AZIONI DEL VENTO SULLE STRUTTURE - INTRODUZIONE ALL'INGEGNERIA DEL VENTO

Ingegneria del Vento

· INTRODUZIONE ALL’INGEGNERIA DEL VENTO

· AMBITO DELL’INGEGNERIA DEL VENTO

· APPROCCIO NUMERICO

· APPROCCIO SPERIMENTALE

AMBITO DELL’INGEGNERIA DEL VENTO

L’Ingegneria del Vento o WE (Wind Engineering) è quella branca dell’Ingegneria che si occupa dello studio degli effetti del vento sulle costruzioni e sviluppa i criteri di progettazione tali da prevenire i danni e i disagi che il vento può causare. Prevedere il comportamento dinamico delle strutture all’azione del vento (per esempio nel caso dei ponti sospesi) è di fondamentale importanza, in quanto condiziona in maniera determinante le scelte progettuali. La WE, come disciplina di studio dell’ingegneria strutturale, ha conosciuto negli ultimi decenni un notevole sviluppo teorico-sperimentale. L’interesse per queste ricerche è andato progressivamente aumentando in relazione all’incremento di vulnerabilità delle strutture all’azione del vento. Questa maggiore vulnerabilità delle costruzioni alle azioni eoliche è dovuta alla loro elevata flessibilità e snellezza: in questa ipotesi le strutture sono generalmente poco smorzate e quindi più sensibili alle vibrazioni.

Lo sviluppo dell’Ingegneria delle Strutture, infatti, consente oggi l’utilizzo sia di materiali da costruzione più resistenti di quelli impiegati tradizionalmente in ambito civile, che di tecnologie costruttive avanzatissime. Questo, grazie anche all’impiego di potenti codici di calcolo (soprattutto agli elementi finiti), permette di sfruttare i materiali in condizioni limiti e di operare con margini di sicurezza minori. Tuttavia, all’aumento di flessibilità per alcune tipologie di strutture (ponti sospesi, antenne per telecomunicazioni) non deve corrispondere solamente un pari incremento di resistenza meccanica, ma vi dev’essere anche una notevole resistenza all’instabilità aeroelastica. Ciò è dovuto al fatto che costruzioni aventi particolari morfologie strutturali sono interessate da fenomeni di interazione tra il moto dell’aria e quello conseguente della struttura (ad esempio il flutter per i ponti sospesi ed il lock-in per le antenne snelle). La comprensione generale di quest’ultima problematica costituisce uno degli aspetti maggiormente caratterizzanti la WE. Lo studio dell’interazione fluido-struttura è attualmente oggetto di complesse ricerche, sia sul piano teorico che su quello sperimentale.

APPROCCIO NUMERICO

Da un punto di vista teorico il problema viene affrontato attraverso l’impiego di sofisticate tecniche di analisi numerica (metodo degli elementi finiti) che tendono a simulare i sistemi strutturali il più fedelmente possibile, per poter formulare previsioni sulla capacità portante e sulla durabilità. Accanto alla corretta modellazione delle proprietà strutturali in senso stretto, e quindi anche delle eventuali non linearità (sia per geometria che per materiali), per le strutture dinamicamente eccitabili si pone anche il problema della simulazione del vento come fenomeno naturale, dinamico, aleatorio. Nel caso di strutture snelle, sensibili all’azione del vento, risulta quindi indispensabile integrare i modelli computazionali delle strutture con quelli di simulazione del vento. Per questo motivo l’Ingegneria del Vento si avvale, in condizioni di vento di elevata turbolenza, anche di complesse procedure numeriche sviluppate nell’ambito della Fluidodinamica Computazionale ovvero CFD (Computational Fluid-Dynamics).

APPROCCIO SPERIMENTALE

Qualora risulti indispensabile valutare una corretta quantificazione delle azioni e degli effetti del vento su costruzioni di rilevante impegno strutturale, accanto ad un’analisi numerica del complesso fluido-struttura si affianca anche un approccio sperimentale. Il ricorso alla sperimentazione avviene fondamentalmente utilizzando modelli in galleria del vento. I risultati consistono nella misurazione degli effetti indotti dal vento incidente su modelli in scala, in modo da soddisfare le condizioni di similitudine geometrica imposta dal flusso generato. La riproduzione in scala riguarda, oltre l’oggetto direttamente investito dall’azione del vento, anche le altre costruzioni o ostacoli presenti nelle immediate vicinanze dello stesso, in modo da riprodurre correttamente le condizioni locali di flusso nella zona di interesse. Le misurazioni che vengono effettuate sono generalmente volte alla caratterizzazione delle azioni globali sulla struttura o alla valutazione delle azioni locali, valutate in campo dinamico, attraverso la misurazione della pressione istantanea in più punti della struttura stessa.