UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CATANIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE AZIONI DA VENTO

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1 AZIONI DA VENTO

2 Normativa di riferimento La circolare 4 Luglio 1996 contiene le Istruioni per l applicaione delle Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurea delle costruioni e dei carichi e sovraccarichi di cui al decreto ministeriale 16 gennaio C.3.2. COMBINAZIONI Dl CARICO Le aioni debbono essere cumulate secondo condiioni di carico tali da risultare più sfavorevoli ai fini delle singole verifiche, tenendo conto della ridotta probabilità di intervento simultaneo di tutte le aioni con i rispettivi valori più sfavorevoli.

3 Combinaioni di carico C STATI LIMITE ULTIMI Si adotteranno le combinaioni espresse simbolicamente come segue: γ g F d = γ g G k + γ p P k + γ q Q 1k n + γ i= 2 q ( ψ Q ) = 1,4 (1,0 se il suo contributo aumenta la sicurea); γ p = 0,9 (1,2 se il suo contributo diminuisce la sicurea); γ q = 1,5 (0 se il suo contributo aumenta la sicurea); Ψ 0i coefficiente di combinaione allo stato limite ultimo, da determinarsi sulla base di consideraioni statistiche; non inferiori a 0,7 per neve e vento. 0i ik

4 Combinaioni di carico C STATI LIMITE D ESERCIZIO Si adotteranno le combinaioni espresse simbolicamente come segue: Rara: Frequente: Quasi permanente: F F F d d d = G = G = G k k k + P k + P k + P k + Q + ψ + 1k n 11 + Q n ( ψ Q ) i= 2 1k + 0i n ik ( ψ Q ) i= 2 ( ψ Q ) In mancana di analisi più approfondite si assumono i valori minimi i= 1 2i ik 2i ik

5 Aione del vento Il vento è dovuto al movimento dell aria causato dalla differena di temperatura e quindi di pressione tra i diversi strati. La superficie della terra esercita un aione di frenatura e quindi all interno di La variaione della velocità del vento con l altea è legata alla rugosità del uno strato, detto Strato Limite, la velocità è variabile lungo l altea. terreno L attrito con la superficie terrestre genera turbolena: v f v ( t) = V ( t) V v ~ media + Strato limite v media t

6 Aione del vento Il vento, la cui direione si considera di regola oriontale, esercita sulle costruioni aioni che variano nel tempo provocando, in generale, effetti dinamici. Per le costruioni usuali tali aioni sono convenionalmente ricondotte alle aioni statiche equivalenti. Parete di sottovento La pressione del vento si calcola a partire dalla sua velocità mediante il teorema di Bernoulli nell ipotesi di arresto totale della massa EDIFICIO EDIFICIO fluida e totale trasformaione di energia cinetica in pressione. q = ρ V 2 Parete di sopravvento 2 Essendo ρ la densità dell aria pari a 1.25kg/m 3

7 Pressione del vento La pressione del vento è data da: dove q ref c e P = q ref C e C èla pressione cinetica di riferimento; è il coefficiente di esposiione; c p è il coefficiente di forma (o coefficiente aerodinamico), funione della tipologia e della geometria della costruione e del suo orientamento rispetto alla direione del vento. Il suo valore può essere ricavato da dati suffragati da documentaione o da prove sperimentali in galleria del vento; c d è il coefficiente dinamico con cui si tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alle vibraioni strutturali. p C d

8 Aione tangente del vento L aione tangente per unità di superficie parallela alla direione del vento è: dove q ref c e P f = q ref C èla pressione cinetica di riferimento; è il coefficiente di esposiione; c f è il coefficiente di attrito, funione della scabrea della superficie sulla quale il vento esercita l aione tangente e C f

9 Pressione cinetica di riferimento La pressione cinetica di riferimento q ref (in N/m 2 ) è data dall espressione Vref qref = 1. 6 nella quale v ref èla velocità di riferimento del vento (in m/s). La velocità di riferimento v ref è il valore massimo, riferito ad un intervallo di ritorno di 50 anni, della velocità del vento misurata a 10 m dal suolo su un terreno di II categoria e mediata su 10 minuti. V = V se a a V ref ref = V ref, 0 ref, 0 + k a ( as a0 ) se as > a0 s 0 Dove: a s è l altitudine del sito rispetto al livello del mare espressa in m; a 0 è l altitudine di riferimento; V ref,0 è dimensionalmente una velocità, k a è espresso in 1/secondi. 2

10 Pressione cinetica di riferimento La normativa italiana suddivide il territorio naionale in 9 one per ognuna delle quali sono tabellate le precedenti quantità.

