Calcolo Carico Del Vento Su Pareti E Coperture

Calcola la pressione del vento secondo le normative tecniche italiane (NTC 2018) per pareti verticali e coperture

Guida Completa al Calcolo del Carico del Vento su Pareti e Coperture

Il calcolo del carico del vento su pareti e coperture è un aspetto fondamentale nella progettazione strutturale, soprattutto in Italia dove le normative tecniche (NTC 2018) impongono requisiti stringenti per la sicurezza delle costruzioni. Questo articolo fornisce una guida dettagliata su come calcolare correttamente i carichi da vento secondo gli standard italiani ed europei.

1. Normative di Riferimento

In Italia, il calcolo dei carichi da vento è regolamentato da:

• NTC 2018 (Norme Tecniche per le Costruzioni) – Capitolo 3.3
• Eurocodice 1 (EN 1991-1-4) – Azioni sulle strutture
• Circolare Esplicativa n. 7/2019 – Istruzioni per l’applicazione delle NTC 2018

Queste normative definiscono i metodi per determinare le azioni del vento sulle costruzioni, tenendo conto della posizione geografica, dell’altitudine, della categoria di esposizione e delle caratteristiche geometriche della struttura.

2. Parametri Fondamentali per il Calcolo

2.1 Velocità di riferimento del vento (v_b)

La velocità di riferimento del vento è il valore base da cui partono tutti i calcoli. Secondo le NTC 2018, la velocità di riferimento di base (v_b,0) è:

• 25 m/s per la maggior parte del territorio italiano (categoria di esposizione II)
• 28 m/s per le zone costiere e lacustri (categoria III)
• 30 m/s per le zone montane esposte (categoria IV)

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

v_b(z) = v_b,0 · k_a · k_r

dove:

• k_a = coefficiente di altitudine
• k_r = coefficiente di rugosità (dipende dalla categoria di esposizione)

2.2 Pressione dinamica di riferimento (q_b)

La pressione dinamica di riferimento si calcola con la formula:

q_b = 0.5 · ρ · v_b²

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

2.3 Coefficiente di esposizione (c_e)

Il coefficiente di esposizione tiene conto della variazione della velocità del vento con l’altezza e della turbolenza. Si calcola come:

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

dove:

• z₀ = lunghezza di rugosità (dipende dalla categoria di esposizione)
• z_ref = 10 m (altezza di riferimento)
• c_t = coefficiente di turbolenza (1.0 per la maggior parte dei casi)

2.4 Coefficienti aerodinamici (c_p)

I coefficienti aerodinamici dipendono dalla forma della struttura e dalla direzione del vento. Per le pareti verticali:

• Lato sopravento: c_p = +0.8
• Lato sottovento: c_p = -0.5

Per le coperture, i valori dipendono dall’inclinazione:

Inclinazione (α)	Lato sopravento	Lato sottovento
0° ≤ α ≤ 5°	-1.8	-1.2
5° < α ≤ 30°	-0.9	-0.5
30° < α ≤ 90°	-0.5	-0.5

3. Procedura di Calcolo Step-by-Step

1. Determinare la velocità di riferimento base (v_b,0) in base alla zona geografica
2. Calcolare la velocità di riferimento (v_b) applicando i coefficienti di altitudine e rugosità
3. Calcolare la pressione dinamica (q_b) usando la velocità di riferimento
4. Determinare il coefficiente di esposizione (c_e) in base all’altezza della struttura
5. Calcolare la pressione del vento (w_k): w_k = q_b · c_e · c_p
6. Applicare i coefficienti di forma per ottenere il carico finale

4. Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo un edificio di 10 m di altezza in zona suburbana (categoria II) con altitudine 200 m s.l.m.

