Forum SICUREZZA E SOSTENIBILITA. Innovazione e regole L attività del CNR per le nuove tecnologie. Le azioni eoliche sulle costruzioni

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1 SAIE 2012 Bologna, ottobre Forum SICUREZZA E SOSTENIBILITA Innovazione e regole L attività del CNR per le nuove tecnologie Le azioni eoliche sulle costruzioni Francesco Ricciardelli Università Mediterranea di Reggio Calabria

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4 La catena dei carichi da vento Circolazionea atmosferica Strato Limite Atmosferico Aerodinamica delle costr. Dinamica strutturale Criteri di progetto

5 Ipotesi di carico sulle costruzioni, CNR-UNI 10012, 1964, 1967.

6 Ipotesi di carico sulle costruzioni, CNR-UNI 10012, 1964, 1967.

7 Ipotesi di carico sulle costruzioni, CNR-UNI 10012, 1964, 1967.

8 Istruzioni relative ai carichi e ai sovraccarichi ed ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni, Circolare LL.PP. N , 9 novembre Coefficiente dinamico: 1

9 Istruzioni per la valutazione delle azioni sulle costruzioni, CNR 10012/85. Coefficiente di raffica G z z K ln z 0 f d z K f 2 d 1 2

10 Istruzioni per la valutazione delle azioni sulle costruzioni, CNR 10012/85. Si definisce velocità di riferimento v ref del vento il valore con periodo di ritorno t ref = 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 v ref, per ogni direzione considerata, si porrà pari a 30 m/s (108 km/h).

11 Mappa italiana dei venti estremi

12 Il Documento CNR-DT 207/2008 risponde al concetto generale di ISTRUZIONI in senso tanto normativo quanto istruttivo. In senso normativo, si inserisce coerentemente nel panorama delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M 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. 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.

13 Trattano gli effetti : 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)

14 1. PREMESSA 2. FONDAMENTI 3. PRINCIPI E REGOLE 4. APPLICAZIONI

15 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

16 1. PREMESSA 2. FONDAMENTI 3. PRINCIPI E REGOLE 4. APPLICAZIONI 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

17 1. PREMESSA 2. FONDAMENTI 3. PRINCIPI E REGOLE 4. APPLICAZIONI V Aerodinamica F s Dinamica R velocità del vento azioni aerodinamiche risposta strutturale

18 1. PREMESSA 2. FONDAMENTI 3. PRINCIPI E REGOLE 4. APPLICAZIONI V Aerodinamica F s + F Dinamica R F a Aeroelasticità velocità del vento azioni aerodinamiche azioni aeroelastiche azioni complessive risposta strutturale

19 1. PREMESSA 2. FONDAMENTI 3. PRINCIPI E REGOLE 4. APPLICAZIONI 3.1 Generalità 3.2 Velocità e pressione cinetica del vento 3.3 Azioni aerodinamiche 3.4 Fenomeni dinamici e aeroelastici Appendici A-Q

20 3.2 Velocità e pressione cinetica del vento Velocità base di riferimento La velocità base di riferimento v b 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 z 0 = 0,05 m (II categoria di esposizione), riferito a un periodo di ritorno T R = 50 anni.

21 3.2 Velocità e pressione cinetica del vento Velocità base di riferimento Velocità di riferimento di progetto La velocità di riferimento di progetto v r 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 z 0 = 0,05 m (II categoria di esposizione), riferito al periodo di ritorno di progetto T R : v v c r b r dove: v b è la velocità base di riferimento; c r è il coefficiente di ritorno.

22 3.2 Velocità e pressione cinetica del vento Velocità base di riferimento Velocità di riferimento di progetto Categoria di esposizione 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,...)

