Esempio Calcolo Vento Tettoia Circolare 2019

Calcola la pressione del vento su una tettoia circolare secondo le normative tecniche italiane (NTC 2018) e la circolare applicativa 2019.

Guida Completa al Calcolo del Vento su Tettoie Circolari (Normativa 2019)

Il calcolo della pressione del vento su strutture circolari come tettoie, pensiline o cupole richiede un’approfondita conoscenza delle normative tecniche italiane, in particolare delle NTC 2018 (Norme Tecniche per le Costruzioni) e della Circolare Applicativa n. 7 del 2019. Questo articolo fornisce una guida dettagliata per ingegneri, architetti e tecnici che devono progettare strutture sicure e conformi.

1. Normativa di Riferimento

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

• NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018): Definisce i criteri generali per la valutazione delle azioni del vento.
• Circolare Applicativa n. 7/2019: Fornisce istruzioni dettagliate per l’applicazione delle NTC, inclusi i coefficienti di forma per strutture particolari.
• UNI EN 1991-1-4:2005: Norma europea armonizzata che costituisce il riferimento tecnico per il calcolo delle azioni del vento.

Per le tettoie circolari, la circolare 2019 introduce specifiche semplificazioni e coefficienti di forma dedicati, che tengono conto della particolare aerodinamica di queste strutture.

2. Parametri Fondamentali per il Calcolo

2.1 Velocità di Riferimento del Vento (V_b,0)

La velocità di riferimento dipende dalla zona di vento in cui ricade la struttura. L’Italia è suddivisa in 4 zone:

Zona	Vb,0 (m/s)	Regioni principali
1	28	Sardegna, Sicilia, Calabria, Puglia costiera
2	27	Liguria, Toscana costiera, Lazio costiero
3	26	Emilia-Romagna, Veneto, Lombardia pianura
4	25	Valle d’Aosta, Trentino, zone interne

La velocità di progetto (V_b) si ottiene moltiplicando V_b,0 per il coefficiente di altitudine (k_a) e il coefficiente di direzione (k_d).

2.2 Categoria di Esposizione

La rugosità del terreno influenza significativamente la velocità del vento. Le categorie sono:

Categoria	Descrizione	z0 (m)
I	Mare aperto o laghi (fetch ≥ 5 km)	0.003
II	Terreno pianeggiante con ostacoli (alberi, edifici bassi)	0.05
III	Area urbana o boschiva con ostacoli alti	0.3
IV	Centro città con edifici alti (h ≥ 15 m)	1.0

Per le tettoie circolari, la categoria III è la più comune in ambito urbano.

3. Coefficienti di Forma per Tettoie Circolari

La circolare 2019 introduce coefficienti di pressione esterna (c_pe) specifici per strutture circolari. Questi coefficienti dipendono:

• Dal rapporto h/d (altezza/diametro)
• Dall’angolo di incidenza del vento (θ)
• Dalla zona della struttura (copertura vs. pareti)

Per h/d ≤ 0.5 (tettoie basse), i coefficienti sono:

• Zona A (copertura, vento frontale): c_pe,10 = +0.8 / -0.5
• Zona B (pareti, vento frontale): c_pe,10 = +1.0
• Vento laterale (θ = 90°): c_pe,10 = ±0.7

Per h/d > 0.5, i coefficienti aumentano linearmente fino a:

• c_pe,10 = +1.2 / -0.8 per h/d = 1.0

4. Procedura di Calcolo Passo-Passo

1. Determinare la velocità di riferimento (V_b,0)

   Selezionare la zona di vento dalla mappa allegata alle NTC 2018. Per esempio, Roma ricade in Zona 2 (V_b,0 = 27 m/s).

2. Calcolare la velocità di progetto (V_b)

   Applicare i coefficienti:
   V_b = V_b,0 × k_a × k_d
   Dove:

   • k_a = 1 + 0.001 × (altitudine – 500) per altitudini > 500 m
   • k_d = 1.0 (valore conservativo)

3. Calcolare la pressione cinetica di picco (q_p)

   Formula:
   q_p = 0.5 × ρ × V_b² × c_e(z) × c_p
   Dove:

   • ρ = 1.25 kg/m³ (densità aria)
   • c_e(z) = coefficiente di esposizione (dipende da z e categoria)
   • c_p = 2.0 (coefficiente di picco)

4. Determinare i coefficienti di pressione (c_pe)

   Utilizzare i valori dalla Circolare 2019 in base a h/d e θ. Per tettoie circolari con h/d ≤ 0.5, si può assumere:

   Zona	cpe,10 (vento frontale)	cpe,10 (vento laterale)
   Copertura (A)	+0.8 / -0.5	±0.7
   Pareti (B)	+1.0	±0.5

5. Calcolare la pressione netta (w_e)

   Formula:
   w_e = q_p × (c_pe – c_pi)
   Dove c_pi = coefficiente di pressione interna (±0.2 per strutture aperte).