1. Velocità di riferimento base: v_b,0 = 25 m/s (categoria II)
2. Coefficiente di altitudine: k_a = 1 + 0.001·Δa = 1.02 (per 200 m)
3. Velocità di riferimento: v_b = 25 · 1.02 = 25.5 m/s
4. Pessione dinamica: q_b = 0.5 · 1.25 · (25.5)² = 405.3 N/m²
5. Coefficiente di esposizione (a 10 m): c_e ≈ 2.0
6. Pessione del vento (parete sopravento): w = 405.3 · 2.0 · 0.8 = 648.5 N/m²

5. Fattori che Influenzano il Carico del Vento

5.1 Effetto della Topografia

Le colline e le scarpate possono amplificare la velocità del vento. Le NTC 2018 introducono un coefficiente topografico (c_t) per tenere conto di questo effetto:

• c_t = 1.0 per terreno pianeggiante
• c_t = 1.2-1.5 per creste di collina esposte

5.2 Effetto di Scudia

Gli edifici vicini possono creare effetti di scudia che aumentano localmente la pressione del vento. Questo fenomeno è particolarmente rilevante in aree urbane dense.

5.3 Vibrazioni Indotte dal Vento

Strutture snelle e flessibili (come grattacieli o torri) possono essere soggette a vibrazioni indotte dal vento. In questi casi è necessario eseguire analisi dinamiche aggiuntive.

6. Confronto tra Diverse Normative

La seguente tabella confronta i principali parametri tra le NTC 2018 e l’Eurocodice 1:

Parametro	NTC 2018	Eurocodice 1 (EN 1991-1-4)
Velocità base di riferimento	25-30 m/s	22-30 m/s (dipende dalla zona)
Categorie di esposizione	I-IV	0-IV
Coefficiente di rugosità	kr = 0.19-0.24	kr = 0.16-0.22
Coefficiente di altitudine	ka = 1 + 0.001·Δa	ka = 1 + 0.001·Δa (simile)

7. Errori Comuni da Evitare

• Sottostimare la categoria di esposizione: Scegliere una categoria troppo “protetta” può portare a sottodimensionare la struttura
• Ignorare l’effetto topografico: Colline e montagne possono aumentare significativamente i carichi
• Usare coefficienti aerodinamici errati: I valori dipendono fortemente dalla geometria della struttura
• Non considerare le combinazioni di carico: Il vento può agire contemporaneamente ad altri carichi (neve, sisma)
• Dimenticare le verifiche di stabilità globale: Oltre alle pareti, bisogna verificare l’intera struttura

8. Strumenti e Software per il Calcolo

Oltre ai calcoli manuali, esistono diversi strumenti software che possono aiutare nella determinazione dei carichi da vento:

• SAP2000/ETABS: Software di analisi strutturale con moduli per carichi da vento
• STAAD.Pro: Include funzioni per il calcolo automatico dei carichi da vento
• Wind Load Calculator: Strumenti online basati su NTC 2018 ed Eurocodice
• CFD (Computational Fluid Dynamics): Per analisi avanzate su geometrie complesse

9. Fonti Autorevoli e Approfondimenti

Per approfondire l’argomento, si consigliano le seguenti fonti ufficiali:

• Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – NTC 2018 (testo ufficiale delle normative)
• Eurocodice 1 su EUR-Lex (testo dell’Eurocodice 1)
• ReLUIS – Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (linee guida e studi sul vento)

10. Domande Frequenti

10.1 Qual è la differenza tra pressione e depressione del vento?

La pressione del vento agisce sul lato sopravento della struttura (spingendo), mentre la depressione agisce sul lato sottovento e sulle coperture (risucchio). Entrambe devono essere considerate nel progetto.

10.2 Come si calcola il carico del vento per un tetto curvo?

Per tetti curvi, i coefficienti aerodinamici variano lungo la superficie. Le NTC 2018 forniscono valori specifici per diverse curvature, oppure si possono usare dati da galleria del vento.

10.3 È necessario considerare il vento in tutte le direzioni?

Sì, il vento può provenire da qualsiasi direzione. Le normative richiedono di considerare almeno le direzioni principali (0°, 90°, 180°, 270°) e spesso anche direzioni intermedie.

10.4 Come si combinano i carichi del vento con altri carichi?

Le NTC 2018 definiscono diverse combinazioni di carico. Tipicamente si usa:

1.35G + 1.5Q + 1.5W (combinazione fondamentale)

dove G = carichi permanenti, Q = carichi variabili, W = carico del vento

10.5 Quando è necessario fare prove in galleria del vento?

Le prove in galleria del vento sono richieste per:

• Strutture con altezza > 200 m
• Edifici con forme aerodinamiche complesse
• Strutture in zone con venti eccezionali (es. zone cicloniche)
• Quando i coefficienti normativi non sono applicabili