L’ INGEGNERIA DEL VENTO: BOUNDARY LAYER WIND TUNNELpeople.dicea.unifi.it/cborri/introduzione.pdf · Danimarca: studi sulla spinta sulle ali)-Seguendo l’esempio di ... modelli

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Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Ventohttp://windlab.ing.unifi.it tel. +39 0574 27254

L’ INGEGNERIA DEL VENTO:UN’ANTICA, MODERNISSIMA SCIENZA

Prolusione A.A. 2004/05Prato 15/03/2005

Università degli Studi di Firenze

Prof. Ing. Claudio Borri Direttore, CRIACIV

(Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Vento)

+39 055 4796596

http://windlab.ing.unifi.it/�

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Introduzione

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… che “c’ azzecca” l’ “ingegneria del vento” a Prato ?

… perché è importante oggi ?

… da dove viene e che cos’ è l’ ”ingegneria del vento” ?

I tre quesiti a cui cercherò di rispondere:


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3. L’ Ingegneria del vento oggi:

l’attività del CRIACIV a Prato

2. Rilevanza socio-economica

1. Sviluppi storici

4. Tre grandi opere

5. Conclusioni e prospettive

Introduzione


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Sviluppi storici

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• dagli albori della storia al Rinascimento

• dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800

• dalla fin dell’800 alla metà del ‘900

• dalla metà del ‘900 ai nostri giorni

1. Sviluppi storici

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Kahun, Egitto (2000 a.C.): il quartiere degli operai ad Ovest produce riparo ai

venti caldi del deserto per il quartiere dei nobili che

ricevono al contempo gradevoli brezze

provenienti da settentrione

Cina (VI secolo a.C.): principi “urbanistici” volti a razionalizzare l’ingresso dell’aria e della luce e a proteggere la abitazioni dal vento a dal freddo

1. Sviluppi storici: dagli albori della storia al rinascimento

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Tratto da “Meteorologia” di Aristotele (384-322 a.C.) la prima spiegazione sull’origine del vento: “dal riscaldamento della terra ad opera del sole si

genera di necessità un’esalazione non semplice, bensì di due tipi: una più simile al vapore, l’altra più simile al soffio. L’esalazione umida è alla base del

meccanismo di formazione delle nubi,della pioggia, della neve, delle sorgenti, dei fiumi, della rugiada e della brina; l’esalazione secca, altamente

infiammabile, produce le comete, le stelle cadenti, i venti, i terremoti, i fulmini, i turbini, i tifoni.”


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Prima rosa dei venti ad opera di Teofrasto (ca. 300 a.C.): nel “libro dei segni” ca. 45

manifestazioni foriere del vento

Torre dei venti (I,II sec. A.C.): la banderuola con l’effige del dio marino Tritone, è

considerato il primo strumento di misura dei fenomeni metereologici


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- Scarse le novità di rilievo nel periodo post-greco e romanico, attraverso il Medio Evo: i mulini a vento sono l’unica eccezione (dal III sec. a.C. al VI sec. d.C.: dalla Persia alla Cina, in Egitto ed in Arabia, fino al loro ingresso in Europa dopo le crociate)

- Grazie a “De re aedificaoria”, G. B. Alberti (1404), che si ispira all’opera appena ritrovate di Vitrivio (I sec. A.C.), fornisce impulso ed interesse all’architettura e all’urbanistica nei riguardi delle condizioni climatiche e specialmente del vento.

- L. da Vinci (1425-1529) realizza il primo strumento per la misura del vento e scrive il primo trattato di meccanica dei fluidi: “del moto e misura dell’acqua”

- A partire dal 1573 le città spagnole in Sud e in Centro America sono soggette a leggi urbanistiche chiaramente ispirate all’azione del vento delle quali Buenos Aires è l’esempio tipico.


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1. Sviluppi storici: dall’inizio del ‘600 alla fine dell’800

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Ferdinando II de’ Medici, Granduca di Toscana, insieme al fratello Leopoldo fonda l’Accademia del Cimento nella quale riunisce sotto il motto “Provando e riprovando”, gli uomini più dotti d’Italia e di altri paesi, inclusi G. Galilei ed E.Torricelli

In quegli anni:

• Galilei inventa il termoscopio (la prima rudimentale versione del termomero);

• Torricelli inventa il baromero (1643);

• Ferdinando II stesso inventa l’igrometro e fonda la prima Organizzazione Meteorologica Internazionale;

