Calcolo Azione Vento Circolare Ntc 2019 Copertura

Calcola la pressione del vento su coperture circolari secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2019

Introduzione alle Norme Tecniche per le Costruzioni 2019

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) 2019 rappresentano il riferimento normativo italiano per la progettazione strutturale, inclusa la valutazione delle azioni del vento sugli edifici e sulle strutture. Per le coperture circolari, il calcolo dell’azione del vento richiede un’approccio specifico che tenga conto della particolare geometria e della distribuzione delle pressioni.

Questa guida approfondisce i principi, le formule e le procedure per il corretto calcolo dell’azione del vento su coperture circolari secondo le NTC 2019, con particolare attenzione ai parametri fondamentali e alle metodologie di calcolo.

Parametri Fondamentali per il Calcolo del Vento

1. Velocità di riferimento del vento (vb)

La velocità di riferimento del vento (vb) è definita in base alla zona geografica in cui si trova la struttura. Le NTC 2019 suddividono il territorio italiano in 4 zone con differenti velocità di riferimento:

• Zona 1: vb0 = 25 m/s (aree meno esposte)
• Zona 2: vb0 = 27 m/s
• Zona 3: vb0 = 28 m/s
• Zona 4: vb0 = 30 m/s (aree più esposte)

La velocità di riferimento viene poi corretta in funzione dell’altitudine (a) e della vita nominale (Vn) della struttura secondo la formula:

vb = vb0 + ka · ln(z/z0) + Δv

dove:

• ka = coefficiente di rugosità
• z = altezza di riferimento
• z0 = lunghezza di rugosità
• Δv = incrementi per altitudine e vita nominale

2. Categoria di esposizione

La categoria di esposizione influisce sul coefficiente di esposizione (ce) e dipende dalle caratteristiche del terreno circostante la struttura:

Categoria	Descrizione	z0 (m)	zmin (m)
I	Mare aperto o laghi con almeno 5 km di estensione	0.003	1
II	Terreno pianeggiante con ostacoli isolati	0.01	2
III	Area urbana, industriale o forestale	0.1	5
IV	Area con ostacoli ravvicinati e alti	0.3	10

3. Coefficienti aerodinamici per coperture circolari

Per le coperture circolari, i coefficienti di pressione esterna (cpe) e interna (cpi) dipendono dalla geometria della struttura e dall’angolo di incidenza del vento. Le NTC 2019 forniscono valori tabellati o formule per il calcolo di questi coefficienti.

In particolare, per coperture circolari con rapporto h/d (altezza/diametro) ≤ 0.5, i coefficienti di pressione esterna possono essere determinati come:

• cpe = +0.8 (sovrapressione)
• cpe = -0.5 (depressione)

Procedura di Calcolo Step-by-Step

1. Determinazione della velocità di riferimento (vb):

   Selezionare la zona di vento e calcolare vb in funzione dell’altitudine e della vita nominale.

2. Calcolo della velocità di progetto (vb,k):

   vb,k = vb · (1 + kp · Iv) dove kp è il coefficiente di picco e Iv è l’intensità di turbolenza.

3. Determinazione della pressione cinetica di riferimento (qb):

   qb = 0.5 · ρ · vb² dove ρ è la densità dell’aria (1.25 kg/m³).

4. Calcolo del coefficiente di esposizione (ce):

   ce(z) = kz² · cr(z) · ln(z/z0) / ln(z0,II/z0,II) per z ≥ zmin

5. Determinazione della pressione cinetica di progetto (q):

   q = qb · ce

6. Applicazione dei coefficienti aerodinamici:

   Calcolare la pressione netta del vento come w = q · (cpe – cpi).

7. Calcolo della forza totale:

   F = w · A dove A è l’area proiettata della copertura.

Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo una copertura circolare con le seguenti caratteristiche:

• Diametro (d) = 20 m
• Altezza (h) = 5 m
• Zona di vento = 3 (vb0 = 28 m/s)
• Categoria di esposizione = II
• Altitudine = 200 m
• Vita nominale = 50 anni

Passo 1: Velocità di riferimento (vb)

vb = vb0 + Δv(a) + Δv(Vn) = 28 + 0.5 + 1.5 = 30 m/s

Passo 2: Pressione cinetica di riferimento (qb)

qb = 0.5 · 1.25 · (30)² = 562.5 N/m²

Passo 3: Coefficiente di esposizione (ce)

Per categoria II e h = 5 m:

ce(5) = 1.0 (approssimato per semplicità)

Passo 4: Pressione cinetica di progetto (q)

q = qb · ce = 562.5 · 1.0 = 562.5 N/m²

Passo 5: Pressione netta del vento (w)

Assumendo cpe = +0.8 e cpi = ±0.2:

w_max = 562.5 · (0.8 – (-0.2)) = 562.5 · 1.0 = 562.5 N/m²

w_min = 562.5 · (0.8 – 0.2) = 562.5 · 0.6 = 337.5 N/m²

Passo 6: Forza totale (F)

Area proiettata A = π · d² / 4 = 314 m²

F_max = 562.5 · 314 ≈ 176,625 N ≈ 176.6 kN

Confronto tra Diverse Configurazioni

La seguente tabella confronta i risultati del calcolo per diverse configurazioni di coperture circolari:

