CARICO DEL VENTO

Il calcolo del carico del vento in Ucraina è disciplinato dalle norme edilizie statali, in particolare dalla DBN В.1.2-2:2006 “Carichi e azioni. Norme di progettazione”. Questo documento stabilisce i principi fondamentali per la determinazione della pressione del vento sulle superfici di edifici e opere, tenendo conto della loro forma, altezza, ubicazione e delle caratteristiche dell’edificato circostante. Il valore base della pressione del vento (W0) per le diverse zone eoliche dell’Ucraina è il punto di partenza per tutti i calcoli. Ad esempio, per la maggior parte del territorio ucraino W0 varia da 0,38 kPa a 0,55 kPa, corrispondente a una velocità del vento compresa tra 27 m/s e 33 m/s. Tuttavia, questi valori vengono corretti mediante una serie di coefficienti.

I principali coefficienti correttivi comprendono: il coefficiente di altezza (kz), che tiene conto della variazione della velocità del vento con l’altezza; il coefficiente di rugosità del terreno (kt), che dipende dal tipo di territorio (aperto, urbano, ecc.); e i coefficienti aerodinamici (c), che descrivono la forma dell’edificio e il suo orientamento rispetto al flusso del vento. I coefficienti aerodinamici possono essere sia positivi (per il lato sopravvento, generando pressione) sia negativi (per il lato sottovento e la copertura, generando depressione o effetto di sollevamento). Ad esempio, per i tetti a falde i coefficienti c possono variare da +0,8 a -1,5 a seconda dell’angolo di inclinazione e della zona del tetto. Un’analisi dettagliata di questi coefficienti è di importanza critica per determinare con precisione il carico del vento complessivo su ciascuna superficie della struttura. L’uso di metodologie moderne, come la modellazione CFD (Computational Fluid Dynamics), consente di ottenere valori più precisi dei coefficienti aerodinamici per forme architettoniche uniche, che vanno oltre i casi standard descritti nella DBN.

L’applicazione delle tecnologie di modellazione informativa degli edifici (BIM) migliora sensibilmente la qualità e la precisione dei calcoli del carico del vento. Il BIM consente di integrare le informazioni architettoniche, strutturali e impiantistiche in un unico modello tridimensionale, semplificando l’analisi dell’interazione dell’edificio con l’ambiente circostante. I moderni strumenti BIM, come Autodesk Revit e Graphisoft Archicad, combinati con software di analisi (ad esempio Ansys Fluent, OpenFOAM per il CFD), permettono di condurre un’analisi simulativa dettagliata dei flussi di vento attorno all’edificio. Ciò comprende la visualizzazione delle zone di pressione elevata e di depressione, nonché la determinazione dei carichi massimi locali, che possono essere notevolmente superiori ai valori medi. Ad esempio, sugli angoli degli edifici o sul colmo del tetto, i coefficienti aerodinamici possono raggiungere valori 2-3 volte superiori a quelli delle superfici piane.

Grazie alla modellazione BIM, gli ingegneri progettisti possono non solo calcolare con precisione i carichi del vento statici e dinamici, ma anche ottimizzare la forma dell’edificio, la disposizione delle aperture finestrate e dei materiali per aumentarne la resistenza al vento. Questo approccio consente di individuare i potenziali punti deboli della struttura già in fase di progettazione, riducendo al minimo i rischi durante la costruzione e l’esercizio. L’integrazione dei dati sul carico del vento direttamente nel modello BIM favorisce l’aggiornamento automatico dei calcoli in caso di modifiche al progetto, garantendo un’elevata coerenza tra i diversi specialisti. Ciò è particolarmente rilevante per forme architettoniche complesse o per edifici realizzati con materiali innovativi, come i pannelli XLAM, dove la precisione dei calcoli ingegneristici è di importanza decisiva.

Il carico del vento ha un’influenza significativa sulle caratteristiche termotecniche degli edifici, in particolare sul coefficiente di trasmittanza termica (U-value, o R-value per la resistenza termica) delle strutture di involucro. Ciò avviene attraverso due meccanismi principali: lo scambio termico convettivo sulla superficie esterna e l’infiltrazione d’aria. Ad alte velocità del vento, l’intensità dello scambio termico convettivo aumenta, il che provoca un raffreddamento più rapido delle superfici esterne di pareti e copertura. Ciò, a sua volta, aumenta la differenza di temperatura tra l’ambiente interno ed esterno, incrementando le dispersioni termiche per conduzione. Tuttavia, un’influenza molto maggiore è esercitata dall’infiltrazione d’aria indotta dal vento attraverso giunti, fessure ed elementi costruttivi non a tenuta.

