Vento su tettoie e pensiline: quale distribuzione di pressioni applicare al modello di calcolo strutturale

In quest’articolo vedremo quali distribuzioni di pressioni, generate dall’azione del vento su tettoie e pensiline, adottare nel calcolo statico. Vedremo perché non è conveniente utilizzare la risultante del campo di pressioni fornita dalla Circolare 2019 e come applicare i carichi del vento ad un modello di calcolo tridimensionale o bidimensionale (schemi statici piani).

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Vento su tettoie e pensiline: le prescrizioni della Circolare 2019

La Circolare 2019 fornisce l’azione del vento su tettoie e pensiline come risultante del campo di pressioni agenti sulle falde di questi elementi strutturali. Nessuna indicazione viene fornita sulla effettiva distribuzione delle pressioni generate dal vento sulla falda, né su quale distribuzione di pressione adottare ai fini del calcolo statico di tettoie e pensiline.

Per la valutazione del campo di pressioni agente sulla falda delle tettoie il testo della Circolare rimanda a documenti di comprovata validità o addirittura, nei casi più complessi e per opere di maggiore entità, allo svolgimento di prove in galleria del vento.

Per opere ordinarie di modesta entità, quali tettoie e pensiline, sarebbe eccessivo eseguire analisi avanzate per calcolare l’effettiva distribuzione delle pressioni generate dall’azione del vento. In tali casi è possibile adottare alcune distribuzioni di pressioni semplificate, equivalenti alla risultante fornita dal testo della Circolare 2019. Le vedremo nel dettaglio nel seguito dell’articolo. Ti mostrerò anche le immagini di modelli di calcolo tridimensionali e bidimensionali di tettoie e pensiline per facilitare la comprensione del tema di quest’articolo.

Risultante del campo di pressioni generate dal vento: perché può falsare i risultati

Applicare la risultante del campo di pressioni generate dal vento sulle falde di tettoie e pensiline può falsare i risultati dell’analisi in termini di sollecitazioni e spostamenti della struttura portante. Vediamo perché.

Il vento, nella realtà, genera un campo di pressioni che agisce su una porzione della superficie della tettoia. La risultante del campo di pressioni, fornita dalla Circolare 2019, è invece una forza concentrata che agirà localmente in un punto della struttura. L’analisi statica della struttura della tettoia in presenza del vento, modellato come un carico concentrato, può sovrastimare le sollecitazioni e gli spostamenti dell’elemento strutturale a cui la forza concentrata è applicata (puntone, arcareccio, trave etc. a seconda dei casi) e sottostimare le sollecitazioni e gli spostamenti nei restanti componenti del sistema strutturale.

In gran parte dei casi, inoltre, la risultante del campo di pressioni può cadere in un punto in cui non sono presenti elementi strutturali, per esempio nel campo compreso fra due arcarecci consecutivi. In tal caso la forza concentrata agirà localmente in un punto del pannello di copertura o del manto di tegole. Tale forza, che nella realtà non esiste, potrebbe causare elevate sollecitazioni locali nel pannello di copertura e addirittura portare a verifiche di resistenza e deformabilità non soddisfatte. Anche per questo motivo, ai fini della verifica locale del pannello di copertura, è bene convertire la forza concentrata del vento, fornita dalla Circolare 2019, in un campo di pressioni equivalente.

Esempio di calcolo: risultante del campo di pressioni applicata alla tettoia

Ti mostro con un esempio di calcolo perché considerare solo la risultante della pressione del vento può falsare i risultati dell’analisi statica in termini di sollecitazioni e spostamenti. Nell’immagine seguente puoi vedere il modello di calcolo tridimensionale di una tettoia. Al modello è stato applicato un carico concentrato di intensità pari alla risultante del campo di pressioni generate dal vento.

Per vento agente in direzione X+ la risultante è applicata ad una distanza pari ad 1/4 della dimensione d della falda, misurata dal bordo sopravento. Nell’esempio in questione il carico concentrato capita nella mezzeria del secondo corrente di falda,

Nell’immagine seguente puoi vedere la configurazione deformata e la distribuzione dei momenti flettenti sollecitanti. Come puoi vedere dalle immagini, gli spostamenti e le sollecitazioni interessano solo il corrente di falda, incernierato al resto della struttura. In tal modo si sovrastimano le sollecitazioni e gli spostamenti nel corrente di falda e si sottostimano le sollecitazioni e gli spostamenti nel resto della struttura.

Nel seguito dell’articolo vedremo quali distribuzioni di pressione è possibile adottare per l’azione del vento su tettoie e pensiline per affinare i risultati dell’analisi e renderli più coerenti coni reali spostamenti e sollecitazioni del sistema strutturale.