23 3.2 Velocità e pressione cinetica del vento Velocità base di riferimento Velocità di riferimento di progetto Categoria di esposizione Coefficiente di topografia Velocità media Turbolenza atmosferica Pressione cinetica di picco 1 q z v c z 2 2 p( ) r e( ) c e = coefficiente di esposizione

24 3.3 Azioni aerodinamiche (di picco) Pressione su ciascuna faccia di una superficie Pressione complessiva su una superficie Forze e momenti risultanti Forze e momenti per unità di lunghezza p z q z c e p e pe p z q z c i p i pi

25 3.3 Azioni aerodinamiche (di picco) Pressione su ciascuna faccia di una superficie Pressione complessiva su una superficie Forze e momenti risultanti Forze e momenti per unità di lunghezza p 2 p n = p 1 - p 2 p 1 V V p ( z) q ( z) c n p pn

26 3.3 Azioni aerodinamiche (di picco) Pressione su ciascuna faccia di una superficie Pressione complessiva su una superficie Forze e momenti risultanti Forze e momenti per unità di lunghezza V Z F Z M Z F q z L c 2 X p( ) FX F q z L c 2 Y p( ) FY F q z L c 2 Z p( ) FZ X M X F X F Y M Y Y M q z L c 3 X p( ) MX M q z L c 3 Y p( ) MY M q z L c 3 Z p( ) MZ

27 3.3 Azioni aerodinamiche (di picco) Pressione su ciascuna faccia di una superficie Pressione complessiva su una superficie Forze e momenti risultanti Forze e momenti per unità di lunghezza Y f Y V m Z f X X f ( z) q ( z) l c X p fx f ( z) q ( z) l c Y p fy m z q z l c 2 Z ( ) p( ) mz

28 3.4 Fenomeni dinamici e aeroelastici Azioni statiche equivalenti Analisi della risposta dinamica Distacco dei vortici Altri fenomeni aeroelastici Azioni statiche equivalenti = Azioni aerodinamiche di picco c d c d = coefficiente dinamico

29 Appendici Essenziali Specifiche Informative Specialistiche A. Periodo di ritorno di progetto B. Velocità di riferimento C. Velocità del vento D. Coefficiente di topografia Vento E. Turbolenza atmosferica F. Velocità di picco del vento G. Coefficienti aerodinamici globali H. Coefficienti aerodinamici Aerodinamica dettagliati e locali I. Caratteristiche dinamiche delle costruzioni L. Azioni e accelerazioni longitudinali M. Azioni e accelerazioni Dinamica e trasversali e torsionali N. Accelerazione e abitabilità Aeroelasticità O. Distacco dei vortici da strutture snelle P. Altri fenomeni aeroelastici Q. Prove in galleria del vento Prove in galleria

30 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

31 G Coefficienti aerodinamici globali H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali G.2 Edifici a pianta rettangolare G Coperture piane c c, 0,2 pe, A 0,8 pe B h c pe,a c pe,b b b d min(b/2;h)

32 G Coefficienti aerodinamici globali H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali H.2 Edifici a pianta rettangolare regolari in elevazione H Coperture piane e/10 e/2 e/4 F h 45 G H I b b d 45 e/4 F d

33 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

34 G Coefficienti aerodinamici globali H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali G.10 Strutture snelle ed elementi strutturali allungati G.10.8 Coefficiente di snellezza y l 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0, l

35 G Coefficienti aerodinamici globali H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali G.11 Impalcati da ponte G.11.1 Impalcato isolato h tot Y G X h tot h tot d d d Y h tot h tot h tot G X d d d h tot Y G X h tot h tot d d d Y h tot G X h tot h tot d d d Y h tot h tot h tot G X d d d

36 G Coefficienti aerodinamici globali H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali G.11 Impalcati da ponte G.11.1 Impalcati affiancati D G Y 1 X 1 Y 2 X 2 h tot G 1 G 2 d 1 d 2 d 0 D

37 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 a d A d B b d A1 c d 2 d b A X A X Y Y B b A b B A X Y B bb b A1 b A2 A 1 X 1 Y 1 X 2 Y 2 A 2 B b B X X X b 1 b 2 d A d B d A2 d B d 1

38 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 b >0,2 e 1 a h A B b 1 C A B C h 1 h r e/5 4/5 e b 2 e d-e

