Circolare NTC 2018 e azioni del vento: nuovi problemi?

Calcolo della velocità di riferimento del vento: a quale documento rifarsi?

Il paragrafo C3.3 della Circolare esplicativa alle NTC 2018, riporta la metodologia per calcolare la velocità di riferimento del vento. La formula proposta nel documento approvato, riprende quella già prescritta nelle NTC 2018 [3.3.3] e ripresa totalmente dalla formulazione più generica riportata nel paragrafo 3.2.2 della CNR DT 207/2008.

In particolare, la formula in questione corrisponde alla relazione 3.4c della CNR DT  207/2008, valida per tempi di ritorno tra 5 anni e 50 anni:

formula calcolo velocità di riferimento del vento

Il documento del CNR, non si limita a riportare solamente la relazione esplicitata sopra, ma propone anche altre formule, funzione dei vari tempi di ritorno di progetto.

Su tale ultimo parametro, il paragrafo 2.4.1 della Circolare evidenzia che Il periodo di ritorno dei sovraccarichi e delle azioni climatiche agenti sulla costruzione non è correlato alla vita nominale di progetto dell’opera ed inoltre essi sono definiti indipendentemente dalla vita nominale attesa per la costruzione con un preassegnato periodo di ritorno (a titolo esemplificativo: 50 anni per le azioni ambientali, 1000 anni per le azioni da traffico, vedasi § 2.5.2).”

Con tale specifica, la Circolare “chiarisce” come le azioni ambientali (teoricamente) dovrebbero essere considerate per un periodo di riferimento non inferiore a 50 anni. Stando a quanto riportato, quindi, le strutture temporanee (e.g. tendostrutture, sagre ecc.) oppure strutture con una vita utile ridotta (e.g. serre per l’agricoltura) “dovrebbero” essere calcolate ipotizzando delle azioni ambientali stimate con un tempo di riferimento non inferiore a 50 anni.

Quanto asserito, potrebbe essere un concetto “apparentemente” corretto, se non altro che la già citata CNR DT 207/2008, al paragrafo 3.2.2 sottolinea la possibilità di rifarsi all’appendice normativa per “la valutazione della velocità di riferimento di progetto vR sulla base di metodi e dati adeguatamente comprovati.” Proprio l’Appendice A del Documento Tecnico CNR, indica come il periodo di ritorno di progetto dipenda “dal tipo delle analisi svolte, dalle proprietà della costruzione e dalla sua vita nominale.” Di fatto, se una struttura deve essere installata per un anno, la succitata relazione A.1 suggerisce di utilizzare come periodo di ritorno di progetto il valore di 10 anni, valore questo in buon accordo con le norme ampiamente utilizzate in vari settori (e.g. UNI EN 13782 e UNI EN 13031).

A tal proposito, il documento tecnico predisposto dal CNR evidenzia che “Laddove le presenti Istruzioni non forniscano diverse indicazioni, o non sussistano specifiche norme, o non si applichino considerazioni opportunamente motivate e documentate, si raccomanda di attribuire al periodo di ritorno di progetto TR i valori del periodo di ritorno di riferimento TR,0”. Siccome per le strutture temporanee e di nicchia come possono essere le serre, esistendo già delle norme specifiche (in questo caso le UNI EN 13782 e UNI EN 13031) per logica, i parametri da assumere per stimare la pressione del vento sono quelli prescritti nelle specifiche norme.

Ma la nuova Circolare sottolinea anche che “[…] per ulteriori approfondimenti sui criteri di analisi, costituiscono utile riferimento l’Eurocodice EN-1991-1-4 e le Istruzioni CNR DT207. Pertanto siamo davanti ad un testo che rimanda ad un documento di comprovata validità (in questo caso il CNR DT 207/2008) ma poi ne modifica alcuni aspetti salienti come il concetto del periodo di ritorno di riferimento.

Le stesse NTC 2018 al capitolo 12 evidenziano, ancora una volta, come si intendono coerenti con i principi base delle NTC gli Eurocodici, le norme UNI EN armonizzate come le norme esposte in precedenza.

Sull’utilizzo di norme europee, è bene osservare come un altro Decreto e precisamente il D.M. 28/12/2012 relativo all’Incentivazione della produzione di energia termica da fonti rinnovabili ed interventi di efficienza energetica di piccole dimensioni, al paragrafo 2 della scheda tecnica n. 39E sotto “Norme tecniche da rispettare” riporta proprio il D.M. 14/01/2008 e la norma UNI EN 13031, segno che tale norma europea risulta completamente recepita.

Personalmente penso che, per evitare problematiche generate da una possibile non chiara lettura della normativa tecnica (NTC 2018), la Circolare esplicativa dovesse approfondire in modo più accurato la definizione dell’azione del vento (e.g. periodo di riferimento di progetto), se non altro rimandando in toto alla consultazione delle CNR DT 207/2008 oppure introducendo delle relazioni esaustive e compatibili con la definizione di vita utile.

Oltretutto per evitare disguidi connessi all’interpretazione dello stesso documento, al dimensionamento e alla valutazione del progetto da parte degli Enti preposti e dei Collaudatori, la Circolare doveva, in qualche modo, allinearsi alle svariate norme del settore inserendo, a tal punto, dei rimandi diretti sia alle normative europee come le tensostrutture (UNI EN 13782) oppure come le serre ad uso agricolo (UNI EN 13031) sia alle norme nazionali già approvate come il Decreto poc’anzi citato.

