Sforzi su una trave reticolare immersa in acqua corrente

[Betoniera]

Nel nostro lavoro, ogni tanto, capita qualcosa di curioso da calcolare, senza riferimenti precisi nelle nostre Norme Tecniche.
Presento questo caso semplice, ma al tempo stesso significativo, che dimostra come le divisioni tra ingegneria civile, meccanica e aeronautica sia del tutto fittizie e che le cose, in realtà sono tutte interconnesse.
Mi è stato chiesto di calcolare una travatura reticolare in acciaio inox che deve essere immersa in una vasca di depurazione con liquido alto 10 m vincolata, in basso, sul fondo vasca e, in lato, al bordo vasca fuori dall'acqua.
Il problema è che l'acqua è in movimento, pertanto c'è il problema di calcolare la spinta dell'acqua sulla travatura.
Inutile dire che nelle NTC non c'è nessuna indicazione al riguardo.
Ho consultato un Docente che, correttamente, mi ha indicato la strada da seguire.
Ho attinto alle formula che si utilizzano in aeronautica per il calcolo della resistenza al vento.
La cosa interessante è che quelle formule valgono per qualsiasi fluido viscoso a condizione di rimanere in un range di numero di Reinold.
L'aria è un fluido viscoso, l'acqua è un fluido viscoso.

Nella prima figura è riportato il calcolo della resistenza di un tubo tondo (Carrello diametro 0,1 m e lunghezza 1 m ) all'avanzamento nell'aria alla velocità di 100 km/h. La resistenza è di 3,78 kg.
Nella stessa figura vengono riportati i valori della viscosità di alcuni materiali, tra cui anche l'acqua.

Nella seconda figura è riportato il calcolo della resistenza di un tubo tondo (Trave diametro 0,1 m e lunghezza 1 m) all'avanzamento nell'acqua alla velocità di 5 km/h. La resistenza è di 7,72 kg.
La formulazione è identica, cambiano Densità e Viscosità del fluido.
Penso che quelle formulazioni abbiano carattere generale e possano essere utilizzate per risolvere problemi di questo tipo.
Oltre tutto viene indicato anche come calcolare il numero di Reinold che è citato nelle nostre NTC senza l'indicazione di come calcolarlo.
Ciao, alla prossima

 

[Mattymecc]

Ciao betoniera grazie per questo esempio interessante che hai condiviso con noi...
La trave reticolare era a tubolari tondi?
Se le aste fossero a L o di altro tipo esisterebbero formule applicabili per ottenere il numero di Reynolds e il Cd?

P.s. posso chiederti da che libro hai preso la tabellina dei Cd?

 

[Betoniera]

Ciao Mattymecc
Vedo che sei piuttosto curioso anche tu e segui i miei interventi.
In realtà, per motivi di spazio, ho tagliato un pò l'immagine che conteneva il coefficiente di forma cD delle sezioni.
Sotto vedi la tabella completa. Ad esempio un profilo a T ha coefficiente cD = 2
Questi coefficienti sono del tutto analoghi ai coefficienti di forma Cp indicati nelle norme tecniche per le costruzioni.
Quelli che vedi sono facili da reperire nei testi di aeronautica.
Sono appassionato di alianti e ho letto qualche testo di meccanica del volo per capire le forze che si generano sia in un profilo alare, sia nelle altre parti del velivolo.
Approfondendo l'argomento della resistenza dei fluidi viscosi, del regime laminare e del regime turbolento, ho scoperto molte affinità con i calcoli che facciamo noi civili per la resistenza al vento.
In effetti, a pensarci bene, le formule che usiamo noi non sono altro che una esemplificazione di ciò che fanno gli ingegneri aeronautici.
Meno male c'è qualcuno curioso come me, altrimenti sembra di parlare al muro.
Ciao, alla prossima.

 

[Mattymecc]

Grazie per la tabellina completa betoniera...
Ho guardato un po' in rete ed in effetti mi è parso di capire che fornisca tabelle simili a queste anche l'eurocodice 3, nella parte in cui tratta delle ciminiere e delle torri, ma solo relativamente al vento...

 

[Betoniera]

L'azione del vento sulle costruzioni civili e le tabelle coi coefficienti di forma si trovano nella Circolare C.S.LL.PP. 21-01-2019 n. 7 al punto C.3.3. Il coefficiente è indicato con lettera Cp (coefficiente di pressione).
Altra norma molto avanzata sul vento è la CNR DT 207/2008 dove trovi altri coefficienti cp relativi alle costruzioni con migliori spiegazioni.
In edilizia civile, si considera un coefficiente di pressione Interno ed uno esterno, per cui trovi coefficienti sia Cpe esterni, sia CPi interni.
Cpe è equivalente al coefficiente cD in aeronautica e hanno più o meno hanno valori abbastanza coincidenti.
E' interessante notare, ad esempio, che il coefficiente cp per i cartelli è indicato in 1,8.
Nella tabella che ti ho trasmetto il coefficiente cD su una superficie piana varia da 1,18 a 1,95 a seconda del rapporto dei lati.
E' ovvio che, in edilizia, occorre esemplificare, ed è quello che fa la normativa.
Però ci sono dei fenomeni che non possono essere trascurati.
Nelle torri, nelle ciminiere e nei cavi c'è il fenomeno del distacco dei vortici che fanno oscillare e vibrare la struttura.
per evitare questo fenomeno si mettono delle lame ad elica nelle ciminiere e un filo avvolto ad elica nei cavi.
Il discorso del vento è complesso e va approfondito se vuoi fare lo strutturista.
Ciao.

 

[Mattymecc]

Sul fenomeno del distacco dei vortici ho letto un interessantissima discussione su un altro forum, che nello specifico riguardava il fenomeno della fatica indotto da tale fenomeno...