Le azioni eoliche sulle costruzioni
SAIE 2012 Bologna, 18-21 ottobre
Forum “SICUREZZA E SOSTENIBILITA’”
Innovazione e regole – L’attività del CNR per le nuove tecnologie
Francesco Ricciardelli
Università Mediterranea di Reggio Calabria
Circolazioneaatmosferica
Aerodinamica delle costr.
Strato Limite
Atmosferico
Dinamica strutturale
Criteri di progetto
La catena dei carichi da vento
Ipotesi di carico sulle costruzioni, CNR-UNI 10012, 1964, 1967.
Ipotesi di carico sulle costruzioni, CNR-UNI 10012, 1964, 1967.
Ipotesi di carico sulle costruzioni, CNR-UNI 10012, 1964, 1967.
Coefficiente dinamico: 1
Istruzioni relative ai carichi e ai sovraccarichi ed
ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni,
Circolare LL.PP. N. 18591, 9 novembre 1978.
Coefficiente di raffica
d
z
G 1 1.12
z
0
zK ln
z
2
d 1 2f K f
Istruzioni per la valutazione delle azioni sulle costruzioni,
CNR 10012/85.
“Si definisce velocità di riferimento vref del vento il valore con
periodo di ritorno tref = 50 anni, della velocità media del vento in un
intervallo di 10 minuti primi, misurata a 10 metri di altezza dal suolo,
in località pianeggiante e priva di ostacoli.
Salvo specifiche ed approfondite indagini statistiche relative
all’intensità ed alla direzione del vento nel sito della costruzione, la
velocità di riferimento vref, per ogni direzione considerata, si porrà
pari a 30 m/s (108 km/h).”
Istruzioni per la valutazione delle azioni sulle costruzioni,
CNR 10012/85.
Mappa italiana dei venti estremi
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
In senso “normativo”,
si inserisce coerentemente nel panorama delle nuove Norme Tecniche
per le Costruzioni (D.M. 2008 e Circolare collegata) e dell’Eurocodice;
recepisce gli aspetti più innovativi del recente progresso scientifico e
tecnologico internazionale;
raccoglie in un testo unitario tutti i principi e le regole legate alle azioni e
agli effetti del vento sulle costruzioni.
Il Documento CNR-DT 207/2008 risponde al concetto generale di
“ISTRUZIONI” in senso tanto “normativo” quanto “istruttivo”.
In senso “istruttivo” compie uno sforzo per aiutare il lettore, se questi lo
desidera, a comprendere e ad applicare correttamente i principi e le regole
che compongono il documento.
Trattano gli effetti del vento sulle costruzioni:
quando l’effetto è parte integrante dell’azione
(azioni statiche equivalenti)
nell’ambito dei fenomeni aeroelastici
(dovuti all’interazione vento-struttura)
nei casi che costituiscono peculiarità del vento (cicli di
carico per distacco dei vortici, verifica di abitabilità nei
riguardi dell’accelerazione)
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
1.1 Motivazioni
1.2 Campo di applicazione
1.3 Organizzazione del testo e
guida al suo impiego
1.4 Riferimenti normativi
1.5 Simbologia
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
2.1 Introduzione
2.2 Circolazione atmosferica
2.3 Rappresentazione del vento
2.4 Aerodinamica delle
costruzioni
2.5 Risposta dinamica
2.6 Distacco dei vortici
2.7 Altri fenomeni aeroelastici
2.8 Interferenza
2.9 Bibliografia
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
velocità
del vento azioni
aerodinamiche
risposta
strutturale
Fs V Aerodinamica
R Dinamica
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
velocità
del vento azioni
aerodinamiche
risposta
strutturale
V R Fs F +
Fa
Aerodinamica Dinamica
Aeroelasticità
azioni
aeroelastiche
azioni
complessive
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
3.1 Generalità
3.2 Velocità e pressione
cinetica del vento
3.3 Azioni aerodinamiche
3.4 Fenomeni dinamici
e aeroelastici
Appendici A-Q
3.2 Velocità e pressione cinetica del vento
3.2.1 Velocità base di riferimento
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
La velocità base di riferimento vb caratterizza la ventosità della zona ove sorge la
costruzione. Essa è il valore della velocità media del vento su un intervallo di tempo
T = 10 minuti, a 10 m di altezza sul suolo, su un terreno pianeggiante e omogeneo
con lunghezza di rugosità z0 = 0,05 m (II categoria di esposizione), riferito a un
periodo di ritorno TR = 50 anni.
