Efforts climatiques Effet du vent - IUTenligne

1 IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 1/28 Efforts climatiques Effet du vent 1 GENERALITES .. 2 Objectifs et mod lisation des actions du vent .. 2 ) Objectifs .. 2 ) Actions du vent .. 2 Notions .. 3 Pr requis .. 5 Domaine d application et limites du cours .. 5 ) Domaine d application .. 5 ) Limites du 5 2) VITESSE DU VENT .. 6 ) D termination de la vitesse de r f rence du vent .. 6 ) vb,0 : valeur de base de la vitesse de r f 6 ) vb : vitesse de r f rence du vent .. 6 ) D termination de la vitesse moyenne du vent .. 8 ) Turbulence du vent .. 11 ) v : cart type de la composante turbulente de la vitesse du vent .. 11 ) Iv(z) : intensit de la turbulence de la vitesse du vent .. 11 ) qp(z) : pression dynamique de pointe .. 12 3) BATIMENTS .. 13 ) B timent ou ouvrage isol ? .. 13 ) cs et cd : coefficients structuraux .. 13 ) cpe et cpi : coefficients de pression - g n ralit s.

2 16 ) cpe : coefficient de pression ext rieure .. 16 ) Influence de l aire de l l ment tudi .. 16 ) Influence de la position pour une paroi verticale (murs) .. 17 ) Parois horizontales (toitures terrasses) .. 18 ) Parois inclin es 1 versant (toitures mono-pente) .. 19 ) Parois inclin es 2 versants (toitures bi-pente) .. 20 ) Autres cas .. 21 ) cpi : coefficient de pression int rieure .. 21 ) Cas o le b timent ne poss de pas de face dominante .. 22 ) Cas o le b timent poss de une face dominante .. 22 ) wi, we : pressions a rodynamiques sur les b timents .. 23 ) we : pression a rodynamique agissant sur les surfaces ext rieures .. 23 ) wi : pression a rodynamique agissant sur les surfaces int rieures .. 23 ) Fw : force normale exerc e par le vent sur un l ment .. 23 4) OUVRAGES ISOLES NOTIONS .. 23 ) D finition .. 23 ) Cp,net : coefficient de pression des l ments isol 23 5) FORCES DE FROTTEMENT.

3 23 6) EXERCICE .. 24 7) METHODOLOGIE D ETUDE DU VENT SUR UN BATIMENT A BASE RECTANGULAIRE .. 25 8) ZONES DE VENT .. 28 IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 2/28 1 GENERALITES Objectifs et mod lisation des actions du vent ) Objectifs Le vent, agissant sur une structure, engendre une d form e, ventuellement un arrachement d l ments .. Par cons quent, il provoque des Efforts sur les diff rentes parois qu il rencontre. Ce cours a pour objet de mod liser cette action sous forme de chargements (force ponctuelle, charge lin ique, charge surfacique). Cet effort fait partie des charges variables, et plus particuli rement des charges dites climatiques . ) Actions du vent L Effet du vent est une action tr s complexe. Il est donc indispensable de prendre des hypoth ses simplificatrices, sans trop s loigner des ph nom nes r els. Cas d un mur isol : Analysons le parcours de l air : - _____ - _____ - _____ - _____ Ce filet de vent provoque des _____ _____tr s al atoires (forces surfaciques normales aux parois).

4 Les pressions seront compt es positives alors que les d pressions seront compt es n gatives. L Effet du vent est dynamique. Il varie d intensit au cours du temps. Mais par souci de simplification, nous nous rapprocherons d un effort statique, constant par zone, et qui soit s curitaire (plus d favorable). Lorsque le vent agit lat ralement sur la paroi, des _____se d veloppent. G n ralement, le vent souffle selon une direction quelconque. Cependant, nous pouvons consid rer que les effets les plus d favorables sont obtenus lorsqu il suit les directions principales de l ouvrage. Vent soufflant dans toutes les directions Directions retenues par raison de simplification Cas d un b timent ferm : Le vent arrivant sur la premi re face est chass lat ralement ou d vi au dessus de l ouvrage. Des turbulences sont ainsi engendr es. En fonction de ses positions horizontale et verticale, les pressions du vent sur la paroi peuvent varier.

5 D finitions Filet du vent action du vent action simplifi e Frottements IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 3/28 Un ph nom ne de pression ou d pression int rieure se superpose ces Efforts ext rieurs (forces normales et frottements). Si les ouvertures sont majoritairement au vent _____ _____ Si les ouvertures sont majoritairement sous le vent_____ _____ surpression int rieure d pression int rieure Notions Les effets du vent ont pour base la m canique des fluides. Cette action climatique engendre principalement des Efforts de surpression et d pression. Elle fait partie des actions variables (dans le temps) et fixes (dans l espace), ce qui peut provoquer parfois un Effet tr s d favorable de r sonance de la structure. Plus la vitesse du vent sera importante, _____ Cette vitesse est fonction : temps vitesse 10 min 50 ans Temps de retour : 50 ans Lieu d implantation de l ouvrage Direction Nord 0 - 360 Sud 180 Ouest 270 Les vitesses de vent proches de la mer sont plus lev es que dans les terres Vents forts en provenance du Nord/ouest Une construction temporaire peu de chance de subir la temp te du si cle !

