Diapositiva 1 - CIRI Edilizia e costruzioni · Le azioni eoliche sulle costruzioni ... In senso...

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.

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)



1. PREMESSA

2. FONDAMENTI

3. PRINCIPI E REGOLE

4. APPLICAZIONI



1. PREMESSA

2. FONDAMENTI


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



1. PREMESSA

2. FONDAMENTI


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

1. PREMESSA

2. FONDAMENTI


4. APPLICAZIONI



velocità

del vento azioni

aerodinamiche

risposta

strutturale

Fs V Aerodinamica

R Dinamica

1. PREMESSA

2. FONDAMENTI


4. APPLICAZIONI



velocità

del vento azioni

aerodinamiche

risposta

strutturale

V R Fs F +

Fa

Aerodinamica Dinamica

Aeroelasticità

azioni

aeroelastiche

azioni

complessive

1. PREMESSA

2. FONDAMENTI


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

3.2 Velocità e pressione cinetica del vento

3.2.1 Velocità base di riferimento



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.



3.2.2 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.



r b rv v c




3.2.3 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, ...)




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



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



i p i pip z q z c

e p e pep z q z c








p2

p1

V

pn= p1- p2

V ( ) ( ) n p pnp z q z c








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








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



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



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



G Coefficienti aerodinamici globali

H Coefficienti aerodinamici dettagliati e locali

G.2 Edifici a pianta rettangolare

G.2.3.1 Coperture piane



b

d

h

b

min(b/2;h)

cpe,A

cpe,B

, 0,8pe Ac , 0,2pe Bc



H.2 Edifici a pianta rettangolare regolari in elevazione

H.2.3.1 Coperture piane



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.10 Strutture snelle ed elementi strutturali allungati

G.10.6 Strutture ed elementi a sezione circolare





G.10 Strutture snelle ed elementi strutturali allungati

G.10.8 Coefficiente di snellezza



0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1 10 100 1000l

yl



G.11 Impalcati da ponte

G.11.1 Impalcato isolato



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.11 Impalcati da ponte

G.11.1 Impalcati affiancati



htot

d1 d2d0

D

Y1

G1

Y2X2

G2

X1

DG

htot

d1 d2d0

D

Y1

G1

Y2X2

G2

X1

DG



H.3 Edifici a pianta non rettangolare o irregolari in elevazione

H.3.1 Edifici irregolari in pianta



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



H.3 Edifici a pianta non rettangolare o irregolari in elevazione

H.3.1 Edifici irregolari in elevazione



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



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



( ) 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



(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



metodo spettrale

Sc

metodo armonico

σy

b

metodo spettrale

Sc

metodo armonico

σy

b


O.9 Tecniche per mitigare il distacco dei vortici




O.10 Ovalizzazione



P Altri fenomeni aeroelastici

P.2 Galoppo

P.3 Divergenza torsionale

P.4 Flutter



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



1. PREMESSA

2. FONDAMENTI


4. APPLICAZIONI


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



4.4 Edificio di civile abitazione



4.5 Edificio multipiano per uffici



4.6 Grattacielo (h = 183 m)



Vento

b

d

x

z

h y

4.7 Gasometro



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



4.9 Ciminiera in cemento armato



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



4.11 Ponte ferroviario a travata reticolare



4.12 Ponte stradale a cassone chiuso



NUMERO DI PAGINE 328 pagine




INDICE 6 pagine

1. PREMESSA 13 pagine

2. FONDAMENTI 29 pagine


Testo principale 23 pagine

Appendici 180 pagine

4. APPLICAZIONI 77 pagine




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


INDICE 6 pagine

1. PREMESSA 13 pagine

2. FONDAMENTI 29 pagine


Testo principale 23 pagine

Appendici 180 pagine

4. APPLICAZIONI 77 pagine

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