11 Periodi di ritorno Per le strutture di grande importana, il progettista può adottare valori della velocità di riferimento del vento associati a un intervallo di ritorno T R superiore a 50 anni. In tal caso: 1,5 Vref ( TR ) = αrvref dove: v ref è la velocità di riferimento per T R = 50 anni α R α R = è un coefficiente fornito dalla figura e corrispondente alla espressione: ln ln 1 TR α R 1,0 0, Tr (anni) Per le costruioni isolate che interessano solo marginalmente la pubblica incolumità o per le strutture a carattere temporaneo eventuali riduioni della velocità di riferimento associate ad un intervallo di ritorno inferiore a 50 anni dovranno essere autoriate dal Serviio Tecnico Centrale.

12 Coefficiente di esposiione Il coefficiente di esposiione c e dipende dalla quota del punto a cui calcolo la pressione, dalla rugosità e dalla topografia del terreno, dall esposiione del sito ove sorge la costruione. E dato dalla formula C C e e ( ) + = 2 kr Ct ln Ct ln Dove: C t è il coefficiente di topografia; min ( ) = Ce( min ) se < min k r, o, min sono assegnati in funione della categoria di esposiione del sito della costruione Il coefficiente di topografia C t è posto di regola pari a 1 sia per le one pianeggianti sia per quelle ondulate, collinose, montane. Nel caso di costruioni ubicate presso la sommità di colline o pendii isolati il coefficiente di topografia C t deve essere valutato con analisi più approfondite. se

13 Zone e Classi di Rugosità 1 8 La normativa italiana considera quattro classi di rugosità del suolo Isola della Maddalena Capo Teulada 4 4

14 Categoria di esposiione ZONE 1,2,3,4,5 ZONA 6 ZONE 7,8 ZONA 9 mare costa 2km 10km 30km 500m 750m A - - IV IV V V V B - - III III IV IV IV C - - * III III IV IV D I II II II III ** * ** Categoria II in ona 1,2,3,4 Categoria III in ona 5 Categoria III in ona 2,3,4,5 Categoria IV in ona 1 mare costa 2km 10km 30km 500m A - - III IV V V B - - II III IV IV C - - II III III IV D I I II II III mare 1.5 km 0.5 km costa A IV B IV C III D I II * * Categoria II in ona 8 Categoria III in ona 7 mare costa A - - I B - - I C - - I D I I Nota la ona, la classe di rugosità del terreno e la posiione della struttura su cui agisce il vento è possibile determinare la categoria di esposiione.

15 Categoria di esposiione Determinata la categoria di esposiione posso determinare k r, 0 (m) e min (m) e quindi il coefficiente di esposiione c e. (m) 200 V IV III II I C e ( ) + = 2 kr Ct ln Ct ln se min C e ( ) = Ce( min ) se < min ce 5

16 Coefficiente di topografia Nel caso di costruioni ubicate presso la sommità di colline o pendii isolati il coefficiente di topografia C t deve essere valutato con analisi più approfondite. Dette l altea della collina o del dislivello, e /D = tanφ la sua pendena media il coefficiente C t fornito varia lungo l altea della costruione secondo un coefficiente β dato da: β = 0. 5 β = β = 0 per per < per > 2 Φ D X direione del vento Z Φ D (a) Z Z Φ D h (b) (c)

17 Coefficiente di topografia Dette l altea della collina o del dislivello, e /D = tanφ la sua pendena media il coefficiente C t fornito varia con la pendena /D secondo un coefficiente γ dato da: γ = 0 1 γ = 0. 2 D 0. 1 per per < D D direione del vento Z Φ D (a) Z γ = 1 per D > 0. 3 Φ D X Z Φ D h (b) (c)

18 Coefficiente di topografia Valutati i coefficienti β e γ si avrà: direione del vento Z a) Costruioni ubicate sulla cresta di una collina: =1+ βγ C t Φ D (a) b) Costruioni sul livello superiore di un dislivello: 1 + βγ X C t =. 1 Φ D X (b) Z c) Costruioni su di un pendio: Z C t =1+ βγ h Φ D h (c)

19 Coefficiente di forma Edifici a pianta rettangolare con coperture piane, a falde inclinate o curve: Per la valutaione della pressione esterna: Per elementi sopravvento con inclinaione sull oriontale α 60 : C pe = +0.8 Direione del vento α Superficie sottovento α +1 +0,8 +0,6 +0,4 Cpe Superficie sopravento Per elementi sopravvento con inclinaione sull oriontale 20 < α < 60 : C pe = α 1 +0, α α Inclinaione sull'oriontale -0,2 Per elementi sopravvento con inclinaione sull oriontale 0 < α < 20 e per elementi sottovento: C pe = 0.4-0,4-0,6-0,8 Cpe

20 Coefficiente di forma Edifici a pianta rettangolare con coperture piane, a falde inclinate o curve: Per la valutaione della pressione interna: Per costruioni completamente stagne: C pi = 0 Per costruioni non stagne, scegliendo il segno che dà la condiione più sfavorevole: C pi = ±0.2 Per costruioni che hanno una parete con aperture di superficie non minore di 1/3 di quella totale: C pi = +0.8 C pi = 0.5 per parete aperta a sopravvento; per parete aperta a sottovento o parallela al vento. Per costruioni che presentano su due pareti opposte, normali all aione del vento, aperture di superficie non minore di 1/3 di quella totale: C pe + C pi = ± 1.2 C pi ±0.2 per elementi normali alla direione del vento; = per gli altri elementi.

