Calcolatore Carico da Vento su Edifici (NTC 2018 / EC1)

Calcola la pressione del vento sugli edifici secondo Eurocodice 1 e NTC 2018: pressione cinetica di riferimento, coefficiente di esposizione, pressione di picco e forza risultante su una superficie. Gratis, in 5 lingue.

Parametri di calcolo
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Che cos'è il carico da vento e perché va calcolato

Il carico da vento è una delle azioni variabili principali sugli edifici, insieme al peso dei carichi accidentali e alla neve. Non si tratta solo di una forza orizzontale sull'edificio: il vento genera pressioni positive (spinta) sulle facciate esposte, depressioni (suzione) su quelle sottovento e sui tetti, sollecitazioni locali su coperture, tegole, pannelli fotovoltaici, insegne, camini. Il collasso da vento — parziale (perdita di tegole, sollevamento di coperture leggere, deformazione di serramenti) o totale (crollo di torri di raffreddamento, ponti sospesi come il Tacoma Narrows nel 1940) — è una delle cause principali di danno strutturale in molte regioni. Le norme NTC 2018 §3.3 (Italia), EN 1991-1-4 (Eurocodice 1 parte 1-4, internazionale), ASCE 7 (USA) forniscono metodi standardizzati per calcolare le pressioni di progetto in funzione della velocità del vento locale, dell'altezza, dell'esposizione del terreno e della geometria dell'edificio. Questo calcolatore implementa il metodo semplificato di NTC 2018 / EN 1991-1-4.

La formula fondamentale: q_b = ½·ρ·v_b²

La pressione cinetica di riferimento del vento è definita dalla legge di Bernoulli applicata a un flusso d'aria che si arresta contro una superficie:

q_b = ½ · ρ · v_b²

dove ρ = 1,25 kg/m³ è la densità dell'aria a 15 °C e livello del mare, e v_b è la velocità di riferimento del vento. Per l'Italia, NTC 2018 §3.3.1 definisce v_b,0 (velocità di riferimento a 10 m di altezza in campagna aperta, con periodo di ritorno 50 anni) per 9 zone geografiche: da 25 m/s (Pianura Padana, Val d'Aosta) a 31 m/s (Sicilia sud). Il valore va poi corretto per l'altitudine (c_a) se la costruzione è sopra i 500-1000 m sul livello del mare, per il tempo di ritorno diverso da 50 anni e per la stagionalità. Esempio: v_b = 25 m/s → q_b = 0,5·1,25·625 = 390,6 Pa (0,39 kN/m²).

Il coefficiente di esposizione c_e: rugosità del terreno e altezza

La velocità e la pressione del vento variano con l'altezza sul terreno (aumentano) e con la rugosità del terreno stesso (aumentano su terreno liscio, calano su terreno rugoso). Il coefficiente di esposizione c_e integra queste due dipendenze:

c_e(z) = [1 + 7·I_v(z)] · c_r²(z)

con c_r(z) = k_r·ln(z/z_0) coefficiente di rugosità, I_v = 1/ln(z/z_0) intensità di turbolenza, k_r = 0,19·(z_0/0,05)^0,07 fattore di categoria. La lunghezza di rugosità z_0 e l'altezza minima z_min dipendono dalla categoria di terreno (EN 1991-1-4 Tab. 4.1):

  • Cat. I Mare aperto, laghi, deserto: z_0 = 0,01 m, z_min = 2 m. Massima esposizione.
  • Cat. II Campagna aperta, praterie con ostacoli isolati: z_0 = 0,05 m, z_min = 4 m. È la categoria di riferimento.
  • Cat. III Sobborghi, foreste, aree industriali dispersi: z_0 = 0,3 m, z_min = 8 m.
  • Cat. IV Centri urbani densi, foreste: z_0 = 1,0 m, z_min = 16 m. Minima esposizione.

Esempio (z = 10 m, cat. II): c_e = 2,35. La pressione di picco è q_p = c_e·q_b, cioè 2,35·390,6 = 919 Pa. Questa è la pressione dinamica che tiene conto delle raffiche istantanee massime, non solo del vento medio.