• si realizzano i primi tentativi di correlare il mutamento del tempo al cambiamento di pressione atmosferica;

• Hooke costruisce nel 1667 il primo anemometro a pendolo;

• Pascal (1623-62) dà grande impulso alla misura della variazione di pressione

• Pitot realizza il celebre omonimo tubo


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Centro di Ricerca Interuniversitario di Aerodinamica delle Costruzioni ed Ingegneria del Ventohttp://windlab.ing.unifi.it tel. +39 0574 27254 +39 055 4796596

. Robinson costruisce nel 1846 il primo anemometro a coppe;

. Dini tra il 1888 e il 1889 getta le base della grande evoluzione strumentale che

avrà luogo nel XX secolo, incorporando nel tubo di Pitot un congegno per la

registrazione continua della velocità e della direzione del vento;

Newton (1642-1727) è ritenuto il fondatore della moderna meccanica dei fluidi, attraverso la sua legge delle tre proporzioni: “la forza esercitata su un corpo immerso in un fluido è proporzionale all’area investita, al quadrato della velocità e alla densità del fluido”

Sulle orme di Newton, risultati importanti sono ottenuti da: Bernoulli, D’Alembert, Eulero, Venturi, Navier, Cauchy, Poisson, Stokes, De Saint-Venant, Poiseville, Von Helmoltz, Lord Kelvin



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- Evoluzione strumentale, crescita della meccanica dei fluidi >>>

>>> grande sviluppo della meteorologia;

- dal trattato di Halley (1686): l’origine dei venti sta “nell’azione dei raggi del sole sull’aria e sull’acqua durante il suo quotidiano passaggio sugli oceani”;

- prima metà dell’800: accesa polemica fra Redfield e Espy (due meteorologi americani) sull’origine delle tempeste di vento, il primo formula una teoria rivoluzionaria: “le tempeste di vento che colpiscono la costa americana sono in realtà grandi vortici rotanti, in senso antiorario, intorno a una zona di calma”; il secondo invece asserisce che: “le tempeste hanno origine allorché l’aria umida, riscaldata dal calore della superficie terrestre, si innalza come stesse salendo per un camino”



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Nel XIX secolo l’ingegneria si trova a doversi confrontare con problemi di interazione fluido-struttura, dovuti all’avvento di strutture sorrette da cavi, particolarmente sensibili all’azione del vento.

Alcuni esempi di ponti sospesi:

. Redgrath e Brown nel 1817 realizzano il King’s Meadows Bridge (L=33.6m)

. Smith nel 1817 realizza il Dryburgh Abbey (L=79.3m) (crolla nel 1818)

. Telford fra il 1819 e il 1824 realizza il ponte sullo stretto di Menai (L=174 m), che crolla nel 1824

. Seguin nel 1824 realizza il ponte ferroviario di Tournon sul Rodano

. Brunel nel 1829 realizza il ponte sull’Avon presso Clifton (L=214)m

Malauguratamente tutte queste opere avevano come denominatore comune l’imponenza e la pesantezza delle torri da un lato e dall’altro, la straordinaria deformabilità e leggerezza degl’impalcati, del tutto inadeguati alle forze orizzontali

>>> conseguenze oltremodo “funeste”



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Brighton Chain in Pier (crollato 2 volte a causa di un eccessivo moto oscillatorio, 1833 e 1836)

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T. Bouch, Tay Bridge (crollato il 28 dicembre 1879)

Bouch/Baker/Fowler, Forth Bridge, 1600 m, 1883-89

Niagara Railway Bridge, 1855

(L=280m)



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Roebling, Ponte sull’Ohio (1867)

322 m

Roebling, Ponte di Brooklyn

(1869) 284-486-286 m



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1. Sviluppi storici: dalla fine dell’800 alla metà del ‘900

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- fine dell’800 - metà del ‘900: avvento delle gallerie del vento, introdotte per la prima volta da: Wenham (1874, Aer. Soc., Inghilterra), Irminger (1893, Danimarca: studi sulla spinta sulle ali)

- Seguendo l’esempio di Irminger, in ogni parte del mondo furono costruite nuove gallerie del vento (Le Cour, Ascot, Tsiokolski, Mosca, Stanton, NPL Teddington), da Prandtl (1909, Goettingen), Eiffel (1909, Parigi) fino alle gallerie “a strato limite” di Bayley (1958), Cermak (1965), Davenport (1967)

- Nel 1930 Bailey mette in luce l’inadeguatezza della sperimentazione condotta su modelli di strutture, eseguita sulle gallerie del vento costruite seguendo il modello di quella di Irminger.