3.2 Velocità e pressione cinetica del vento
3.2.1 Velocità base di riferimento
3.2.2 Velocità di riferimento di progetto
La velocità di riferimento di progetto vr è il valore della velocità media del vento
su un intervallo di tempo T = 10 minuti, a 10 m di altezza sul suolo, su un
terreno pianeggiante e omogeneo con lunghezza di rugosità z0 = 0,05 m (II
categoria di esposizione), riferito al periodo di ritorno di progetto TR:
dove:
vb è la velocità base di riferimento;
cr è il coefficiente di ritorno.
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
r b rv v c
3.2 Velocità e pressione cinetica del vento
3.2.1 Velocità base di riferimento
3.2.2 Velocità di riferimento di progetto
3.2.3 Categoria di esposizione
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
Classi di rugosità Descrizione
A Area urbana, in cui almeno il 15% della superficie del terreno sia
coperto da edifici la cui altezza media supera i 15 m
B Area urbana (non di classe A), suburbana, industriale o boschiva
C Area con ostacoli diffusi, quali alberi, case, muri, recinzioni, ...
D a) Mare e relativa fascia costiera (entro 2 km dalla riva)
b) Lago (con larghezza pari ad almeno 1 km) e relativa fascia
costiera (entro 1 km dalla riva)
c) Area priva di ostacoli o con al più rari ostacoli isolati (aperta
campagna, aeroporti, zone agricole, pascoli, zone paludose o
sabbiose, superfici innevate o ghiacciai, ...)
3.2 Velocità e pressione cinetica del vento
3.2.1 Velocità base di riferimento
3.2.2 Velocità di riferimento di progetto
3.2.3 Categoria di esposizione
3.2.4 Coefficiente di topografia
3.2.5 Velocità media
3.2.6 Turbolenza atmosferica
3.2.7 Pressione cinetica di picco
ce = coefficiente di esposizione
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
21( ) ( )
2p r eq z v c z
3.3 Azioni aerodinamiche (di picco)
3.3.1 Pressione su ciascuna faccia di una superficie
3.3.2 Pressione complessiva su una superficie
3.3.3 Forze e momenti risultanti
3.3.4 Forze e momenti per unità di lunghezza
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
i p i pip z q z c
e p e pep z q z c
3.3 Azioni aerodinamiche (di picco)
3.3.1 Pressione su ciascuna faccia di una superficie
3.3.2 Pressione complessiva su una superficie
3.3.3 Forze e momenti risultanti
3.3.4 Forze e momenti per unità di lunghezza
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
p2
p1
V
pn= p1- p2
V ( ) ( ) n p pnp z q z c
3.3 Azioni aerodinamiche (di picco)
3.3.1 Pressione su ciascuna faccia di una superficie
3.3.2 Pressione complessiva su una superficie
3.3.3 Forze e momenti risultanti
3.3.4 Forze e momenti per unità di lunghezza
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
MZ
MX
MY
FZ
FX FY
Y X
Z
V
2( ) X p FXF q z L c
2( ) Y p FYF q z L c
2( ) Z p FZF q z L c
3( ) X p MXM q z L c
3( ) Y p MYM q z L c
3( ) Z p MZM q z L c
3.3 Azioni aerodinamiche (di picco)
3.3.1 Pressione su ciascuna faccia di una superficie
3.3.2 Pressione complessiva su una superficie
3.3.3 Forze e momenti risultanti
3.3.4 Forze e momenti per unità di lunghezza
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
fY
fX
mZ
Y
X
V
( ) ( ) X p fXf z q z l c
( ) ( ) Y p fYf z q z l c
2( ) ( ) Z p mZm z q z l c
3.4 Fenomeni dinamici e aeroelastici
3.4.1 Azioni statiche equivalenti
3.4.2 Analisi della risposta dinamica
3.4.3 Distacco dei vortici
3.4.4 Altri fenomeni aeroelastici
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
Azioni statiche equivalenti = Azioni aerodinamiche di picco cd
cd = coefficiente dinamico
Appendici Essenziali Specifiche Informative Specialistiche
A. Periodo di ritorno di progetto
B. Velocità di riferimento
C. Velocità del vento
D. Coefficiente di topografia
E. Turbolenza atmosferica
F. Velocità di picco del vento
G. Coefficienti aerodinamici
globali
H. Coefficienti aerodinamici
dettagliati e locali
I. Caratteristiche dinamiche
delle costruzioni
L. Azioni e accelerazioni
longitudinali
M. Azioni e accelerazioni
trasversali e torsionali
N. Accelerazione e abitabilità
O. Distacco dei vortici