L’infiltrazione di aria fredda attraverso micro-fessure nelle strutture di involucro riduce l’efficacia dell’isolamento termico, aumentando di fatto il coefficiente U-value dell’intera struttura. Anche con piccole differenze di pressione generate dal vento, attraverso queste fessure può penetrare un volume d’aria significativo. Secondo la DBN В.2.6-31:2016 “Isolamento termico degli edifici”, la tenuta del contorno d’aria è di importanza critica per raggiungere i valori normativi di U-value. Per garantire caratteristiche termotecniche ottimali, la progettazione prevede l’uso di membrane a tenuta d’aria, sigillanti e guarnizioni in tutti i nodi di giunzione. L’efficacia di queste misure è direttamente proporzionale alla capacità della struttura di resistere alle pressioni e alle depressioni del vento, il che garantisce la stabilità del microclima e riduce i costi di riscaldamento e climatizzazione. Inoltre, la corretta progettazione dei moderni sistemi di ventilazione con recupero di calore può contribuire a ridurre al minimo le perdite di energia grazie a un ricambio d’aria controllato, indipendentemente dalle condizioni di vento.

La struttura di copertura è uno degli elementi dell’edificio più vulnerabili al carico del vento, in particolare alla depressione (effetto di sollevamento) sui tetti a falde e sul perimetro della copertura. Un’analisi dettagliata dei nodi di fissaggio dei puntoni è di importanza critica per garantirne la resistenza al vento. Il compito principale è realizzare una giunzione affidabile dei puntoni con la trave di gronda (murlatto), della trave di gronda con il cordolo superiore delle pareti, nonché degli elementi della capriata tra loro. Si utilizzano fissaggi in acciaio zincato, come angolari, piastre, bulloni, viti autofilettanti e legature metalliche. La standardizzazione dei nodi di fissaggio deve corrispondere ai valori di calcolo del carico del vento previsti dalla DBN В.1.2-2:2006.

Per aumentare la resistenza al vento si utilizzano le seguenti soluzioni costruttive: rinforzo dei fissaggi dei puntoni alla trave di gronda con tirafondi o apposite piastre antivento; uso di staffe metalliche o fasce “antivento” che fissano i puntoni alla trave di gronda e quest’ultima al cordolo armato o alla parete. Nelle zone di maggiore depressione del vento, come gronde e colmi del tetto, è necessario aumentare la densità degli elementi di fissaggio o utilizzare fissaggi con maggiore capacità portante. Ad esempio, per i manti di copertura come le tegole, è importante utilizzare fissaggi meccanici aggiuntivi (viti autofilettanti, ganci) nelle zone di gronda, di colmo e negli angoli del tetto. Inoltre, l’integrità del “pacchetto” di copertura e il corretto fissaggio di tutti i suoi strati (barriera al vapore, isolamento termico, barriera all’acqua, controlistellatura, listellatura) sono altrettanto importanti. Elementi fissati in modo insufficiente possono essere strappati dal vento, causando il collasso dell’intera struttura di copertura. Grazie a queste soluzioni, anche forme architettoniche complesse, come nel progetto “Dyvysh”, possono essere protette in modo affidabile.

La scelta dei materiali e delle tecnologie costruttive svolge un ruolo chiave nel garantire la resistenza al vento dell’edificio. Le moderne soluzioni ingegneristiche consentono di progettare strutture in grado di resistere a carichi del vento estremi, tipici di determinate regioni. Tra questi materiali figurano, ad esempio, legno di alta qualità (legno lamellare GL24h), capriate metalliche, elementi in cemento armato e materiali compositi. Per i sistemi di copertura, i più esposti agli effetti del vento, si utilizzano manti resistenti al distacco, come le coperture a falda metallica aggraffata, le tegole bituminose ad alta adesione, oppure le tegole in ceramica con incastri meccanici e fissaggi aggiuntivi.