Coefficienti aerodinamici c_p: pressioni positive e negative sull'edificio

La pressione effettiva agente su una superficie dell'edificio è w = q_p·c_p, dove c_p è il coefficiente aerodinamico (o coefficiente di forma) che dipende dalla geometria dell'edificio e dalla posizione della superficie. Valori indicativi (EN 1991-1-4 §7.2):

  • Facciata sopravento (parete direttamente esposta al vento): c_pe = +0,7 a +0,8 (pressione).
  • Facciata sottovento (parete opposta al vento): c_pe = −0,3 a −0,5 (suzione).
  • Pareti laterali: c_pe = −0,5 a −0,8 (depressione).
  • Copertura piana: c_pe = −0,7 a −1,4 sulle zone di bordo, −0,2 al centro (suzione).
  • Copertura a falde (pendenza 30°): sopravento c_pe = −0,5 a +0,7 secondo pendenza; sottovento c_pe = −0,3 a −0,5.
  • Zone d'angolo di edifici alti: c_pe fino a −1,4 (forti suzioni locali). Va progettato con attenzione il fissaggio di tegole/coperture di lamiera.
  • Coefficiente interno c_pi: +0,2 a +0,3 se predomina apertura sopravento; −0,3 a −0,5 se predomina apertura sottovento. La pressione netta su un pannello è w = q_p·(c_pe − c_pi).

Le suzioni sono spesso più critiche delle pressioni per gli elementi di rivestimento (coperture, serramenti, pannelli): tegole strappate dal vento sono un danno diffuso perché la suzione locale può raggiungere 2-3 kN/m² sui bordi delle coperture.

Zonizzazione del vento in Italia (NTC 2018)

La NTC 2018 §3.3.1 suddivide il territorio italiano in 9 zone con velocità di riferimento v_b,0 e altitudine di riferimento a_0 diverse. Riassunto (v_b,0 in m/s a livello del mare):

  • Zona 1: Valle d'Aosta, Piemonte, Liguria, Lombardia, Trentino-Alto Adige, Veneto, Friuli-V.G., Emilia-Romagna → v_b,0 = 25 m/s (a_0 = 1000 m).
  • Zona 2: Toscana, Marche, Umbria, Lazio → v_b,0 = 25 m/s.
  • Zona 3: Abruzzo, Molise, Puglia, Campania, Basilicata, Calabria → v_b,0 = 27 m/s.
  • Zona 4: Sicilia e province di Reggio Calabria → v_b,0 = 28 m/s.
  • Zona 5: Sardegna zona sopravento (coste ovest e nord-ovest) → v_b,0 = 28 m/s.
  • Zona 6: Sardegna zona sottovento (coste est e sud) → v_b,0 = 28 m/s.
  • Zona 7: Liguria costa → v_b,0 = 28 m/s (particolare esposizione).
  • Zona 8: Regione alpina → v_b,0 = 30 m/s (a_0 = 1500 m con maggiorazione altimetrica).
  • Zona 9: Sicilia sud (province Trapani, Agrigento) → v_b,0 = 31 m/s.

Per altitudini oltre a_0 si applica la correzione altimetrica: c_a = 1 + k_s·(a_s − a_0)/a_0, che può aumentare v_b del 20-50% in alta montagna.

La forza totale sulla superficie e le verifiche strutturali

La forza totale sul singolo pannello o facciata è: F = w·A = q_p·c_p·A. Esempio: parete sopravento 100 m² (10×10 m) con q_p = 919 Pa e c_pe = 0,8: F = 0,8·919·100 = 73 520 N = 73,5 kN. Questa forza deve essere trasferita dai pannelli di tamponamento (con ancoraggi calibrati) alla struttura portante (pilastri, travi) e da qui alle fondazioni. Le verifiche di progetto richieste (NTC 2018 §4.1.4, EC1):

  • Verifica di stabilità globale: ribaltamento, scorrimento della base per la spinta orizzontale totale del vento (somma vettoriale su tutte le facciate).
  • Verifica di resistenza degli elementi strutturali: pilastri, travi, controventi con sollecitazioni dal vento in combinazione SLU (γ_Q = 1,5).
  • Verifica dei tamponamenti: parete leggera, muratura, curtain-wall — deflessione limitata a L/300 (SLE) sotto pressione di progetto.
  • Verifica delle coperture: sollevamento (uplift) di tegole, pannelli sandwich, membrane. Le zone d'angolo e di bordo richiedono fissaggi aggiuntivi.
  • Verifica di risonanza (edifici snelli): torri, camini, ponti con frequenza naturale < 1 Hz possono entrare in risonanza col vento (vortex shedding). Analisi dinamica specifica secondo EN 1991-1-4 §6.

