Il carico neve sulle coperture: calcolo e combinazioni secondo le NTC 2008

Approfondiamo un argomento di grande interesse: cos’è il carico neve, come si calcola e come viene considerato dalle NTC 2008 in combinazione fondamentale statica e sismica

L’azione del carico neve sulle coperture e in generale sulla statica degli edifici è una di quelle tematiche dell’ingegneria strutturale che spesso finiscono per essere messe in secondo piano nelle discussioni tra professionisti a favore di altre molto più gettonate, come la sismica.

I tragici fatti accaduti a gennaio 2017 in Abruzzo però ci hanno ricordato che, non solo l’azione della neve sia un argomento estremamente attuale in gran parte del nostro Paese, ma anche che la sua azione possa coincidere temporalmente con quella di un sisma di forte intensità, come uno di quelli registrati lo scorso 18 gennaio nel Centro Italia.

L’azione combinata di neve, anche a bassa quota, e terremoto ha causato infatti diversi crolli su edifici storici, capannoni e stalle, le cui strutture erano già state messe alla prova dagli eventi sismici dei mesi precedenti.

Alla luce di ciò, con questo articolo abbiamo deciso di fare un quadro su come le NTC 2008, attualmente in vigore, trattino l’azione del carico neve, sia a sé stante, che in combinazione con un’azione sismica.

Il carico neve

Quando si fa riferimento al carico neve si intende un carico verticale agente sulle coperture. Secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 è valutato attraverso questa espressione:

qs = µi ⋅ qsk ⋅ CE ⋅ Ct

dove:

  • q è il carico neve sulla copertura;
  • µi  è il coefficiente di forma della copertura;
  • qsk è il valore caratteristico di riferimento del carico neve al suolo [kN/m2], per un periodo di ritorno di 50 anni;
  • CE è il coefficiente di esposizione;
  • Cè il coefficiente termico.

Si ipotizza che il carico agisca in direzione verticale e lo si riferisce alla proiezione orizzontale della superficie della copertura. Andando ad analizzare rapidamente i vari coefficienti che lo compongono abbiamo:

μi = coefficiente di forma della copertura

Il Coefficiente di forma della copertura dipende dall’inclinazione della stessa. Da ciò ne deriva che al diminuire dell’inclinazione il coefficiente aumenti. Ovviamente nel caso peggiore, ossia di una copertura orizzontale piana, il coefficiente sarà massimo.

qs = valore caratteristico di riferimento del carico neve al suolo [kN/m2]

Il valore qdipende dalla zona d’Italia in cui è edificata la struttura in analisi. Il territorio nazionale è diviso in 3 zone a seconda della probabilità e dell’intensità di eventuali precipitazioni nevose.

Dalla zona dipende dunque il valore caratteristico del carico neve o la formula per determinarlo quando l’altitudine è superiore ai 200 m:

Zona I – Alpina (Aosta, Belluno, Bergamo, Biella, Bolzano, Brescia, Como, Cuneo, Lecco, Pordenone, Sondrio, Torino, Trento, Udine, Verbania, Vercelli, Vicenza)
as<200m –> ​qsk = 1,50 kN/m2
as>200m –> ​qsk = 1,39 [1 + (as/728)2] kN/m2

Zona I – Mediterranea (Alessandria, Ancona, Asti, Bologna, Cremona, Forlì-Cesena, Lodi, Milano, Modena, Novara, Parma, Pavia, Pesaro e Urbino, Piacenza, Ravenna, Reggio Emilia, Rimini, Treviso, Varese)
as<200m –> ​qsk = 1,50 kN/m2
as>200m –> ​qsk = 1,35 [1 + (as/602)2] kN/m2

Zona II (Arezzo, Ascoli Piceno, Bari, Campobasso, Chieti, Ferrara, Firenze, Foggia, Genova, Gorizia, Imperia, Isernia, La Spezia, Lucca, Macerata, Mantova, Massa Carrara, Padova, Perugia, Pescara, Pistoia, Prato, Rovigo, Savona, Teramo, Trieste, Venezia, Verona)
as<200m –> ​qsk = 1,00 kN/m2
as>200m –> ​qsk = 0,85 [1 + (as/481)2] kN/m2

Zona III (Agrigento, Avellino, Benevento, Brindisi, Cagliari, Caltanisetta, Carbonia-Iglesias, Caserta, Catania, Catanzaro, Cosenza, Crotone, Enna, Frosinone, Grosseto, L’Aquila, Latina, Lecce, Livorno, Matera, Medio Campidano, Messina, Napoli, Nuoro, Ogliastra, Olbia Tempio, Oristano, Palermo, Pisa, Potenza, Ragusa, Reggio Calabria, Rieti, Roma, Salerno, Sassari, Siena, Siracusa, Taranto, Terni, Trapani, Vibo Valentia, Viterbo)
as<200m –> ​qsk = 0,60 kN/m2
as>200m –> ​qsk = 0,51 [1 + (as/481)2] kN/m2