- E’ Bailey stesso ad intuire che la ragione dell’ inadeguatezza dipende dal tipo flusso (laminare uniforme) che queste gallerie producono.

- Nel 1958 Jensen pubblica la fondamentale “Model – law : the correct model test for phenomena in the wind must be carried out in a turbolent boundary layer and the model-law requires that this boundary layer be to scale as regards to velocity profile”.


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- modelli in scala ridotta e sperimentazione full-scale: sviluppo soprattutto dopo la costruzione della Torre Eiffel, sulla quale lo stesso progettista potè misurate la velocità del vento a 300 m di altezza e gli spostamenti in sommità

- Contemporaneamente allo studio degli edifici alti, si iniziano a realizzare modelli al secondo ordine ad opera di Melan per lo studio dei ponti sospesi.

- Applicando questa teoria viene realizzato da Amman il George Washington Bridge (L=1066 m), estremamente pesante e stabile;

- 1933-36: Moisseiff costruisce il San Francisco-Oakland Bay Bridge (L=704m)

- 1933-37: Strauss realizza il Golden Gate Bridge (L=1280m)

- Il crollo del ponte di Tacoma, avvenuto nel 1940, dà la svolta storica nell’ingegneria del vento, con il proliferare di studi riguardanti la aerolastica



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Torre Eiffel (1887-89) 300m Empire State Building

(1931) 381 m

George Washington Bridge (1931) 1066 m



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Mentre l’ingegneria del vento riceve stimoli importanti dalla realizzazione dei grattacieli e dai ponti sospesi, la meccanica dei fluidi raggiunge la piena maturazione:

Reynolds ,1883: “An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous and of the law of resistance in parallel channels”

Prandtl, nel 1904, formula il concetto di strato limite

Grazie a V. Bjerknes nasce la meteorologia moderna

Bjerknes e Sorberg pubblicano la teoria ciclogenetica (1919-22)

Nasce la Micrometeorologia con Taylor (teoria statistica della turbolenza, concetto di scala integrale e di densità spettrale, 1915-45)

primi processi di sintesi delle varie discipline: “Aerodynamics and the Civil Engineer”, (Pagon, 1935), “Aerodynamics and the Art of the Engineer” (Von Karman, 1950)



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Moisseif, S. Francisco – Oakland bay Bridge 704 m (1933-36)

Strauss, Golden Gate Bridge, 1280 m (1933-37)



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1. Sviluppi storici: dalla metà del ‘900 ai giorni nostri

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- Nella seconda metà del ‘900, la meteorologia, la microclimatologia, l’aerodinamica, la meccanica dei fluidi e la meccanica delle strutture sono discipline scientificamente mature ancorché indipendenti

- A .G. Davenport pubblicando nel 1961: “The application of statistical concepts to the wind loading of structures”, innesca il processo di sintesi da cui trae origine la moderna “ingegneria del vento”

- Grazie ai satelliti e ai radar, avviene per la prima volta il così detto monitoraggio remoto, consistente nella misurazione di parametri dai quali è ricavata la velocità del vento; anche la conoscenza dei fenomeni eolici a media e a piccola scala ne trae enorme vantaggio

- Nel 1961 J.F. Kennedy vara un programma di previsione del tempo (ONU, WMO, Int. Council Scient. Unions >>> rete meteorologica internazionale)


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- Fondamentale in chiave ingegneristica è l’articolo del 1963 di Davenport: “The relationship of wind structure to wind loading”, il quale basandosi sull’evidenza dello “spectral gap”, permette di scomporre la velocità istantanea del vento come somma di una componente media e una fluttuazione a media nulla

- La grande novità degli ultimi anni viene dal Giappone ed è costituita dall’uso dei super-computer. Le equazioni di Navier-Stokes vengono trasformate, mediante la tecnica delle differenze finite, in un sistema di equazioni algebriche, la cui soluzione offre il campo di moto e delle forze sulle superfici investite



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Intorno agli anni 60, grazie all’evoluzione dei grattacieli l’ingegneria si trova di fronte a due nuovi importanti problemi:

1. l’impatto dei picchi di pressione sui serramenti di facciata;

2. la tollerabilità fisiologica degli occupanti all’atto di moto;

John Hancock Tower di Boston. 273 m

In seguito ad una bufera di vento avvenuta nel 1968 andarono un

frantumi 5000 vetrate

John Hancock Center di Chicago (H=273m).

