Azione Vento Ntc 2018 Esempio Calcolo

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

Guida Completa al Calcolo dell’Azione del Vento secondo NTC 2018

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) 2018 rappresentano il riferimento normativo italiano per la progettazione strutturale, includendo specifiche dettagliate per il calcolo delle azioni del vento su edifici e strutture. Questo articolo fornisce una guida tecnica approfondita sul calcolo dell’azione del vento secondo le NTC 2018, con esempi pratici e considerazioni progettuali.

1. Basi Normative e Principi Fondamentali

Le NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) dedicano il paragrafo 3.3 al calcolo delle azioni del vento, basandosi su:

• Eurocodice 1 (EN 1991-1-4) con adattamenti nazionali
• Dati climatici specifici per il territorio italiano
• Approccio probabilistico per la determinazione delle azioni

La filosofia di base prevede che:

1. La velocità di riferimento del vento sia determinata in base alla zona geografica e all’altitudine
2. I coefficienti di esposizione tengano conto della rugosità del terreno e dell’altezza
3. I coefficienti di forma dipendano dalla geometria della struttura
4. La pressione del vento sia calcolata come prodotto di questi fattori

2. Parametri Fondamentali per il Calcolo

2.1 Velocità di riferimento del vento (v_b,0)

La velocità di riferimento è definita come la velocità media su 10 minuti a 10 m di altezza in terreno di categoria II (esposizione suburbana), con periodo di ritorno pari alla vita nominale della struttura. Le NTC 2018 forniscono una mappa delle velocità di riferimento per l’Italia:

Zona	Velocità di riferimento vb,0 (m/s)	Regioni interessate
1	25	Valle d’Aosta, Piemonte (parte), Lombardia (parte)
2	27	Liguria, Emilia-Romagna, Toscana, Umbria, Marche
3	28	Lazio, Abruzzo, Molise, Campania (parte)
4	30	Puglia, Basilicata, Calabria, Sicilia, Sardegna

La velocità di riferimento viene poi corretta in base all’altitudine con la formula:

v_b = v_b,0 · (1 + k_a · ln(z_s/10)) · c_alt

dove:

• k_a = 0.09 (coefficienti di rugosità)
• z_s = altezza di riferimento (normalmente 10 m)
• c_alt = 1 + 0.001·A per A > 500 m (A = altitudine in metri)

2.2 Categorie di esposizione

Le NTC 2018 definiscono 5 categorie di esposizione che influenzano il profilo di velocità del vento:

Categoria	Descrizione	z0 (m)	zmin (m)
I	Zone interne di centri urbani con edifici alti e ravvicinati	1.0	10
II	Zone suburbane, industriali o boschive	0.2	4
III	Zone aperte con ostacoli sparsi (alberi, edifici bassi)	0.05	2
IV	Zone costiere esposte ai venti di mare	0.01	1
V	Zone offshore	0.003	1

2.3 Coefficienti di forma (c_p)

I coefficienti di forma dipendono dalla geometria della struttura e dalla direzione del vento. Per edifici a pianta rettangolare, le NTC 2018 forniscono valori tabellati in funzione del rapporto h/b (altezza/larghezza) e d/b (profondità/larghezza).

Per tettoie e strutture particolari, i coefficienti vengono determinati secondo l’Eurocodice 1 o attraverso prove in galleria del vento.

3. Procedura di Calcolo Step-by-Step

Di seguito la procedura dettagliata per il calcolo dell’azione del vento secondo NTC 2018:

1. Determinare la velocità di riferimento v_b,0: In base alla zona geografica dalla mappa delle NTC 2018
2. Calcolare la velocità base v_b: Applicando le correzioni per altitudine e vita nominale
3. Determinare la pressione cinetica di riferimento q_b:

   q_b = 0.5 · ρ · v_b²

   dove ρ = 1.25 kg/m³ (densità dell’aria)

4. Calcolare il coefficiente di esposizione c_e(z):

   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 = 0.19 · (z₀/0.05)^0.07 (coefficienti di rugosità)

5. Determinare la pressione cinetica di picco q_p(z):

   q_p(z) = [1 + 7 · I_v(z)] · q_b · c_e(z)

   dove I_v(z) = intensità di turbolenza

6. Applicare i coefficienti di forma c_p: In funzione della geometria della struttura
7. Calcolare la pressione del vento w:

   w = q_p(z) · c_p

4. Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo un edificio residenziale con le seguenti caratteristiche:

• Località: Roma (Zona 3, v_b,0 = 28 m/s)
• Altitudine: 150 m s.l.m.
• Categoria di esposizione: II (suburbana)
• Vita nominale: 50 anni (Classe 2)
• Altezza: 12 m
• Larghezza: 10 m
• Profondità: 15 m
• Tetto a falda con inclinazione 20°

Passo 1: Velocità di riferimento corretta per altitudine

c_alt = 1 + 0.001·150 = 1.15

v_b = 28 · 1.15 = 32.2 m/s

Passo 2: Pressione cinetica di riferimento

q_b = 0.5 · 1.25 · (32.2)² = 648.05 N/m²

Passo 3: Coefficiente di esposizione a 12 m

Per categoria II: z₀ = 0.2 m, z_min = 4 m

k_r = 0.19 · (0.2/0.05)^0.07 = 0.19

c_e(12) = (0.19)² · 1 · ln(12/0.2) / ln(10/0.2) = 1.33

Passo 4: Pressione cinetica di picco

I_v(12) = 1 / [c_o · ln(12/0.2)] = 0.18 (dove c_o = 1)

q_p(12) = [1 + 7·0.18] · 648.05 · 1.33 = 1587.4 N/m²

Passo 5: Coefficienti di forma

Per un edificio con h/b = 1.2 e d/b = 1.5, dai grafici delle NTC:

• Pareti sopravento: c_p = +0.8
• Pareti sottovento: c_p = -0.5
• Tetto (vento perpendicolare alla falda): c_p = -0.6

Passo 6: Pressione del vento

Parete sopravento: w = 1587.4 · 0.8 = 1269.9 N/m²

Parete sottovento: w = 1587.4 · (-0.5) = -793.7 N/m² (aspirazione)

Tetto: w = 1587.4 · (-0.6) = -952.4 N/m² (aspirazione)

5. Considerazioni Progettuali Avanzate

5.1 Effetti dinamici

Per strutture snelle (h/b > 4) o flessibili (periodo fondamentale T > 1 s), le NTC 2018 richiedono di considerare gli effetti dinamici del vento attraverso:

• Analisi nel dominio del tempo
• Analisi nel dominio delle frequenze
• Metodo semplificato basato sul coefficiente di struttura c_sc_d

Il coefficiente di struttura si calcola come:

c_sc_d = (1 + 2·k_p·I_v(z_s)·√(B² + R²)) / (1 + 7·I_v(z_s))

dove k_p = fattore di picco, B = fattore di risposta quasi-statica, R = fattore di risposta risonante

5.2 Azioni localizzate

Le NTC 2018 prescrivono di considerare azioni localizzate per:

• Elementi di copertura (tetti, pannelli)
• Elementi di facciata
• Strutture secondarie

Queste azioni si calcolano moltiplicando la pressione cinetica di picco per coefficienti di forma specifici per elementi localizzati, tipicamente più elevati di quelli per la struttura principale.

5.3 Combinazioni con altre azioni

L’azione del vento deve essere combinata con altre azioni secondo le combinazioni definite al § 2.5 delle NTC 2018:

• Combinazione fondamentale: G + P + Q_vento + ψ₀·Q_altre
• Combinazione frequente: G + P + ψ₁·Q_vento + ψ₂·Q_altre
• Combinazione quasi permanente: G + P + ψ₂·Q_vento

dove ψ₀, ψ₁, ψ₂ sono coefficienti di combinazione per azioni variabili.

6. Confronto con Normative Internazionali

Parametro	NTC 2018	Eurocodice 1	ASCE 7-16 (USA)
Velocità di riferimento	25-30 m/s (zona 1-4)	22-30 m/s (zona 1-4)	85-200 mph (140-320 km/h)
Periodo di ritorno	50-100 anni	50 anni	300-3000 anni
Categorie di esposizione	5 (I-V)	5 (0-IV)	3 (B, C, D)
Coefficienti di forma	Tabellati e grafici	Tabellati e grafici	Tabellati (Fig. 27.3-1)
Effetti dinamici	Obbligatori per h/b > 4	Obbligatori per h/b > 5	Obbligatori per h > 60 m

7. Errori Comuni e Buone Pratiche

Errori frequenti:

• Utilizzo di coefficienti di forma errati per la geometria specifica
• Trascurare gli effetti di aspirazione (pressioni negative)
• Non considerare le azioni localizzate su elementi secondari
• Errata classificazione della categoria di esposizione
• Trascurare gli effetti dinamici per strutture snelle

Buone pratiche:

• Verificare sempre la categoria di esposizione con sopralluoghi
• Utilizzare software di calcolo validati per geometrie complesse
• Considerare sempre sia pressioni che depressioni
• Verificare le combinazioni di carico più sfavorevoli
• Documentare chiaramente tutte le ipotesi di calcolo

8. Strumenti e Risorse Utili

Per approfondimenti e calcoli avanzati, si consigliano le seguenti risorse:

• Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – Testo delle NTC 2018
• UNI – Norme tecniche di riferimento
• INGV – Dati anemometrici storici
• Software: SAP2000, ETABS, STAAD.Pro (con moduli vento)
• Libri: “Azione del vento sulle costruzioni” di Solari e Tubino

9. Evoluzioni Normative e Ricerca Correlata

Le NTC 2018 rappresentano un’evoluzione significativa rispetto alle precedenti NTC 2008, con:

• Migliore definizione delle zone di vento
• Aggiornamento dei coefficienti di forma
• Maggiore attenzione agli effetti dinamici
• Allineamento con l’Eurocodice 1

La ricerca attuale si concentra su:

• Modellazione CFD per geometrie complesse
• Effetti del vento su strutture leggere e temporanee
• Interazione vento-struttura per edifici alti
• Adattamento ai cambiamenti climatici (aumento velocità vento)

Le future revisioni delle normative potrebbero includere:

• Mappe di vento più dettagliate con risoluzione comunale
• Coefficienti specifici per nuove tipologie costruttive
• Metodologie semplificate per l’analisi dinamica
• Considerazione degli effetti del vento su facciate continue

10. Conclusioni

Il corretto calcolo dell’azione del vento secondo le NTC 2018 è fondamentale per la sicurezza e la durabilità delle strutture. Questo processo richiede:

1. Una accurata caratterizzazione del sito (zona, categoria di esposizione, altitudine)
2. La corretta applicazione delle formule normative
3. L’attenta selezione dei coefficienti di forma
4. La considerazione degli effetti dinamici quando rilevanti
5. La verifica delle combinazioni di carico più sfavorevoli

Per progetti complessi o strutture non convenzionali, si raccomanda sempre di:

• Eseguire analisi specifiche con software avanzati
• Considerare prove in galleria del vento per geometrie particolari
• Consultare esperti in ingegneria del vento
• Documentare dettagliatamente tutte le ipotesi e i calcoli

La corretta applicazione delle NTC 2018 per il calcolo dell’azione del vento, unitamente a una progettazione attenta, contribuisce significativamente alla sicurezza delle costruzioni contro uno dei carichi ambientali più critici.