Vento su tettoie e pensiline: possibili distribuzioni della pressione del vento

A valle di quanto visto nell’esempio precedente, ne consegue che è più corretto applicare una distribuzione di pressioni, piuttosto che una forza concentrata pari alla risultante della pressione del vento. Ti elenco di seguito le distribuzioni di pressione equivalente che è possibile adottare:

• distribuzione rettangolare applicata su una superficie di profondità pari a d/2;
• distribuzione triangolare (triangolo rettangolo) applicata su una superficie di profondità pari a 3/4 d;
• distribuzione triangolare (triangolo isoscele) applicata su una superficie di profondità pari a d/2.

Nell’immagine seguente puoi vedere le diverse distribuzioni semplificate della pressione del vento, applicate alla falda della tettoia.

Nota la risultante R della pressione del vento, è possibile calcolare i valori massimi delle distribuzioni di pressione viste sopra tramite le formule seguenti:

• distribuzione rettangolare: p = R / (d/2 ∙ L)
• distribuzione triangolare (triangolo rettangolo): p_max = R / (3/8 ∙ d ∙ L)
• distribuzione triangolare (triangolo isoscele): p_max = R / (d/4 ∙ L)

La modalità con cui applicare i carichi distribuiti per unità di superficie dipende dalla conformazione del modello strutturale che stai analizzando e dalle tipologie di carico che il tuo software di calcolo strutturale consente di applicare. Ad esempio, se il software di calcolo consente di applicare un carico per unità di superficie ai pannelli di copertura, la ripartizione di tale carico sugli elementi strutturali portanti (travi, arcarecci, correnti di falda etc.) avverrà in automatico a seconda dell’orditura del pannello.

In alternativa potrai distribuire manualmente i carichi, assegnando i carichi distribuiti linearmente sui singoli elementi strutturali interessati dalla pressione del vento, sulla base della superficie di influenza di ciascun elemento.

Modello di calcolo tridimensionale: esempio di calcolo con pressione del vento equivalente

Nel paragrafo precedente abbiamo visto le possibili distribuzioni di pressione da applicare su tettoie e pensiline. In questo paragrafo vediamo come cambiano gli spostamenti e le sollecitazioni generate da un campo di pressioni equivalente all’azione del vento nel modello di calcolo della tettoia analizzato in precedenza. Nell’esempio seguente è stata applicata una distribuzione di pressioni di forma rettangolare su una superficie di profondità pari a d/2.

Come puoi vedere dalle immagini, la distribuzione di sollecitazioni e di spostamenti diventa molto più uniforme applicando un campo di pressioni in sostituzione di un carico concentrato. Tali distribuzioni di sollecitazioni e spostamenti sono molto più realistiche rispetto a quelle ottenute nell’esempio precedente.

Schema statico piano: come applicare la pressione del vento

In alcuni casi, per ridurre l’onere computazionale derivante dal calcolo strutturale di tettoie e pensiline, può essere conveniente scomporre la struttura in schemi statici piani e analizzarli singolarmente applicando su ciascuno di essi i carichi agenti opportunamente ripartiti. Risolvere un modello di calcolo bidimensionale è sicuramente meno oneroso rispetto alla creazione e risoluzione di un modello di calcolo tridimensionale. A tale scopo puoi utilizzare Ca.Tel.2D, l’app del blog per la risoluzione di schemi statici piani di qualsiasi configurazione.

Se stiamo analizzando uno schema statico piano, allora è possibile ripartire la risultante delle pressioni fra gli schemi trasversali resistenti. Riprendendo l’esempio analizzato nel paragrafo precedente, ti mostro di seguito gli schemi statici piani da analizzare in cui è possibile scomporre il modello tridimensionale del sistema strutturale e l’azione del vento da applicare su ciascuno di essi.

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Scarica Eolo: l’app per il calcolo dell’azione del vento su tettoie e pensiline

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Conclusioni

La Circolare 2019 fornisce le indicazioni per calcolare l’azione del vento su tettoie e pensiline come risultante del campo di pressioni. Utilizzare tale risultante nel calcolo statico della struttura portante può generare degli errori di valutazione delle sollecitazioni e degli spostamenti. Adottare le distribuzioni di pressione mostrate in quest’articolo può senz’altro contribuire ad ottenere risultati più coerenti con la realtà. Spero che i contenuti di quest’articolo siano stati utili e abbiano contribuito a chiarire il problema della modellazione dell’azione del vento per tettoie e pensiline.

E tu quale distribuzione di pressioni sei solito applicare nell’analisi di tettoie investite dal vento? Triangolare, rettangolare o altro? Puoi farmelo sapere nei commenti in fondo alla pagina. Se l’articolo ti è piaciuto puoi suggerirlo ai tuoi amici su Facebook e ai tuoi colleghi su LinkedIn cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.

Al prossimo post.

Marco

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Codice articolo: 227