Poco dopo il suo completamento, esso manifestava vibrazioni

fisiologicamente intollerabili



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Nel seguito, dal punto di vista teorico:

. Scanlan e Sabzevary nel 1967 propongono il metodo delle derivate aerodinamiche;

. Scanlan, Beliveau e Budlong sviluppano la tecnica delle funzioni indiciali;

. Davenport tra il 1977 e il 1978 propone il primo modello completo per il calcolo aerolastico della risposta dei ponti;

Si studiano fenomeni nuovi quali il Lock-in, il galloping, e … MOLTISSIMI ALTRI CONTRIBUTI importanti

Negli ultimi decenni cresce la consapevolezza che il vento rappresenta il fenomeno naturale che produce nel mondo il maggior numero di danni economici e il più elevato numero di morti e si sviluppano gli studi di “azzardo”, di “vulnerabilità” e “rischio” in ottica eolica.



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La rilevanza socio- economica dell’ingegneria del vento

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2. La rilevanza socio-economica dell’ingegneria del vento

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- Si stimano 15 Milioni di feriti negli ultimi 1000 anni in almeno 100 000 di catastrofi naturali (siccità & carestie escluse)

- Rapido incremento del numero delle naturali catastrofi e delle relative perdite (a causa dell’alta concentrazione di persone e di beni)

- Graduale declinare del numero di casualità (dovuto al miglioramento dei sistemi di allerta al pericolo e per le migliorate tecniche di protezione)

- Le perdite economiche dovute a rischi naturali:

Sisma: 35% Alluvioni: 30% Tempeste di vento:28%

- Percentuale sul totale assicurazione reclamato a causa delle catastrofi naurali:

Tempeste di vento: 70% Sisma: 18% Alluvioni: 6% Altro: 6%

-Principali cause in termini di attrezzature:

Sisma: 47% Tempeste di vento:45% Alluvione: 7%


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- Le tempeste di vento hanno, in questi ultimi anni, prodotto enormi perdite umane ed economiche: nel Dicembre 1999 due tempeste, Lothar e Martin, hanno causato la morte di oltre 100 persone in Europa e un eventi)

- danno economico complessivo di circa 14 bilioni di €.

- quali sono le cause principali dell’incremento di queste queste drammatiche perdite?

1. La migrazione delle popolazioni verso zone ad alto rischi di vento

2. Cambiamento delle condizioni ambientali

Berz G., Rauch E. (1998), WTG Colloquium, Braunschweig



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ALTRE CAUSE STRUTTURALI:

- Troppi alloggi inadeguati ancor esistenti, i quali hanno una VULNERABILITA’ troppo alta

- Moderni edifici & strutture leggere stanno diventando più VULNERABILI

- Una corretta identificazione del carico vento nelle regole di progettazione, non è stato ancora completamente identificato per molte situazioni “critiche” Y ricerca sulle normative

- Mancanza rigorose contromisure (radicali restrizioni sull’uso del territorio; prevenzione delle perdite secondarie; migliorare i sistemi di emergenza e previsione delle tempeste di vento; riduzione dei gas serra, mancanza di ricerca finalizzata (sia in quantità e in qualità)



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Decade1960-1969

Decade1970-1979

Decade1980-1989

Decade 1987-1996

Factor80s/60s

Factor90s/60s

No. of events 8 14 31 25 3.9 3.3

Socio-economic losses

26.6 39.5 45.9 115.5 1.7 4.3

Insured losses 6.2 9.7 21.2 68.9 3.4 11.1

(Values are expressed in billions US Dollars, price level 1996)

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No. of hurricane-kind depressions over North Atlantic (lower than 950 hPa, Nov.-March) 1956/57 - 1996/97

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Velocità raggiunte da Lothar il 26/12/1999

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ANATOL: 3/12/1999

• Regioni principalmente colpite: Danimarca, Germania, Gran Bretagna, Svezia, Lituania, Lettonia, Russia, Polonia;

• Perdite socio-economiche: 2,5 miliardi €

• Solo danno assicurato: 600 000 €

• Principali danni: coperture, facciate, veicoli, navi, strutture temporanee (impalcature, …)

• Infrastrutture: 165 000 case senza approvvigionamento di corrente elettrica (il maggior danno avvenuto alle linee elettriche pensili in Danimarca & Svezia)



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LOTHAR: 26/12/1999

• Regioni principalmente colpite: Francia, Germania, Svizzera, Belgio, Austria, Italia;

• Perdite socio-economiche: 11miliardi €

• Solo danno assicurato: 2,4 miliardi €

• Principali danni: coperture, strutture temporanee, gru, linee elettriche sospese, foreste;

• Infrastrutture: 4 milioni di famiglie senza rifornimenti per alcune settimane (Sud-Ovest Francia); EDF denuncia (non assicurati) la perdita di alcuni bilioni di € (linee elettriche & centrali elettriche) trasporti pubblici interrotti per alcune giorni (Parigi); aeroporti chiusi; segnali telefonici disturbati per alcuni giorni.