Anche le tecnologie costruttive hanno la loro importanza. Le case a telaio richiedono un’attenzione particolare alla rigidità del telaio, all’uso di controventi e al corretto fissaggio del rivestimento. Per gli edifici a più piani, soggetti a notevoli carichi dinamici del vento, si possono utilizzare speciali sistemi di smorzamento o dissipatori di vibrazioni, che riducono l’ampiezza delle oscillazioni. Meritano particolare attenzione i sistemi di facciata esterni. Le facciate ventilate devono avere un fissaggio affidabile di ogni pannello e della sottostruttura, per evitarne il distacco sotto l’azione di venti forti. L’esperienza di esercizio di edifici in condizioni di elevata attività eolica (ad esempio in zone montane o su coste esposte) dimostra che l’investimento in materiali di qualità e in un montaggio professionale si ripaga sempre in termini di maggiore sicurezza e durabilità dell’edificio. Inoltre, il carico del vento incide indirettamente sulla necessità di una fondazione affidabile e corretta, poiché le forze orizzontali vengono trasmesse alla base.

Oltre ai carichi del vento statici, considerati come una pressione o depressione costante, un ruolo importante è svolto dai carichi del vento dinamici. Essi derivano dalla turbolenza del flusso di vento e provocano pulsazioni di pressione che possono causare vibrazioni e oscillazioni delle strutture. Gli effetti dinamici sono particolarmente marcati per gli edifici alti, flessibili o leggeri, nonché per le strutture con luci significative, come ponti o grandi coperture. La DBN В.1.2-2:2006 tiene conto delle componenti dinamiche del carico del vento mediante coefficienti di dinamicità, che dipendono dal periodo proprio di oscillazione dell’edificio e dal decremento logaritmico delle oscillazioni. Tuttavia, per opere complesse e di grande altezza sono necessari metodi più avanzati.

I metodi di calcolo dei carichi del vento dinamici comprendono l’analisi modale (determinazione delle frequenze proprie e delle forme di oscillazione della struttura), nonché il metodo dei carichi statici equivalenti, che tiene conto della risposta dinamica dell’edificio. Per le opere di importanza critica si utilizza la modellazione aerodinamica in galleria del vento, dove un modello in scala dell’edificio viene sottoposto a un flusso di vento controllato. Ciò consente di ottenere dati precisi sulla distribuzione della pressione, nonché di valutare fenomeni aeroelastici, come il flutter o il galoppo, che possono causare oscillazioni distruttive. I risultati di questi studi consentono di progettare sistemi di smorzamento efficaci e di ottimizzare la rigidità delle strutture, per garantirne la stabilità anche in condizioni di vento a raffica ed evitare fenomeni di risonanza. Tenere conto della dinamica del vento è un passo necessario per garantire l’affidabilità degli edifici moderni in un clima mutevole.

Anche in presenza di requisiti normativi chiari e strumenti moderni, gli errori nella progettazione e nel montaggio di elementi soggetti al carico del vento sono un fenomeno diffuso, che può avere conseguenze catastrofiche. Uno degli errori più frequenti è la sottovalutazione dei carichi di picco locali, in particolare sugli angoli degli edifici, sulle gronde e sui colmi dei tetti. I calcoli standard si basano spesso su valori medi, mentre proprio queste zone subiscono la massima depressione o pressione. Ciò porta a un fissaggio insufficiente dei materiali di copertura o degli elementi di facciata, che in seguito vengono strappati dal vento forte.

Un altro errore comune è trascurare il tipo di terreno e la sua conformazione. Un edificio situato in un’area aperta o sulla cima di una collina è soggetto a carichi del vento molto maggiori rispetto a uno circondato da un edificato denso. La mancata considerazione di questi fattori porta a sottostimare i carichi di calcolo. Anche la scelta errata degli elementi di fissaggio o un montaggio di scarsa qualità sono aspetti critici. Ad esempio, l’uso di chiodi al posto di viti autofilettanti o bulloni nella struttura di copertura, una profondità di ancoraggio insufficiente o la violazione della tecnologia di sigillatura dei giunti riducono tutti la resistenza al vento della struttura. Un problema importante è anche l’assenza di controllo qualità in tutte le fasi della costruzione, dalla progettazione al montaggio finale. Ispezioni regolari e il rispetto della documentazione di progetto sono la garanzia per evitare questi errori tipici e assicurare la durabilità e la sicurezza dell’edificio in presenza di sollecitazioni del vento.