CE = coefficiente di esposizione

Può essere utilizzato per modificare il valore del carico neve in copertura in funzione delle caratteristiche specifiche dell’area in cui sorge l’opera. I valori proposti al riguardo sono riportati in questa tabella (cliccateci sopra per ingrandirla):

Tabella coefficienti di esposizione

CT = coefficiente termico

Può essere utilizzato per tener conto della riduzione del carico neve a causa dello scioglimento della stessa, causata dalla perdita di calore della costruzione. Tale coefficiente tiene conto delle proprietà di isolamento termico del materiale utilizzato in copertura. In assenza di uno specifico e documentato studio, deve essere utilizzato C = 1.

 

Il carico neve nella combinazione statica

Dopo aver descritto il carico neve e la modalità di calcolo di questo carico di tipo gravitazionale e quindi verticale, andiamo a vedere come si combina con le altre azioni.

Al punto 2.5.3 le NTC 2008 presentano le varie combinazioni di calcolo e i relativi coefficienti per le azioni variabili. La combinazione fondamentale, generalmente impiegata per gli stati limite ultimi (SLU) è la seguente:

γG1⋅ G1 + γG2⋅ G2 + γP⋅ P + γQ1⋅ Qk1 + γQ2⋅ ψ02⋅ Qk2 + γQ3⋅ ψ03⋅ Qk3 + …

Di solito il carico neve calcolato come da paragrafo precedente, viene considerato come carico Qk2 o Qk3. L’attribuzione dell’uno o dell’altro dipende dalla presenza di carichi ulteriori come il carico vento.

I coefficienti di combinazione ψ nel caso della combinazione statica, sono tratti dalla tabella che segue (cliccateci sopra per ingrandirla):

Tabella 2.5.1 - Valori dei coefficienti di combinazione

Come si può facilmente notare, gli ψ0j cioè quelli della prima colonna della tabella, sono i più penalizzanti per la struttura sottoposta al carico della neve.

 

Il carico neve combinato all’azione sismica

E se ci trovassimo nel caso della contemporanea presenza di azione sismica e azione della neve? La NTC08 definisce come combinazione sismica, impiegata per gli stati limite ultimi e di esercizio connessi all’azione sismica E, la seguente combinazione di azioni:

E + G1 + G2 + P + ψ21⋅ Qk1 + ψ22⋅ Qk2 + …

Dove gli effetti dell’azione sismica saranno valutati tenendo conto delle masse associate ai seguenti carichi gravitazionali:

G1 + G2 + ∑jψ2jQkj

Come si può notare, l’azione della neve Qk2 o Qkj in entrambe le combinazioni sottostà a dei coefficienti di combinazione di tipo ψ2,j.

Andando a leggere nuovamente la tabella 2.5.1 dei coefficienti di combinazione vista sopra, nell’ambito di una combinazione sismica, scopriamo come i valori ψ2,j (nella terza colonna) per la neve si riducano a:

  • ψ2, j = 0,0 per quota ≤ 1000 m s.l.m.
  • ψ2, j = 0,2 per quota > 1000 m s.l.m.

Ne risulta che in caso di combinazione sismica, rispetto alla combinazione statica, il carico neve viene o annullato oppure considerato al 20% nel caso di quota > 1000 m s.l.m. Nella pratica dei fatti questo significa che:

per un edificio costruito ad una quota di 900 m s.l.m., se si considerano nella progettazione gli effetti dell’azione sismica, il carico della neve all’interno del computo è pari a zero.

Probabilmente, anche basandosi dalla normativa europea, si è tenuto conto dell’improbabilità della contemporanea manifestazione di un sisma di forte entità e di neve copiosa. Tuttavia, viste le peculiari caratteristiche del territorio italiano e come dimostrato dai fatti di gennaio 2017, nel nostro Paese sono presenti zone con accelerazione sismica di base elevata che al tempo stesso sono anche aree montuose e collinari soggette a inverni rigidi e nevicate.

Sarebbe opportuna, di conseguenza, una riflessione sul tema mirata per esempio ad aumentare il valore dei coefficienti ψ2, j per il carico neve in combinazione sismica oppure a considerare più casi rispetto ai due già presenti (ossia < 1000 m s.l.m. e > 1000 m s.l.m.) in base alle diverse altitudini dei luoghi.

(Fonte articolo: kimia.it)

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