Errori comuni e effetti dinamici

  • Sottovalutare le suzioni sui tetti: le pressioni negative (uplift) su coperture leggere sono spesso più critiche del carico gravitazionale. In zone tornado la maggior parte dei danni è per sollevamento del tetto, non per crollo laterale.
  • Trascurare le pressioni interne c_pi: una porta o finestra aperta cambia radicalmente la distribuzione: da c_pi = −0,3 a +0,3 il carico netto sulla copertura può cambiare del 60% in un momento.
  • Ignorare i coefficienti di forma locali: pannelli angolari, cornicioni, sporti richiedono c_p locali fino a −2,0. Fissaggi standard sui bordi sono spesso insufficienti.
  • Confondere v_b con velocità istantanea: v_b è la velocità media su 10 minuti a 10 m di altezza in campagna, tempo di ritorno 50 anni. La velocità di picco delle raffiche (durata 3 secondi) può essere 1,5-1,7 volte v_b, e questo è già incluso nel calcolo di q_p via c_e.
  • Trascurare gli effetti dinamici per edifici snelli: edifici alti oltre 60 m o con periodo > 1 s richiedono l'analisi dinamica secondo EC1 §6, che introduce un "fattore dinamico" c_dyn spesso > 1,2 per amplificare le forze statiche.
  • Effetti aerodinamici: torri circolari (vortex shedding periodici che possono causare oscillazioni trasversali), ponti sospesi (flutter aeroelastico), tetti a cupola (vortici di bordo). Analisi CFD o galleria del vento per progetti importanti.

Come usare il calcolatore

Inserisci la velocità di riferimento del vento v_b in m/s (per Italia: 25 nord, 27 centro-sud, 28 Sicilia/Sardegna, 30 Alpi, 31 Sicilia sud — vedi NTC 2018 zonizzazione). Inserisci l'altezza z in m della superficie di interesse sul terreno (tipicamente il punto più alto dell'edificio o il centro della facciata considerata). Scegli la categoria di terreno in base alla morfologia del sito: 1 = mare aperto/lago (esposizione massima); 2 = campagna aperta con pochi ostacoli (riferimento); 3 = periferia, aree residenziali disperse, industriale; 4 = centro cittadino denso (esposizione minima). Inserisci il coefficiente di pressione aerodinamico c_p: +0,7-0,8 per facciate sopravento, -0,3-0,5 per sottovento, -0,7-1,4 per suzioni su tetti (usa segno negativo per la depressione). Inserisci l'area A della superficie in m² (parete, tetto, pannello, superficie di un pannello fotovoltaico). Il calcolatore restituisce la pressione cinetica di riferimento q_b, il coefficiente di esposizione c_e alla quota z, la velocità di picco equivalente v_p (utile per confronti con altre norme), la pressione di picco q_p, la pressione di progetto w = q_p·c_p sulla superficie, la forza totale F risultante in kN e una valutazione qualitativa dell'intensità.

Domande frequenti

Che differenza c'è tra v_b, v_m, v_p e le velocità di raffica?

v_b è la velocità di riferimento, media su 10 minuti a 10 m di altezza in campagna aperta con periodo di ritorno 50 anni: è il valore normativo tabellato per zona. v_m(z) è la velocità media a quota z sul terreno effettivo, corretta per rugosità: v_m = c_r(z)·v_b. v_p(z) è la velocità di picco equivalente calcolata dalla pressione di picco q_p, che include l'effetto delle raffiche istantanee: v_p = sqrt(2·q_p/ρ). La velocità di raffica reale (t = 3 s) può essere 1,5-1,8 volte v_m, e la sua variabilità è integrata nel fattore [1 + 7·I_v] del coefficiente di esposizione c_e.

Perché le suzioni sui tetti sono spesso più pericolose delle pressioni?

