L'un des événements les plus dangereux survenant lors d'un ouragan, d'une tornade ou d'une tempête de vents linéaires est le soulèvement et l'arrachage complet d'une toiture. La physique qui explique ce phénomène repose sur la pression dynamique du vent, c'est-à-dire la pression induite directement par la vitesse du vent.
La pression correspond à une force par unité de surface. Ainsi, une pression de 10 livres par pied carré (psf), soit environ 0,48 kilopascal, devient une force considérable lorsqu'elle s'applique sur une grande superficie. Par exemple, un pan de toiture présentant une surface de 100 pieds carrés (environ 9,3 m²) subira une force totale de 1 000 livres (10 psf × 100 pieds carrés), soit environ 4,45 kilonewtons.
La force nécessaire pour soulever une toiture est extrêmement variable : elle dépend de la direction du vent, des matériaux de construction utilisés ainsi que du système de support de la charpente.
Matériel nécessaire
- Stylo
- Papier
- Calculatrice
Instructions
Étape 1 : Calculer la pression dynamique du vent
Déterminez la pression exercée par le vent à l'aide de la formule de pression dynamique :
P = ½ × ρ × v²
dans laquelle P représente la pression en livres par pied carré (psf), ρ la masse volumique de l'air en livres par pied cube (lb/ft³) et v la vitesse de l'air en pieds par seconde (fps).
Prenons l'exemple d'un vent soufflant à 100 mph (environ 161 km/h), soit 146,67 fps (environ 44,7 m/s), avec une masse volumique de l'air de 0,075 lb/ft³ (environ 1,2 kg/m³). Le calcul donne une pression d'environ 806,7 psf, soit près de 38,6 kPa.
Étape 2 : Déterminer la résistance maximale de la toiture
Déterminez la force maximale que la toiture peut supporter avant de céder. À titre d'exemple, imaginons une toiture résidentielle dont la surface exposée au vent est de 125 pieds carrés (environ 11,6 m²) et qui peut résister à une force de 110 000 livres (environ 489 kN).
Étape 3 : Calculer la force totale exercée sur la toiture
Multippliez la pression dynamique par la surface exposée de la toiture afin d'obtenir la force maximale appliquée : 806,7 psf × 125 pieds carrés, soit environ 101 000 livres de force (environ 449 kN). Cela signifie qu'une toiture conçue pour résister à 110 000 livres devrait supporter cette vitesse de vent sans être arrachée.
Remarques importantes
Ce calcul simplifié ne tient pas compte de facteurs tels que les rafales, la forme du bâtiment, l'altitude ou les coefficients de pression locaux. Pour toute évaluation sérieuse, référez-vous aux normes en vigueur dans votre région ou consultez un ingénieur en structure qualifié.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/building-designs/1007115078.html