da strutture snelle
P. Altri fenomeni aeroelastici
Q. Prove in galleria del vento
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
Vento
Aerodinamica
Dinamica e
Aeroelasticità
Prove in galleria
Appendici Essenziali Specifiche Informative Specialistiche
A. Periodo di ritorno di progetto
B. Velocità di riferimento
C. Velocità del vento
D. Coefficiente di topografia
E. Turbolenza atmosferica
F. Velocità di picco del vento
G. Coefficienti aerodinamici
globali
H. Coefficienti aerodinamici
dettagliati e locali
I. Caratteristiche dinamiche
delle costruzioni
L. Azioni e accelerazioni
longitudinali
M. Azioni e accelerazioni
trasversali e torsionali
N. Accelerazione e abitabilità
O. Distacco dei vortici
da strutture snelle
P. Altri fenomeni aeroelastici
Q. Prove in galleria del vento
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
G.2 Edifici a pianta rettangolare
G.2.3.1 Coperture piane
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
b
d
h
b
min(b/2;h)
cpe,A
cpe,B
, 0,8pe Ac , 0,2pe Bc
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
H.2 Edifici a pianta rettangolare regolari in elevazione
H.2.3.1 Coperture piane
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
b
d
45°
45°
G H I
F
F
e/10 e/2
e/4
e/4
b
d
45°
45°
G H I
F
F
e/10 e/2
e/4
e/4
b
d
h
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
G.10 Strutture snelle ed elementi strutturali allungati
G.10.6 Strutture ed elementi a sezione circolare
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
G.10 Strutture snelle ed elementi strutturali allungati
G.10.8 Coefficiente di snellezza
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1 10 100 1000l
yl
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
G.11 Impalcati da ponte
G.11.1 Impalcato isolato
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
htot
d
Y
X G
Y
X G
Y
X G
Y
X G
Y
X G
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
G.11 Impalcati da ponte
G.11.1 Impalcati affiancati
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
htot
d1 d2d0
D
Y1
G1
Y2X2
G2
X1
DG
htot
d1 d2d0
D
Y1
G1
Y2X2
G2
X1
DG
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
H.3 Edifici a pianta non rettangolare o irregolari in elevazione
H.3.1 Edifici irregolari in pianta
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
bB
bA bB
bA
dA
dA
dB
dB
X
X
Y
Y
XY
a b
A B
A
BbB
bA bB
bA
dA
dA
dB
dB
X
X
Y
Y
XY
a b
A B
A
B
d1
b2
d2
b1X X
X
c d
bB
bA1
bA2
dA2 dB
X1 Y1
X2Y2
dA1
A1
BA2
d1
b2
d2
b1X X
X
c d
bB
bA1
bA2
dA2 dB
X1 Y1
X2Y2
dA1
A1
BA2
G Coefficienti aerodinamici globali
H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali
H.3 Edifici a pianta non rettangolare o irregolari in elevazione
H.3.1 Edifici irregolari in elevazione
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
A B
C
e d-e
e/5 4/5 e
h
b
A B
C
e d-e
e/5 4/5 e
h
b >0,2·e1 a b
hr
h1
b1
hr
h1
b1
e2/3
hr
A B CA
B CE
b2
>0,2·e1 a b
hr
h1
b1
hr
h1
b1
e2/3
hr
A B CA
B CE
b2
L Azioni e accelerazioni longitudinali
Coefficiente dinamico
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
2 21 2 ( )
1 7 ( )
D v e DdD
v e
g I z B Rc
I z
Passo Operazione
1 Assegnazione del modello strutturale di riferimento (Figura L.2)
2 Assegnazione dei parametri geometrici b, h, ze (Figura L.2)
3 Valutazione della velocità media del vento vm(ze) (Paragrafo 3.2.5)
4 Valutazione dell’intensità della turbolenza Iv(ze) (Paragrafo 3.2.6)
5 Valutazione della scala integrale della turbolenza Lv(ze) (Paragrafo 3.2.6)
6 Assegnazione dei parametri dinamici nD e D (Appendice I)
7 Valutazione del fattore di risposta quasi-statica B (Eq. L.4, Figura L.4)
8 Valutazione del parametro SD (Eq. L.6, Figura L.5)
9 Valutazione dei parametri h e b (Eq. L.9)
10 Valutazione dei parametri Rh (Eq. L.7) e Rb (Eq. L.8) (Figura L.6)
11 Valutazione del fattore di risposta risonante RD (Eq. L.5)
12 Valutazione della frequenza attesa D (Eq. L.11)
13 Valutazione del fattore di picco gD (Eq. L.10)
14 Valutazione del coefficiente di raffica GD (Eq. L.3)
15 Valutazione del coefficiente dinamico cdD (Eq. L.2)