39 L Azioni e accelerazioni longitudinali Coefficiente dinamico c dd 2 2 D v e D 1 2 g I ( z ) B R 17 I ( z ) v e Passo Operazione 1 Assegnazione del modello strutturale di riferimento (Figura L.2) 2 Assegnazione dei parametri geometrici b, h, z e (Figura L.2) 3 Valutazione della velocità media del vento v m (z e ) (Paragrafo 3.2.5) 4 Valutazione dell intensità della turbolenza I v (z e ) (Paragrafo 3.2.6) 5 Valutazione della scala integrale della turbolenza L v (z e ) (Paragrafo 3.2.6) 6 Assegnazione dei parametri dinamici n D e D (Appendice I) 7 Valutazione del fattore di risposta quasi-statica B (Eq. L.4, Figura L.4) 8 Valutazione del parametro S D (Eq. L.6, Figura L.5) 9 Valutazione dei parametri h e b (Eq. L.9) 10 Valutazione dei parametri R h (Eq. L.7) e R b (Eq. L.8) (Figura L.6) 11 Valutazione del fattore di risposta risonante R D (Eq. L.5) 12 Valutazione della frequenza attesa D (Eq. L.11) 13 Valutazione del fattore di picco g D (Eq. L.10) 14 Valutazione del coefficiente di raffica G D (Eq. L.3) 15 Valutazione del coefficiente dinamico c dd (Eq. L.2)

40 M Azioni e accelerazioni trasversali e torsionali F L M.2 Metodo dettagliato per le azioni trasversali M.3 Metodo dettagliato per le azioni torsionali v m M F D Azioni statiche equivalenti Coefficienti dinamici z f ( z) 3q h C b c h L p L dl 2 z m ( z) 1,8 q h C b c h M p M d M c c dl dm 2 gl 1 RL 1 7 I ( h) gm 1 R 1 7 I ( h) v v 2 M

41 N Accelerazione e abitabilità a l (cm/s 2 ) (a) (b) 1 0,5 0,1 0, n 0 (Hz) (a) Edifici adibiti ad uffici (b) Edifici adibiti a residenze (a)

42 O Distacco dei vortici da strutture snelle O.5 Spostamento trasversale Metodo spettrale O.6 Spostamento trasversale Metodo armonico σ y b metodo spettrale metodo armonico Sc

43 O Distacco dei vortici da strutture snelle O.9 Tecniche per mitigare il distacco dei vortici

44 O Distacco dei vortici da strutture snelle O.10 Ovalizzazione

45 P Altri fenomeni aeroelastici P.2 Galoppo P.3 Divergenza torsionale P.4 Flutter v Gi, c c 0 8m n 2n b Sc ba a L D ie i i i i G G (a) f L f D c D +c'l 0 0 v m (gradi) (gradi)

46 Q Prove in galleria del vento

47 4.3 Fabbricato industriale 1. PREMESSA 2. FONDAMENTI 3. PRINCIPI E REGOLE 4. APPLICAZIONI 4.4 Edificio civile 4.5 Edificio multipiano 4.6 Grattacielo 4.7 Gasometro 4.8 Tettoia 4.9 Ciminiera in c.a Ciminiera in acciaio 4.11 Ponte ferroviario 4.12 Ponte stradale

48 4.3 Fabbricato industriale

49 4.4 Edificio di civile abitazione

50 4.5 Edificio multipiano per uffici

51 4.6 Grattacielo (h = 183 m) z y h Vento b x d

52 66.15 ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti 4.7 Gasometro

53 4.8 Tettoia

54 z (m) ISTRUZIONI per la valutazione delle azioni e degli effetti 4.9 Ciminiera in cemento armato m (kg/m) J (m 4 )

55 4.10 Ciminiera metallica

56 4.11 Ponte ferroviario a travata reticolare

57 4.12 Ponte stradale a cassone chiuso

58 NUMERO DI PAGINE 328 pagine

59 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

60 A. 1 pagina NUMERO DI PAGINE INDICE 328 pagine 6 pagine 1. PREMESSA 13 pagine 2. FONDAMENTI 29 pagine 3. PRINCIPI E REGOLE Testo principale Appendici 23 pagine 180 pagine 4. APPLICAZIONI 77 pagine 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

61 A. 1 pagina NUMERO DI PAGINE INDICE 328 pagine 6 pagine 1. PREMESSA 13 pagine 2. FONDAMENTI 29 pagine 3. PRINCIPI E REGOLE Testo principale Appendici 23 pagine 180 pagine 4. APPLICAZIONI 77 pagine 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