(z_e) che viene calcolato in funzione di z_e e della rugosità del terreno (z₀).

D: È necessario considerare z_e per ogni facciata?

R: Sì, z_e può variare in funzione della direzione del vento. Per un’analisi completa, bisognerebbe calcolare z_e per almeno le due direzioni principali (0° e 90° rispetto all’asse longitudinale).

D: Come si calcola z_e per edifici di forma irregolare?

R: Per edifici con pianta non rettangolare, si assume come b e d le dimensioni del rettangolo circoscritto. In alternativa, per forme complesse, si può suddividere l’edificio in parti regolari e calcolare z_e separatamente.

11. Conclusioni e Best Practices

Il corretto calcolo dell’altezza di riferimento z_e è essenziale per:

• Garantire la sicurezza strutturale contro le azioni del vento
• Ottimizzare i costi di costruzione evitando sovradimensionamenti
• Rispettare le normative vigenti e superare le verifiche in fase di collaudo

Consigli finali:

1. Verificare sempre la categoria di esposizione con sopralluoghi o mappe ufficiali
2. Considerare le direzioni di vento più sfavorevoli (tipicamente perpendicolari alle facciate maggiori)
3. Per edifici alti o complessi, affidarsi a analisi CFD (Computational Fluid Dynamics)
4. Documentare sempre i parametri utilizzati nei calcoli per future verifiche

Avvertenza Normativa

I calcoli forniti da questo strumento hanno valore puramente indicativo. Per progetti reali, è obbligatorio:

• Consultare un ingegnere strutturista abilitato
• Verificare la conformità con le NTC 2018 e le eventuali integrazioni regionali
• Considerare effetti locali (orografia, edifici vicini, etc.)

Il progettista rimane unico responsabile delle scelte tecniche adottate.