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C3.3.11 DISTACCO DI VORTICI¶

Indice interno

Circolare

Circolare¶

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Per strutture o elementi strutturali snelli di forma cilindrica, quali ciminiere, torri per l'illuminazione, elementi di travi reticolari, ponti ed edifici alti, si deve tener conto dell'effetto dinamico dovuto al distacco alternato dei vortici da un lato e dall'altro del corpo investito dal vento. Esso produce una forza di tipo armonico ortogonale alla direzione del vento e all'asse del corpo cilindrico, la cui frequenza \(f_s\) è data dalla formula di Strouhal:

\[n_s = \frac{St \cdot v_m}{b} \tag{C3.3.9}\]

dove:

b è la dimensione di riferimento della sezione trasversale del corpo;
\(v_m\) è la velocità media del vento;
St è il numero di Strouhal, funzione della forma della sezione, del suo orientamento rispetto alla direzione del vento e del numero di Reynolds. Il suo valore può essere ricavato da dati suffragati da opportuna documentazione o da prove sperimentali in galleria del vento. A titolo indicativo, St = 0,2 per le sezioni circolari (dove b è il diametro), St = 0,1 per le sezioni quadrate (dove b è il lato).

La velocità critica di distacco dei vortici per l'\(i\)-esimo modo di vibrazione della struttura perpendicolare alla direzione del vento, \(v_{cr,i}\), è la velocità media del vento \(v_m\) che determina una condizione di risonanza \(n_s = n_k\) ad una generica quota z della struttura. Dalla [C3.3.9] risulta:

\[v_{cr,i} = \frac{n_i \cdot b}{St} \tag{C3.3.10}\]

Si raccomanda di valutare gli effetti del distacco dei vortici, facendo ricorso a dati suffragati da opportuna documentazione o tramite metodi analitici, numerici e/o sperimentali adeguatamente comprovati, per tutte le velocità critiche che soddisfano la relazione:

\[v_{cr,i} < v_{m,l} \tag{C3.3.11}\]

dove \(v_{m,l}\) è la velocità media del vento, valutata alla quota alla quale si attua la velocità critica, per un periodo di ritorno \(T_R\) pari a 10 volte il periodo di ritorno di progetto indicato al §3.3.2 per valutare la velocità di riferimento \(v_r\).

Si osservi cha la condizione critica di risonanza dà luogo ad oscillazioni tanto più grandi quanto più piccolo è il numero di Scruton fornito dall'espressione:

\[Sc = \frac{4\pi \cdot m \cdot \xi}{\rho \cdot b^2} \tag{C3.3.12}\]

dove:

m è la massa del corpo per unità di lunghezza;
ξ è il coefficiente di smorzamento strutturale;
ρ è la densità dell'aria assunta convenzionalmente costante e pari a 1,25 kg/m³.

In termini generali può dirsi che:

se Sc > 30, il distacco dei vortici non è in generale particolarmente gravoso; tuttavia, si suggerisce di effettuare ugualmente opportune verifiche;
se 5 < Sc < 30, il distacco dei vortici va analizzato nei riguardi delle verifiche agli SLU e della fatica indotta dalla ripetizione dei cicli di oscillazione;
se Sc < 5, le vibrazioni indotte dal distacco dei vortici possono essere di grande ampiezza e notevolmente pericolose; si raccomanda pertanto massima cautela.