21 Coefficiente di forma Travi ad anima piena e reticolati: Nel caso di travi isolate, indicata con S la superficie delimitata dal contorno delle travi e con S p la superficie della parte piena della trave, si definisce: S p ϕ = S Il coefficiente di pressione è determinato come: C C C p p p = 2 = ϕ = 2. 4 ϕ se0 ϕ < 0. 3 se0. 3 ϕ < 0. 8 se0. 8 ϕ < 1. 0 Nel caso di più travi di altea h disposte parallelamente ad una distana d tale che: d < 2h, il valore della pressione sull elemento successivo sarà pari a quella sull elemento precedente moltiplicata per: µ = ϕ se ϕ Se, invece, d > 5h le travi sono considerate isolate per cui µ = 1; 2 3 µ = 0. 2 se ϕ > Per valori intermedi del rapporto d/h si procede per interpolaione lineare. 2 3

22 Coefficiente di attrito In assena di più precise valutaioni suffragate da opportuna documentaione o da prove sperimentali in galleria del vento, si assumeranno i valori riportati nella tabella

23 Coefficiente dinamico In mancana di più precise valutaioni suffragate da opportuna documentaione, le figure forniscono il coefficiente dinamico degli edifici e delle ciminiere di altea minore di 200 m 200 non significativo 100 Vento h d b altea h (m) larghea b (m) Edifici in c.a. o in muratura

24 Coefficiente dinamico In mancana di più precise valutaioni suffragate da opportuna documentaione, le figure forniscono il coefficiente dinamico degli edifici e delle ciminiere di altea minore di 200 m 200 non significativo 100 d Vento h b altea h (m) , larghea b (m) Edifici a struttura in acciaio

25 Applicaione per un edificio Supponiamo di avere un edificio sito in: Zona 4; Classe di rugosità B; Distana dalla costa: 10 km d 30 km 390 m sul livello del mare E avente: altea d interpiano h 1 = 4m; h i = 3m L = m L

26 Pressione cinetica di riferimento Poiché 390 m = a s < a 0 = 500 m si ha: V ref = V ref,0 = 28 m/s e quindi q ref = 490 N/m 2

27 Zone e Classi di Rugosità Isola della Maddalena Capo Teulada 4 4

28 Categoria di esposiione ZONE 1,2,3,4,5 ZONA 6 ZONE 7,8 ZONA 9 mare costa 2km 10km 30km 500m 750m A - - IV IV V V V B - - III III IV IV IV C - - * III III IV IV D I II II II III ** * Categoria II in ona 1,2,3,4 Categoria III in ona 5 costa 500m mare 2km 10km 30km A - - III IV V V B - - II III IV IV C - - II III III IV D I I II II III mare 1.5 km 0.5 km costa A IV B IV C III D I II * * Categoria II in ona 8 Categoria III in ona 7 costa mare A - - I B - - I C - - I D I I ** Categoria III in ona 2,3,4,5 Categoria IV in ona 1 Per calcolare il coefficiente di esposiione considero i valori tabellati per tera categoria di esposiione

29 Coefficiente di esposiione C C e e ( ) + = 2 kr Ct ln Ct ln min ( ) = Ce( min ) se < min se Dalla tabella si ha: k r = = 0.10 m min = 5 m Piano Z (m) C e 1 4 <

30 Coefficiente di forma Secondo indicaioni di normativa si ha: per la parete di sopravvento C p =+0.8 per la parete di sottovento C p = -0.4 C p =+0.8 C p = Poiché l impalcato è rigido nel proprio piano posso non considerare separatamente pressione e depressione e assumere: C p =+1.2

31 Pressione del vento La pressione del vento è data da: P = q ref C e C p C d Assumendo in mancana di dati specifici il coefficiente dinamico e quello di topografia unitari si ha: Piano Z (m) q ref (N/m 2 ) C e C p P (kn/ m 2 ) 1 4 <

32 Fore agenti La pressione del vento urta contro la superficie d ingombro dell edificio larga L. La fora risultante ad ogni impalcato, in valore caratteristico, è quindi pari a: F h L h P i + 1L i 2 2 = i+ i Piano Z (m) P (kn/ m 2 ) h i /2 + h i+1 /2 F i (kn) < L Valore caratteristico

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