Perché il flusso d'aria che investe un edificio si separa sui bordi del tetto, creando vortici e zone di depressione intensa (suzione) sulle zone d'angolo, di bordo e in vicinanza di camini/lucernari. I coefficienti aerodinamici locali c_pe possono raggiungere −1,4 (bordo tetto piano) o −2,0 (angoli di tetti a falde ripide), producendo pressioni negative (uplift) di 1,5-3 kN/m². Questa forza tende a sollevare le tegole, i pannelli sandwich o le membrane, staccandole dai fissaggi. Nei tornado, la maggior parte del danno alle case è per il sollevamento del tetto, non per il vento laterale.

Come si sceglie la categoria di terreno corretta?

Osservando la rugosità media del terreno intorno al sito per almeno 10·z (dove z è l'altezza dell'edificio) o 500 m nella direzione del vento dominante. Cat. I (mare, laghi grandi, deserto) è appropriata solo per costruzioni entro 1 km dalla costa. Cat. II (campagna aperta con case isolate, siepi, alberi sparsi) è la più comune per la maggior parte del territorio italiano non urbanizzato. Cat. III (sobborghi, aree residenziali disperse, boschi radi, aree industriali) copre le periferie. Cat. IV (centro urbano denso con edifici alti almeno 15 m per almeno 15% dell'area) si applica solo ai centri storici e ai poli commerciali densi. In caso di dubbio, prevalere l'esposizione più severa (categoria minore).

Come tenere conto delle raffiche brevi (gust)?

Il metodo dell'Eurocodice tiene conto delle raffiche breve durata attraverso il coefficiente di esposizione c_e(z), che include il termine (1 + 7·I_v) dove I_v è l'intensità di turbolenza. Il fattore 7 è calibrato in modo che il prodotto (1+7·I_v)·v_m² corrisponda alla velocità di raffica di 3 secondi con probabilità corretta. Non serve quindi introdurre altri fattori di raffica: q_p già include la raffica di picco. Per edifici snelli e sensibili all'oscillazione (torri, ciminiere, ponti) va invece considerato il fattore dinamico c_d (o c_scd) che amplifica la risposta strutturale alla raffica: c_d = 1 per edifici tozzi (altezza < 15 m), fino a 1,2-1,5 per grattacieli.

Il calcolatore vale anche per pannelli solari sui tetti?

Sì, ma bisogna scegliere accuratamente il c_p. I pannelli fotovoltaici o solari termici installati su tetti piani o inclinati subiscono forze aerodinamiche significative: sopravento c_p può essere +1,2 (spinta) o -1,5 (suzione con vento contrario), tipicamente si progetta per il caso più critico. La forza sui fissaggi va calcolata considerando l'area del singolo pannello (tipicamente 1,7 m²) e la disposizione (file allineate proteggono in parte i pannelli sottovento, ma i primi 2-3 filari sono i più esposti). Per installazioni fotovoltaiche di grandi dimensioni si eseguono spesso studi CFD o gallerie del vento per validare i c_p locali. La normativa specifica CEI EN 61215/61730 non copre il calcolo del vento, che va fatto secondo EN 1991-1-4.

Che tempo di ritorno usa NTC 2018 per il vento?

Le velocità di riferimento v_b,0 tabellate in NTC 2018 §3.3.1 sono per tempo di ritorno T_R = 50 anni (probabilità di superamento annuale del 2%). Per T_R diversi (es. edifici temporanei, opere provvisorie, o edifici strategici come ospedali con T_R = 200 anni), si applica il fattore c_r(T_R) = ((1 − K·ln(−ln(1 − 1/T_R)))/(1 − K·ln(−ln(0,98))))^0,5 con K = 0,2. Per T_R = 200: c_r ≈ 1,14; per T_R = 10: c_r ≈ 0,85; per T_R = 5: c_r ≈ 0,75. Il coefficiente c_pi (coefficiente probabilistico) è indicato in NTC come α_p ed è funzione della classe d'uso.

Come confrontare i risultati con la norma americana ASCE 7?

L'ASCE 7 (USA) usa formulazioni simili ma con parametri leggermente diversi: velocità di riferimento a 10 m altezza in Exposure C (corrispondente a EC Cat. II), tempo di ritorno però T_R = 700 anni (nuova versione ASCE 7-16) o T_R = 50 anni (vecchia versione). Le pressioni di progetto ASCE 7 sono quindi tipicamente più alte di ~25-40% rispetto a EN 1991-1-4 con stessi parametri di base. Le categorie di esposizione ASCE 7 sono: B (suburb), C (open terrain), D (flat, unobstructed, or coastal). Non c'è categoria I (mare) — D copre già la costa. Per calcoli comparativi va prima riconvertita la velocità di riferimento al T_R corretto e all'esposizione equivalente.