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MARTIN: 27/12/1999

• Regioni principalmente colpite: Francia, Spagna, Italia e Svizzera;

• Perdite socio-economiche: 4 miliardi €

• Solo danno assicurato: 1 miliardo €


• Infrastrutture: Edifici storici (castelli, abbazie).



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Schizzo del crollo del ⇑ ⇒

Chain Pier Bridge a Brighton



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Contromisure per mitigare la vulnerabilità eolica• adeguata stima della velocità del vento di progetto, prendendo come base di calcolo (velocità mediata su 10 minuto, con 2% di eccedenza annuale, ovvero un periodo di ritorno di 50 anni);rugosità superficiale

• Perdite socio-economiche: 4 miliardi €

• Solo danno assicurato: 1 miliardo €


• Infrastrutture: Edifici storici (castelli, abbazie).



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“Wind Engineering stands for the rational treatment of interactions between wind, in the atmospheric boundary layer,

and man and his works on the surface of Earth”J. Cermak, 1975

“…disciplina intersettoriale che nasce dalla sintesi di svariate materie quali la matematica probabilistica e dei fenomeni

aleatori, la fisica dell’atmosfera, la meccanica dei fluidi e dei solidi, la meteorologia, l’aerodinamica, l’ingegneria strutturale,

ambientale e meccanica, l’energetica, la fisiologia e la psicologia” (G. Solari, 1990)


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L’ingegneria del vento oggi(nell’attività del CRIACIV)

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Università di Perugia

Università IUAV di Venezia

Università di Chieti-Pescara

“G. D’Annunzio”

Università di Trieste

Università di Firenze

Università di Roma “La Sapienza”

3. L’ingegneria del vento oggi

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LE PRINCIPALI ATTIVITA’

• RICERCA NAZIONALE, EUROPEA / INTER-NAZIONALE

• PRESTAZIONI DI RICERCA PER CONTO TERZI (CONSULENZE, CONVENZIONI E CONTRATTI)

• ALTA FORMAZIONE

• RICERCA PRENORMATIVA


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Caratteristiche geometriche della galleriasoluzione adottata

Imbocco (+Honeycomb)ContrazioneZona sviluppo s. limiteGiunto elasticoZona raccordo sezioneGruppo propulsoreGiunto elasticoZona raccordo sezioneDiffusore di estremitàDiffusore di estremitàTavola rotante

123456789

1011


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ATTIVITA’ DI RICERCA INTERNAZIONALE


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• Prog. BEATRICE (1993-96): scambio di giovani ricercatori post-doct. (ca 20), numerose attività congiunte di ricerca, organizzazione di 3 Euroconferences, ca. 30 pubblicazioni congiunte su riviste intern.li

• Azione COST C14 (1999-2004): 16 paesi, ca. 60 ricercatori, 2 conferenze generali, sessioni speciali in Convegni Internazionali


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MISURE IN GALLERIA DEL VENTO SULLA DISTRIBUZIONEDI PRESSIONI SULLA COPERTURA DEL MERCATO CENTRALE DI

“SAN LORENZO” IN FIRENZE

Periodo 1994

Committente Comune di Firenze

Obiettivi della ricercaDeterminazione delle azioni dinamiche del vento sulla copertura

Test eseguitiInvestigate 8 direzioni di vento modello equipaggiato con 64 prese di pressione


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Valori di progetto misurati in galleria del vento

Valori di progetto secondo EC1


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Scala del modello: 1:300


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Valori dei Cp misurati ingalleria del vento

0 5 1 0 1 5 2 00

2

4

6

8

1 0

- 1 . 2

- 1

- 0 . 8

- 0 . 6

- 0 . 4

- 0 . 2

0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

PADIGLIONE

CILINDRICA

Eurocodice


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ANALISI DELLA DISTRIBUZIONE DELLE PRESSIONISULLE TORRI DI RAFFREDDAMENTO DELLA CENTRALE

