Analisi delle forze agenti su una struttura reticolare esposta al vento tramite un mezzo poroso equivalente

Dipartimento di ingegneria

Corso di laurea magistrale in ingegneria civile per la protezione dai rischi naturali

Un modello poroso equivalente per lo studio dell'azione del vento su una struttura reticolare

Relatore: Prof. Pietro Prestininzi

Studente: Andrea Candia

Correlatori: Dott. Stefan Pollak, Dott. Rossella Siani

A.A: 2018/2019

Azione del vento sulle strutture

L'analisi di una struttura esposta al vento è un'operazione generalmente complessa: il vento applica sulla costruzione nel suo complesso, e sui suoi singoli elementi componenti, un sistema di azioni aerodinamiche, funzioni della forma, dell'orientamento, dell'intensità e della direzione del vento, oltre che delle dimensioni del corpo investito.

Obiettivi dello studio

• Concepire e implementare un modello di mezzo poroso continuo equivalente, dal punto di vista dell'interazione fluidodinamica, per strutture costituite da travature reticolari modulari.
• Applicare il modello ad un caso studio: una costruzione reticolare in bambù, la cui geometria risulta essere particolarmente complessa.

Struttura "Paguro"

Progettata dagli architetti Stefan Pollak e Rossella Siani, nell'ambito della ricerca Digital Nature. La costruzione è prevista per luglio 2020 ad Auletta, piccolo borgo in provincia di Salerno, si configura come una copertura per eventi. Le aste che compongono la griglia sono realizzate in bambù di origine italiana, ovvero vengono coltivate e raccolte in provincia di Lucca.

Nelle analisi che seguono viene studiato il comportamento della struttura sottoposta all'azione del vento, che può provocare lo sfilamento delle aste dalla base di supporto. In base ai risultati ottenuti delle reazioni vincolari della struttura, si possono fornire dati utili per una progettazione maggiormente sicura del vincolo.

Modulo elementare

• Larghezza: 38.76 cm
• Altezza: 41.79 cm
• Spessore: 0.6 cm
• Larghezza dell'asta: 3.1 cm
• Area della sezione: 365.58 cm²
• Volume: 219.35 cm³
• Porosità: 0.735

Metodologia di analisi

"Galleria del vento":

• Calibrazione: stima delle forze agenti sul modulo reticolare, determinazione dei parametri caratteristici
• Previsione: applicazione del metodo alla struttura considerata sotto forma di continuo poroso
• Validazione: prove in "galleria del vento" sul modulo

Modello matematico

• Equazioni di Navier-Stokes:
  • Continuità: ∇·v = 0
  • Velocità del fluido
  • Densità del fluido
  • Pressione del fluido
  • Forza peso
  • Viscosità cinematica
• Turbolenza: lunghezza caratteristica, numero di Reynolds
• Modello k-ε