Formula

{"latex":"q_{b}=\tfrac{1}{2}\rho v_{b}^{2};\quad c_{r}(z)=k_{r}\ln\!\tfrac{z}{z_{0}},\; k_{r}=0{,}19\!\left(\tfrac{z_{0}}{0{,}05}\right)^{\!0{,}07};\quad c_{e}(z)=\left(1+\tfrac{7}{\ln(z/z_{0})}\right)c_{r}^{2};\quad q_{p}=c_{e}q_{b};\quad w=q_{p}c_{p};\quad F=wA","variables":{"it":"q_b pressione cinetica di riferimento (Pa); ρ = 1,25 kg/m³ densità aria; v_b velocità del vento a 10 m in categoria II (valore normativo NTC 2018/EC1); z quota della superficie sul terreno (m); z_0 lunghezza di rugosità (0,01/0,05/0,3/1,0 m per categorie I/II/III/IV); z_min altezza minima (2/4/8/16 m); k_r fattore di categoria; c_r coefficiente di rugosità; c_e coefficiente di esposizione (turbolenza integrata); q_p pressione di picco alla quota z; c_p coefficiente aerodinamico esterno o interno (positivo pressione, negativo depressione); w pressione di progetto sulla superficie; F forza risultante sull'area A. Formulazione con orografia c_o = 1 (terreno pianeggiante).","en":"q_b reference velocity pressure (Pa); ρ = 1.25 kg/m³ air density; v_b wind velocity at 10 m in category II (code value per EC1/NTC 2018); z surface height above ground (m); z_0 roughness length (0.01/0.05/0.3/1.0 m for categories I/II/III/IV); z_min minimum height (2/4/8/16 m); k_r category factor; c_r roughness coefficient; c_e exposure coefficient (includes turbulence); q_p peak pressure at height z; c_p external or internal aerodynamic coefficient (positive pressure, negative suction); w design pressure on surface; F resultant force on area A. Formulation with orography c_o = 1 (flat terrain).","es":"q_b presión cinética de referencia (Pa); ρ = 1,25 kg/m³ densidad del aire; v_b velocidad del viento a 10 m en categoría II; z altura de la superficie sobre el terreno (m); z_0 longitud de rugosidad (0,01/0,05/0,3/1,0 m para categorías I/II/III/IV); z_min altura mínima (2/4/8/16 m); k_r factor de categoría; c_r coeficiente de rugosidad; c_e coeficiente de exposición; q_p presión de pico a altura z; c_p coeficiente aerodinámico externo o interno; w presión de proyecto; F fuerza resultante sobre A. Formulación con orografía c_o = 1 (terreno llano).","fr":"q_b pression cinétique de référence (Pa) ; ρ = 1,25 kg/m³ masse volumique de l'air ; v_b vitesse du vent à 10 m en catégorie II ; z hauteur de la surface au-dessus du sol (m) ; z_0 longueur de rugosité (0,01/0,05/0,3/1,0 m pour catégories I/II/III/IV) ; z_min hauteur minimale (2/4/8/16 m) ; k_r facteur de catégorie ; c_r coefficient de rugosité ; c_e coefficient d'exposition ; q_p pression de pointe à hauteur z ; c_p coefficient aérodynamique externe ou interne ; w pression de projet ; F force résultante sur A. Formulation avec orographie c_o = 1 (terrain plat).","de":"q_b Referenz-Geschwindigkeitsdruck (Pa); ρ = 1,25 kg/m³ Luftdichte; v_b Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe in Kategorie II; z Höhe der Fläche über Gelände (m); z_0 Rauhigkeitslänge (0,01/0,05/0,3/1,0 m für Kategorien I/II/III/IV); z_min Mindesthöhe (2/4/8/16 m); k_r Kategoriefaktor; c_r Rauhigkeitsbeiwert; c_e Expositionsbeiwert; q_p Böendruck in Höhe z; c_p äußerer oder innerer aerodynamischer Beiwert; w Bemessungsdruck; F resultierende Kraft auf A. Formulierung mit Orografie c_o = 1 (ebenes Gelände)."}}

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