ENEL DI “SANTA BARBARA”

Periodo 1996

Committente ENEL - CRIS

Obiettivi della ricerca

Determinazione delle azioni dinamiche del vento sulle due torri di raffreddamento: analisi dell’interferenza

Test eseguitiInvestigate 8 direzioni di vento modello equipaggiato con 64 prese di pressione


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IL modello è stato realizzato in alluminio con tecnica CAD-CAM ed equipaggiato con 50 prese di pressione

Scala del modello: 1:300


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Valori dei Cp misurati per alcuni livelli

livello C

1.00

0.50

0.00

-0.50

-1.00

-1.50

-2.000 50 100 150 200 250 300 350

livello Dlivello E

angle θ [°]

Cp,mean

Da Niemann (1980) - K=1.3

Da Niemann (1980) - K=1.2

z/H=0.95

z/H=0.85

z/H=0.75

z/H=0.50

z/H=0.25A

B

CCDD

EE

+1.5

+1.0

+0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

330°

150°

120°

270°

90°

240°

60°

210°

30°

180° 0°

300°

EE

+1.5

+1.0

+0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

330°

150°

120°

270°

90°

240°

60°

210°

30°

180° 0°

300°

CC

+1.5

+1.0

+0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

330°

150°

120°

270°

90°

240°

60°

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30°

180° 0°

300°

AA


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Analisi sperimentale della risposta aeroelastica su un modello sezionedell’impalcato del ponte Rio Higuamo, Repubblica Dominicana

Periodo 2000

Committente Fortunato Federici S.p.a.

Obiettivi della ricerca Determinazione dei coefficienti aerodinamici

Test eseguiti Prove di carattere aeroelastico e statico


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Coefficienti di resistenza, portanza e momento misurati

sull’impalcato


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Prove sperimentali in galleria del ventoed azioni dinamiche di progetto

sulla nuova copertura dello stadio “delle Alpi” di Torino(Juventus F.C. Torino)

Periodo Giugno – Settembre 2004

Committente F.C. Juventus

Obiettivi della ricercaDeterminazione delle azioni dinamiche del vento sulla nuova copertura

Test eseguiti

Investigate 16 direzioni di vento – modello equipaggiato con 256 prese di pressione –analizzate due configurazioni: con e senza la vecchia copertura


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VISTA

DEL

MODELLO

SENZA

VISTA

DEL

MODELLO

CON

256

PRESE

DI

PRESSIONE


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Schermatura quasi totale della vecchia copertura valori quasi sempre positivi

Effetto “imbuto” creato dalla vecchia copertura per gli angoli prossimi a 0° e 180° lieve incanalamento fra le due coperture

Massimi valori medi maggiori (in valore assoluto) per la struttura senza la vecchia copertura

senza con


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OLYMPIC SOCCER STADIUM IN PIRAEUS GREECE BOUNDARY-LAYER-WIND-TUNNEL TESTS

ON THE WIND INDUCED PRESSURES

Periodo Settembre – Dicembre 2003

Committente Studio Tecnico MAJOWIECKI

Obiettivi della ricercaDeterminazione delle azioni dinamiche del vento sulla nuova copertura

Test eseguiti

Investigate 16 direzioni di vento – modello equipaggiato con 256 prese di pressione –Profilo di vento “tipo mare”


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256

PRESE

DI

PRESSIONE


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14 16 18 20 22 24 260

10

20

30

40

50

60

70

80

90Approssimazione profilo medio anem. monofilo alfa: 0.170 - alt. rugosità:0.055 -elab. su 14 punti

quot

e [c

m]

[m/sec]

approx esponenzialeapprox logaritmica

Profilo medio di vento

Variazione dei Cp per le varie direzioni di incidenza del vento

Intensità di turbolenza


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3. L’ingegneria del vento oggi: diffusione d’inquinanti

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Perché si ricorre a test in galleria del vento?La modellistica in scala in galleria del vento permette, a bassi costi, sia le analisi di impatto ambientale che lo studio, lo sviluppo ed i tests di nuovi modelli e codici di calcolo sviluppati per simulare la dispersione in atmosfera di inquinanti allo stato gassoso

Cosa è possibile simulare?Tramite opportune regole di scalatura è possibile simulare:

•Orografie complesse (spesso troppo complesse per codici di calcolo);

•Interazione di più pennacchi emessi simultaneamente;

•Sorgenti di emissione areale (ex. discariche)

•Effetti di edifici e costruzioni che si ergono nelle vicinanze dei camini;

•Effetti della stabilità atmosferica se la galleria ha opportune capacità di stratificazione termica.