M Azioni e accelerazioni trasversali e torsionali
M.2 Metodo dettagliato per le azioni trasversali
M.3 Metodo dettagliato per le azioni torsionali
Azioni statiche equivalenti Coefficienti dinamici
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
( ) 3
L p L dL
zf z q h C b c
h
21
1 7 ( )
L L
dL
v
g Rc
I h
2( ) 1,8
M p M d M
zm z q h C b c
h
21
1 7 ( )
M M
d M
v
g Rc
I h
vm FD
M
FL
N Accelerazione e abitabilità
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
(a) Edifici adibiti ad uffici
(b) Edifici adibiti a residenze
0,1 0,5 1 2 3 4 50,5
1
2
3
45
10
15
202530
n 0 (Hz)
al(c
m/s
2)
(a)
(b)
(a)
O Distacco dei vortici da strutture snelle
O.5 Spostamento trasversale – Metodo spettrale
O.6 Spostamento trasversale – Metodo armonico
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
metodo spettrale
Sc
metodo armonico
σy
b
metodo spettrale
Sc
metodo armonico
σy
b
O Distacco dei vortici da strutture snelle
O.9 Tecniche per mitigare il distacco dei vortici
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
O Distacco dei vortici da strutture snelle
O.10 Ovalizzazione
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
P Altri fenomeni aeroelastici
P.2 Galoppo
P.3 Divergenza torsionale
P.4 Flutter
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
vm
fD
fL
(a)
vm
fD
fL
(a)
vm
fD
fL
vm
fD
fL
(a)
-180 -120 -60 0 60 120 180
(gradi)
0
-180 -120 -60 0 60 120 180
(gradi)
0
c D+
c'L
0L Dc c
,
8 2ie i i i iG i
G G
m n n b Scv
b a a
Q Prove in galleria del vento
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
1. PREMESSA
2. FONDAMENTI
3. PRINCIPI E REGOLE
4. APPLICAZIONI
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni 4.3 Fabbricato industriale
4.4 Edificio civile
4.5 Edificio multipiano
4.6 Grattacielo
4.7 Gasometro
4.8 Tettoia
4.9 Ciminiera in c.a.
4.10 Ciminiera in acciaio
4.11 Ponte ferroviario
4.12 Ponte stradale
4.3 Fabbricato industriale
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
4.4 Edificio di civile abitazione
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
4.5 Edificio multipiano per uffici
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
4.6 Grattacielo (h = 183 m)
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
Vento
b
d
x
z
h y
4.7 Gasometro
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
35.20
66.1
5
59.0
07.
15
4.75
35.20
66.1
5
59.0
07.
15
4.75
4.8 Tettoia
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
4.9 Ciminiera in cemento armato
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
0 10000 20000 30000 40000
m (kg/m)
0
40
80
120
160
200
z (m
)
0 100 200 300
J (m4)
4.10 Ciminiera metallica
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
4.11 Ponte ferroviario a travata reticolare
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
4.12 Ponte stradale a cassone chiuso
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
NUMERO DI PAGINE 328 pagine
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
NUMERO DI PAGINE 328 pagine
INDICE 6 pagine
1. PREMESSA 13 pagine
2. FONDAMENTI 29 pagine
3. PRINCIPI E REGOLE
Testo principale 23 pagine
Appendici 180 pagine
4. APPLICAZIONI 77 pagine
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni A. 1 pagina
B. 2 pagine
C. 8 pagine
D. 5 pagine
E. 5 pagine
F. 2 pagine
G. 51 pagine
H. 23 pagine
I. 13 pagine
L. 9 pagine
M. 13 pagine
N. 4 pagine
O. 21 pagine
P. 11 pagine
Q. 12 pagine
NUMERO DI PAGINE 328 pagine
INDICE 6 pagine
1. PREMESSA 13 pagine
2. FONDAMENTI 29 pagine
3. PRINCIPI E REGOLE
Testo principale 23 pagine
Appendici 180 pagine
4. APPLICAZIONI 77 pagine
ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti
del vento sulle costruzioni A. 1 pagina
B. 2 pagine
C. 8 pagine
D. 5 pagine
E. 5 pagine
F. 2 pagine
G. 51 pagine
H. 23 pagine
I. 13 pagine
L. 9 pagine
M. 13 pagine
N. 4 pagine
O. 21 pagine
P. 11 pagine
Q. 12 pagine
NUMERO DI PAGINE 328 pagine
INDICE 6 pagine
1. PREMESSA 13 pagine
2. FONDAMENTI 29 pagine
3. PRINCIPI E REGOLE
Testo principale 23 pagine
Appendici 180 pagine
4. APPLICAZIONI 77 pagine