Configurazione	Diametro (m)	Altezza (m)	Zona	Pressione Netta (N/m²)	Forza Totale (kN)
Copertura bassa	10	3	2	450	35.3
Copertura media	20	5	3	562.5	176.6
Copertura alta	30	10	4	720	508.9
Copertura in zona esposta	15	4	4	650	114.0

Errori Comuni e Buone Pratiche

Errori frequenti nel calcolo

• Sottostima della velocità di riferimento: Non considerare gli incrementi per altitudine e vita nominale.
• Scelta errata della categoria di esposizione: Valutare correttamente il contesto ambientale.
• Applicazione errata dei coefficienti aerodinamici: Utilizzare i valori specifici per coperture circolari.
• Trascurare la pressione interna: La pressione interna (cpi) può avere un impatto significativo sul risultato finale.
• Calcolo errato dell’area proiettata: Per coperture circolari, l’area efficace può variare in base all’angolo di incidenza del vento.

Buone pratiche per un calcolo accurato

• Utilizzare sempre i valori aggiornati delle NTC 2019 e delle eventuali circolari esplicative.
• Verificare la corretta classificazione della zona di vento tramite le mappe ufficiali.
• Considerare diverse direzioni del vento per identificare la condizione più sfavorevole.
• Utilizzare software di calcolo validati o fogli elettronici con formule preimpostate.
• Confrontare i risultati con valori di letteratura o casi studio simili.
• Documentare tutti i passaggi e i parametri utilizzati per garantire la tracciabilità del calcolo.

Riferimenti Normativi e Approfondimenti

Per un approfondimento completo sul calcolo dell’azione del vento secondo le NTC 2019, si consigliano i seguenti documenti ufficiali:

• Decreto Ministeriale 17 gennaio 2018:

  “Aggiornamento delle ‘Norme tecniche per le costruzioni'” – Gazzetta Ufficiale

• Circolare esplicativa n. 7 del 21 gennaio 2019:

  “Istruzioni per l’applicazione dell’Aggiornamento delle ‘Norme tecniche per le costruzioni’ di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018” – Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti

• Eurocodice 1 – EN 1991-1-4:

  “Azioni sulle strutture – Parte 1-4: Azioni generali – Azioni del vento” – Commissione Europea

Per approfondimenti tecnici sulla dinamica del vento e gli effetti sulle strutture, si consiglia la consultazione di:

• “Wind Effects on Structures” di Emil Simiu e Robert H. Scanlan (Wiley)
• “The Structural Engineer’s Professional Training Manual” di David K. Adams (McGraw-Hill)
• Pubblicazioni del National Institute of Standards and Technology (NIST) sugli effetti del vento

Domande Frequenti

1. Qual è la differenza tra pressione esterna e interna?

La pressione esterna (cpe) è generata dal vento che investe la superficie esterna della struttura, mentre la pressione interna (cpi) è dovuta al vento che penetra attraverso aperture o fessure. La pressione netta è data dalla differenza tra queste due pressioni.

2. Come si determina la categoria di esposizione?

La categoria di esposizione viene determinata in base alle caratteristiche del terreno nei dintorni della struttura per una distanza di almeno 1 km nella direzione di provenienza del vento. È importante valutare la rugosità del terreno e la presenza di ostacoli significativi.

3. Quando è necessario considerare l’effetto di scia?

L’effetto di scia deve essere considerato quando la struttura è posizionata a valle di altri edifici o ostacoli che possono alterare il flusso del vento. Le NTC 2019 forniscono indicazioni specifiche per la valutazione di questi effetti.

4. Come si calcola la forza risultante su una copertura circolare?

La forza risultante si calcola integrando le pressioni nette sulla superficie della copertura. Per coperture circolari, è spesso sufficiente considerare la pressione netta media moltiplicata per l’area proiettata, ma per analisi più accurate possono essere necessari metodi numerici o sperimentali.

5. Quali sono i principali fattori che influenzano il coefficiente di pressione esterna?

I principali fattori sono:

• Rapporto altezza/diametro (h/d) della struttura
• Angolo di incidenza del vento
• Rugosità della superficie
• Presenza di elementi architettonici (parapetti, lucernari, etc.)
• Effetti di interferenza con altre strutture vicine

Conclusione

Il calcolo dell’azione del vento su coperture circolari secondo le NTC 2019 richiede un’attenta valutazione di numerosi parametri e una corretta applicazione delle formule normative. Questo processo, sebbene complesso, è essenziale per garantire la sicurezza e la stabilità delle strutture esposte al vento.

L’utilizzo di strumenti di calcolo automatizzati, come quello fornito in questa pagina, può semplificare significativamente il processo, riducendo il rischio di errori e garantendo risultati affidabili. Tuttavia, è sempre consigliabile che i calcoli siano verificati da un professionista qualificato, soprattutto per strutture di particolare importanza o complessità.

Ricordiamo che le NTC 2019 rappresentano il riferimento normativo obbligatorio in Italia per la progettazione strutturale, e il loro corretto applicazione è fondamentale per la sicurezza delle costruzioni e per la conformità alle disposizioni legislative.