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Periodo 1998Committente ---------------


Valutazione delle concentrazione delle emissioni prodotte dai due camini dell’impianto

Test eseguiti

Investigate 8 direzioni di vento modello equipaggiato con sonde per l’analisi della concentrazione (FID)

VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI AL SUOLO DA SISTEMA DI INCENERIMENTO DI RSU MEDIANTE

STUDIO APPLICATIVO IN GALLERIA DEL VENTO

“L’inceneritore di Ca’ del Bue” (VERONA)


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Modello in scala 1:400

camini


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0

50

100

150

200

0 5 10 15CUrefH2/Q

Z (m

)

Exp.RURALURBANADMS2

02468

10

-150 -100 -50 0 50 100 150Y (m)

CU

refH

2 /Q

Exp.RURALURBANADMS2

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000X (m)

-200

-100

0

100

200

Y (m

)

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

234567890

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000X distance (m)

URBAN

-200-100

0100200

Y di

stna

ce (m

)

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

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2.6

Simulazioni con ADMS2

Risultati sperimentali

X=640m


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WIND TUNNEL TESTS ON COOLING TOWERS

Periodo 1999Committente ESSCO – New York


Ottimizzazione di una barriera per limitare la ricaduta di vapore su una autostrada limitrofa

Test eseguiti

Investigate 3 direzioni di vento modello equipaggiato con sonde per l’analisi della concentrazione


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Torri di raffreddamento

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2000

3000

4000

5000

6000

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40Position Y (m)

Adi

men

sion

al c

once

ntra

tion

No barrierBarrier 1Barrier 2Barrier 3

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100Position Y (m)

Adi

men

sion

al c

once

ntra

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No barrierBarrier 1Barrier 2Barrier 3


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VALUTAZIONE DELLA DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTIEMESSI DA UN MODELLO DI DISCARICA IN

OROGRAFIA COMPLESSA

Periodo In corsoCommittente Ricerca

Obiettivi della ricerca Analisi delle emissioni da sorgente areale

Test eseguiti

Analisi della concentrazione tramite FID in varie configurazioni: approfondimenti tramite PIV in orografia complessa

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A valle della discarica è stata posizionatauna

collina

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Mappe di concentrazione orizzontali e verticali (center line)

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3. L’ingegneria del vento oggi: comfort stadio delle alpi

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Il modello rappresenta le sezioni passanti per gli assi principali del modelloPossibilità di variare la distanza fra le tribunePossibilità di studiare la configurazione “con” e “senza” vecchia copertura

Wind

Sorgente laser532 nm – 220mJ


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MAPPE MEDIE DI VELOCITA’


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STREAMLINES


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0 8 142 4 6 10 12

valori percentuali riferiti a Vref = 3.64 m/s

MAPPE MEDIE DI ISOVELOCITA’ PERCENTUALE


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3. L’ingegneria del vento oggi: visualizzazioni di flusso

TRACCIANTI NELL’OLIO

MODELLO

OLIO SUL SUOLO

FOTOCAMERA

ACQUISIZIONE DIGITALEIMMAGINI

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TRACCIANTI NEL FLUSSO

• generatore commerciale di fumo• tecnica del filo a fumo

MODELLO ILLUMINAZIONE

PIANOILLUMINATO

TELECAMERACCD monocromatica

500 x 582 pxls

ACQUISIZIONE DIGITALEIMMAGINI

V T R

• tecnica della lama di luce

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Caratteristiche principali del Modello :

1. Modello rigido2. Scala 1:300


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La superficie viene ricoperta con una miscela di olio e pigmento (biossido di titanio)

Velocità di soglia per il superamento delle forze di attrito statico

La configurazione visualizzata è un inviluppo delle linee di flusso al suolo

Consente l’individuazione delle zone di ricircolazione e di distacco della vena fluida

Direzione di Vento

Area investigata con la PIV

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Campo di MotoMappa di Velocità ScalareLinee di Flusso

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20 40 60 80 100 120 140 160

20

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100

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140

160Velocità Mediadel Vento (m/s)

Grado diDiscomfort

5 Soglia diDiscomfort

10 Fastidio

20 Pericolo

Scala di Discomfort di Penwarden e Wise, 1975

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3. L’ingegneria del vento oggi: effetti climatici combinati