6 Influence de la vitesse du vent IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 4/28 D autres param tres influencent l Effet de cette charge climatique sur l ouvrage. On peut noter : temps Vitesse du vent Turbulence du vent Fr quence de vibration (dimensions, mat riau, syst me porteur) Forme du b timent (a rodynamisme) Hauteur hauteur z1 Les masques z2 Vitesse 100 m > vitesse 5 m au dessus du sol La vitesse du vent est moindre derri re une colline ou un immeuble Le vent peut tre acc l r par endroit Influence de l environnement (rugosit ) Mer Rase campagne V g tation / village Ville saison vitesse avril octobre avril Saison En hiver, les temp tes sont plus violentes La rugosit du sol ralenti le vent faible altitude Position des ouvertures Etendue de la surface Petites surfaces + d favorables IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 5/28 Pr requis Pour bien comprendre la logique du r glement vent (EC1-4)

7 , il est indispensable d avoir des notions de m canique des fluides et de s y rattacher d s que possible (en consid rant, par exemple, que le b timent est dans un venturi ou qu il est noy pour imaginer des courants nautiques, par exemple. Le th or me de Bernoulli, propos des pressions sur les parois, sera ma tris par l apprenant). Il faut aussi avoir quelques connaissances en m canique des structures (statique principalement) et en m canique vibratoire (le terme de r sonance ne doit pas tre totalement inconnu). Domaine d application et limites du cours ) Domaine d application La partie de l EN 1991 donne des r gles et des m thodes de calcul de l action du vent sur des b timents de hauteurs inf rieures 200 m. Cette partie de l Eurocode 1 traite aussi des chemin es, des tours en treillis et les ponts (route, rail et passerelle) courants. Ne sont pas concern s par cette partie, les ponts haubans ou suspendus, les m ts hauban s et les ouvrages en mer.

8 Pour les ouvrages complexes, il est recommand de r aliser des essais en soufflerie. Les ouvrages de g nie civil sont soumis l action du vent. Cette action peut tre dimensionnante dans le cas de constructions l g res ou fragiles (c'est- -dire principalement les ouvrages en charpentes assez peu pour les ouvrages en b ton). Il est donc indispensable de pouvoir valuer les effets climatiques engendr s par ces courants d air. ) Limites du cours Le r glement est assez complexe. Selon les formes des b timents, leurs hauteurs .. les abaques sont diff rents. Ce cours se limite donc l tude de structures particuli res donc les conditions sont : - ouvrage en France m tropolitaine ; - structure acier ou b ton (pour les coefficients de vibration) ; - hauteur inf rieure 200 m ; - b timent base rectangulaire ; - perm abilit (surface des ouvertures sur chaque face / surface totale de la face) < 0,3 ; - terrain plat ; - pas d obstacle au vent (type collines ou immeubles) ; - 2 pans de toiture au maximum (toiture plate, 1 pan ou 2 pans) ; Dans les autres cas, il est imp ratif de se reporter la norme.

9 Par d finition, nous prendrons les hypoth ses simplificatrices suivantes : - Effet du vent d vaforable lorsqu il souffle selon les directions principales de l ouvrage (sans faire tourner la direction du vent) ; - p riode de retour de 50 ans ; - forces de frottement n gligeables dans la plupart des cas. Par grand vent, nous supposerons que les portes et fen tres sont ferm es (hormis la porte la plus grande cas suppos le plus d favorable pour quitter le b timent). IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 6/28 2) VITESSE DU VENT ) D termination de la vitesse de r f rence du vent ) vb,0 : valeur de base de la vitesse de r f rence La valeur de base de la vitesse de r f rence du vent, not e vb,0, correspond la vitesse moyenne sur 10 minutes observ e 10 m au dessus du sol en terrain d gag (maximum observ tous les 50 ans(*)). Elle n est fonction que de l emplacement de l ouvrage.

10 Valeur de base de la vitesse de r f rence vb,0 La carte de droite permet de d terminer sa valeur : Carte 1 : vb,0 Exercice 1 : d terminer la vitesse de base Grenoble : _____ ) vb : vitesse de r f rence du vent La vitesse du vent observable en rase campagne 10 m de hauteur d pend, entre autres, de deux param tres : la saison et la direction. La vitesse de r f rence du vent se distingue de la vitesse de base par la prise en compte de ces deux ph nom nes : bb,0dirseasonvvcc= 10 m saison vent 10 m Vitesse de r f rence vb vitesse avril vb octobre avril Nord 0 - 360 Sud 180 Est 90 Ouest 270 Cdir : Influence de la provenance du vent Csaison : Influence de la saison IUTenligne ( ) SST3 Effet du vent selon l EC1-4 Page n 7/28 Le coefficient de direction cdir permet de minorer jusqu 30% la vitesse du vent. Cette minoration est fonction de l emplacement de l ouvrage : Zones Secteur 1 Secteur 2 direction cdir direction cdir Dir1 [150 - 10 ]1 [10 - 150 ] 0,70 Dir2 [150 - 70 ]1 [70 - 150 ] 0,70 Dir3 [250 - 50 ]1 [50 - 250 ] 0,85 Exercice 2 : d terminer le coefficient cdir Grenoble pour un vent en provenance de l Est : _____ Le coefficient de saison cseason permet de minorer jusqu 20 % la vitesse de r f rence du vent.