Calcolo dei coefficienti aerodinamici: un nuovo problema

Continuando con l’analisi, è possibile notare come la parte più corposa della Circolare riguardi la stima dei coefficienti aerodinamici. Infatti nel paragrafo C3.3.8 vengono riportate le metodologie per ricavare i coefficienti aerodinamici relativi agli edifici a pianta rettangolare (C3.3.8.1) con copertura piana, a falde, inclinate o curvilinee. Oltre a ciò, al paragrafo C3.3.8.3 troviamo i coefficienti da assumere per edifici alti con pianta circolare, al paragrafo C3.3.8.4 troviamo le coperture sferiche, mentre, ai paragrafi successivi si prescrivono i coefficienti da adottare per tralicci, travi ecc.

Il caso delle tettoie e l'introduzione del coefficiente di bloccaggio

Una novità riguarda, sicuramente, le tettoie (C3.3.8.2), le quali, possono assumere varie configurazioni: a singola falda, a doppia falda o multipla.

Coefficienti aerodinamici secondo Circolare esplicativa 2009 (NTC 2008)

Figura 1 - Coefficienti aerodinamici secondo Circolare esplicativa 2009 (NTC 2008)

Per quanto concerne la distribuzione del vento secondo la Circolare esplicativa alle NTC 2008 emanata nel 2009, la stima dei coefficienti aerodinamici era piuttosto semplice: dato un angolo di inclinazione della falda, il relativo coefficiente si calcolava per mezzo delle relazioni proposte nella Figura 1 applicando, sostanzialmente, due singoli casi di carico principali: sovrappressione oppure depressione.

Coefficienti aerodinamici secondo Circolare esplicativa 2019 (NTC 2018): per tettoie a singola falda (a) e per tettoie a doppia falda (b)

 Figura 2 - Coefficienti aerodinamici secondo Circolare esplicativa 2019 (NTC 2018): per tettoie a singola falda (a) e per tettoie a doppia falda (b)

La nuova Circolare, invece, complica non di poco la stima dei coefficienti aerodinamici. Innanzitutto viene introdotto il coefficiente di bloccaggio Φ, il quale assume il valore 0 per tettoie libere e il valore 1 per le tettoie ostruite, in accordo con il già accennato documento tecnico CNR DT 207/2008. Infatti, come si nota dalla Figura 2, l’introduzione del coefficiente di bloccaggio nella Circolare 2019 aumenta notevolmente i casi di carico rispetto alle condizioni indicate nella Circolare 2008.

Coefficienti aerodinamici per un angolo di 10°: tettoie a doppia falda secondo Circolare 2009 (a) e tettoie a doppia falda Circolare 2019 (b)

Figura 3 - Coefficienti aerodinamici per un angolo di 10°: tettoie a doppia falda secondo Circolare 2009 (a) e tettoie a doppia falda Circolare 2019 (b)

Dalla Figura 3 notiamo come l’effetto di ostruzione generi un incremento importante delle sollecitazioni sulle membrature: con la Circolare 2019, il coefficiente aerodinamico della falda di sinistra aumenta del 30% circa, mentre il coefficiente aerodinamico della falda di destra aumenta del 50-60%. Anche la valutazione globale della struttura diventa più articolata e complessa.

Tettoia libera o tettoia ostruita? 

Supponiamo, ad esempio, di analizzare una tettoia a doppia falda con un ipotetico angolo di 10°, composta da un portale con dimensioni pari a 6,0 m di larghezza e un’altezza utile della colonna pari a 3,0 m.

Confrontando le sollecitazioni a cui sono interessate le membrature (Figura 4), secondo gli schemi riportati in precedenza, possiamo dedurre alcune considerazioni:

§  per la condizione di sovrappressione, possiamo notare come le indicazioni della Circolare 2009 portino, generalmente, ad un sistema di sollecitazioni più gravose rispetto alla condizione prescritta nella nuova Circolare;

§  per la condizione di sottopressione, invece, la condizione riportata nella Circolare 2019 risulta più molto più gravosa, in quanto, i coefficienti aerodinamici relativi all’ostruzione totale sono molto elevati.

Se la tettoia, quindi, può essere ipotizzata completamente ostruita (fatto abbastanza veritiero nella pratica professionale) con la nuova Circolare, si assisterà ad un sensibile aumento delle tensioni all’interno delle membrature. Questo aspetto comporterà sia un incremento del peso delle strutture e quindi delle masse a livello sismico, sia un aggravio delle opere di fondazione.

Sollecitazioni per un portale tipo: Circolare 2009 CF>0 (a1), Circolare 2019 CF>0, Circolare 2009 CF<0(b1) e Circolare 2019 CF<0 (b2)

Figura 4 – Sollecitazioni per un portale tipo: Circolare 2009 CF>0 (a1), Circolare 2019 CF>0, Circolare 2009 CF<0(b1) e Circolare 2019 CF<0 (b2)

A livello di calcolo la nuova metodologia, aumenterà sia il numero (teorico) delle combinazioni di carico sia le problematiche connesse con l’assunzione del grado di bloccaggio della struttura: ovviamente la Circolare 2019 chiarisce che si dovranno considerare “le condizioni di carico più gravose”.

E quindi?

Un problema che può sorgere sia a livello di controlli amministrativi (Enti) che tecnici (Collaudatori) è l’assunzione di un grado di bloccaggio (Φ) nullo. Infatti, ipotizzare in fase di calcolo che la tettoia in acciaio o legno sia completamente libera, porterebbe ad una sensibile riduzione delle tensioni sulle membrature e quindi a pesi e costi inferiori. Siamo proprio sicuri che tali “libertà” migliorino le nuove costruzioni? Vedremo.