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Interazione vento - neve Interazione vento - pioggia

Interazione vento - sabbia Interazione vento - ghiaccio


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3. L’ingegneria del vento oggi: effetti climatici combinati


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Tre grandi opere

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4. Tre grandi opere: Stadio Olimpico

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4. Tre grandi opere: Stadio Olimpico

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1° forma modale 2° forma modale

3° forma modale Risposta dinamica


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4. Tre grandi opere: il viadotto di Millau

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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau

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4. Tre grandi strutture: Viadotto di Millau, modello in galleria del vento

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4. Tre grandi strutture: Ponte sullo stretto di Messina

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4. Tre grandi strutture: Ponte sullo stretto di Messina

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Conclusioni e prospettive

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ALTA FORMAZIONE

LE ATTIVITA’ DEL CRIACIV NELL’ALTA FORMAZIONE- STAGES E TIROCINI PER STUDENTI / LAUREANDI / DOTTORANDI, ANCHE NELL’AMBITO DEI PROGRAMMI DI MOBILITA’ EUROPEA ED INTERNAZIONALE (LEONARDO, TEMPUS, SOCRATES)

- FORMAZIONE ALLA RICERCA POST-DOTTORATO, ANCHE NELL’AMBITO DEI PROGRAMMI QUADRO DELL’UE

- ATTIVAZIONE / COORDINAMENTO DI UN CORSO DI DOTTORATOINTERNAZIONALE IN “GESTIONE DEL RISCHIO NELL’AMBIENTECOSTRUITO”


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CONTRIBUTI ALLA RICERCA PRENORMATIVA

GLI IMPEGNI E I CONTRIBUTI DEL CRIACIV ALLA

- REVISIONE DELLA NORMATIVA NAZIONALE SULLE “AZIONI SULLE COSTRUZIONI”

- REVISIONE DELL’EUROCODICE 1


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PROSPETTIVE FUTURE

• CONSOLIDAMENTO & STRUTTURAZIONE:

- INCREMENTO E SPECIALIZZAZIONE DELLE ATTREZZATURE- SVILUPPO DEL PERSONALE- NUOVA CONVENZIONE QUADRO UNIVERSITA’ DI FIRENZE/CRIACIV/PIN

• RICERCA INNOVAZIONE E PROMOZIONE / SVILUPPO:

- PROMOZIONE DI ATTIVITA’ DI RICERCA, CONVENZIONI/CONTRATTI, ATTIVITA’ PER CONTO TERZI, ANCHE PRESSO LE SEDI CONSORZIATE NEL CENTRO

- INTENSIFICARE/DIVERSIFICARE LA PARTECIPAZIONE AI PROGETTIDI RICERCA ITALIANI/EUROPEE

- COORDINAMENTO/ASSOCIAZIONE CON ALTRI LABORATORI (ITALIANI ED EUROPEI)


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PROSPETTIVE FUTURE

• ALTA FORMAZIONE, L.L.L. E DISSEMINAZIONE:

- PROMOZIONE PARTECIPAZIONE A CORSI DI PERFEZIONAMENTO POST-LAUREA, QUALI CORSI DI AGGIORNAMENTO PE ORGANISMI PROFESSIONALI, CORSI DI MASTER DI II LIVELLO, CORSI DI DOTTORATO

- CONTINUAZIONE DELLE GIORNATE DI STUDIO SULL’UTILIZZO DELLAGALLERIA DEL VENTO” (GIORNATE CRIACIV), CON PERIODICITA’ALMENO BIENNALE

- REDAZIONE DI MATERIALE INFORMATIVO BROCHURE A SCHEDE, BOLLETINO INFORMATIVO ELETTRONICO (CRIACIV NEWS) ED ALTRO

• IL CRIACIV COME CENTRO DI ECCELLENZA IN “AERODINAMICA DELLECOSTRUZIONI E DELL’AMBIENTE URBANO”


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GRAZIE PER L’ATTENZIONE !

CRIACIV:http://windlab.ing.unifi.ittel. 055 4796 596fax 055 4796 230

+39 055 4796596

Presentazione realizzata con la cortese collaborazione degli Ingg.

D. Briganti e L. Procino



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L’ INGEGNERIA DEL VENTO: BOUNDARY LAYER WIND TUNNELpeople.dicea.unifi.it/cborri/introduzione.pdf · Danimarca: studi sulla spinta sulle ali)-Seguendo l’esempio di ... modelli