6. Determinare la forza totale (F_w)

   Formula:
   F_w = w_e × A_ref × ψ
   Dove:

   • A_ref = area di riferimento (per tettoie circolari, A = π × d² / 4)
   • ψ = coefficiente di combinazione (1.5 per carichi variabili)

5. Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo una tettoia circolare con:

• Diametro (d) = 6 m
• Altezza (h) = 3 m → h/d = 0.5
• Località: Milano (Zona 3, V_b,0 = 26 m/s)
• Categoria esposizione: III (area urbana)
• Materiale: Acciaio (ψ = 1.2)

Passo 1: Velocità di progetto

V_b = 26 m/s (nessuna correzione per altitudine, k_a = 1)

Passo 2: Pressione cinetica di picco

Per categoria III e h = 3 m:
c_e(3) ≈ 1.7 (interpolando dalla tabella delle NTC)
q_p = 0.5 × 1.25 × (26)² × 1.7 × 2.0 = 1,409 N/m²

Passo 3: Pressione netta

Per vento frontale (θ = 0°):
c_pe (copertura) = +0.8
c_pi = +0.2 (struttura parzialmente aperta)
w_e = 1,409 × (0.8 – 0.2) = 845 N/m²

Passo 4: Forza totale

A_ref = π × 6² / 4 ≈ 28.27 m²
F_w = 845 × 28.27 × 1.2 ≈ 28,500 N (28.5 kN)

6. Verifiche Strutturali e Classificazione del Rischio

La forza calcolata deve essere confrontata con la resistenza della struttura. Per tettoie in acciaio, si applicano le verifiche secondo:

• UNI EN 1993-1-1 (progettazione strutture in acciaio)
• UNI EN 1993-1-3 (profilati sottili)

La classificazione del rischio dipende dal rapporto tra forza del vento e resistenza:

Rapporte Fw/Rd	Livello di rischio	Azioni consigliate
< 0.5	Basso	Nessuna azione correttiva
0.5 – 0.8	Moderato	Verifica approfondita dei giunti
0.8 – 1.0	Alto	Rinforzo strutturale o riduzione luce
> 1.0	Critico	Riprogettazione completa

7. Errori Comuni da Evitare

1. Trascurare l’effetto della direzione del vento

   Le tettoie circolari sono sensibili alla direzione. Il vento laterale (θ = 90°) può generare vortex shedding con effetti dinamici.

2. Usare coefficienti per strutture rettangolari

   I coefficienti c_pe per tettoie piane o a shed non sono applicabili alle strutture circolari.

3. Sottostimare l’area di riferimento

   Per le tettoie circolari, l’area esposta è maggiore di quella proiettata (effetto 3D).

4. Ignorare gli effetti dinamici

   Strutture con h/d > 0.5 possono essere soggette a vibrazioni indotte dal vento (galloping).

8. Strumenti e Software per il Calcolo

Oltre ai metodi manuali, esistono strumenti software validati:

• STAAD.Pro (Bentley Systems) – Modulo vento avanzato
• SAP2000 (CSI) – Analisi CFD integrata
• WindLoad Generator (plugin per AutoCAD)
• QWind (software open-source per carichi di vento)

Per progetti complessi, si consiglia un’analisi CFD (Computational Fluid Dynamics) per validare i risultati analitici.

9. Fonti Ufficiali e Approfondimenti

Per una progettazione accurata, consultare:

1. Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – NTC 2018

   Testo ufficiale delle Norme Tecniche per le Costruzioni, inclusi gli allegati sul vento.

2. UNI – EN 1991-1-4:2005

   Versione italiana della norma europea sui carichi di vento.

3. NIST – Wind Load Design

   Linee guida del National Institute of Standards and Technology (USA) con studi comparativi.

4. Politecnico di Milano – Dipartimento di Ingegneria Strutturale

   Pubblicazioni scientifiche su effetti del vento su strutture circolari.

10. Domande Frequenti (FAQ)

Q: È obbligatorio considerare il vento laterale?

A: Sì. La circolare 2019 richiede esplicitamente di valutare almeno θ = 0° e θ = 90° per strutture circolari.

Q: Come si calcola il coefficiente c_e(z) per altezze intermedie?

A: Si interpolano linearmente i valori tabellati nelle NTC 2018 (Tabella 3.3.II).

Q: Quando è necessaria un’analisi dinamica?

A: Per strutture con:

• h/d > 1.0
• Periodo fondamentale T > 1.0 s
• Località con turbolenza elevata (categoria I o IV)

Q: Posso usare coefficienti di forma da norme straniere?

A: No. La circolare 2019 è vincolante in Italia. Tuttavia, per strutture particolari, si possono usare coefficienti da UNI EN 1991-1-4 con giustificazione tecnica.

Q: Come si considera l’effetto scudo di edifici vicini?

A: Applicando il coefficiente di schermatura (k_s) secondo la sezione 3.3.5 delle NTC 2018. k_s varia da 0.8 (schermatura parziale) a 0.5 (schermatura totale).

Q: È richiesta la verifica a fatica per tettoie in acciaio?

A: Solo se la struttura è soggetta a carichi ciclici (es. vento turbolento in zone montane). La verifica si esegue secondo UNI EN 1993-1-9.