Le calcul de la charge de vent est une étape importante dans la conception des toits plats. Pourtant, on lui accorde rarement suffisamment d'attention.
Découvrez dans ce blog ce qu'est la charge de vent, pourquoi le calcul de la charge de vent est important et quels sont les facteurs à prendre en compte.
Qu’est-ce que la charge de vent ?
La charge de vent sur les toits plats correspond à la différence, sur l'ensemble de la structure du toit, entre la dépression et la surpression à l'intérieur d'un bâtiment. La dépression est causée par l'aspiration du vent à l'extérieur du bâtiment.
La charge totale du vent dépend de trois facteurs :
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la pression dynamique d'aspiration du vent qp, exprimée en Pa ;
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le coefficient de pression intérieure cpi qui indique la surpression à l'intérieur du bâtiment ;
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le coefficient de pression extérieure cpe qui représente la dépression (aspiration) à l’extérieur du toit.
Pourquoi est-il important de calculer la charge de vent ?
Calculer la charge de vent sur un toit n'est pas chose aisée. La tâche est particulièrement ardue pour les bâtiments de forme irrégulière. C'est pourquoi ce calcul est souvent erroné – voire n’est pas effecté du tout. Pourtant, il est très important de calculer (correctement) la charge du vent sur les toits plats.
Le calcul de la charge du vent est essentiel pour déterminer le système de toiture approprié (collé, mécanique ou lesté). Sans calcul - ou si le calcul est erroné - un système de toiture inapproprié peut être choisi, avec toutes les conséquences possibles que cela engendre.
La puissance d’aspiration du vent, par exemple lors d'une tempête, peut soulever l'ensemble du système de toiture. Cela provoque de graves dommages et compromet l'intégrité et la stabilité du bâtiment.
De manière générale, le risque de dommages sur les toitures augmente également. En raison du changement climatique, la fréquence et la force des tempêtes et des rafales augmentent. Il est donc d'autant plus important de calculer correctement la charge de vent.
Qui est responsable du calcul ?
Les concepteurs de toit sont toujours responsables du calcul de la charge de vent et doivent partager leurs plans avec le couvreur. Le plan doit comporter le calcul et les marquages des différentes zones du toit. Ces zones indiquent les forces du vent qui agissent sur les différentes parties du toit. Grâce à ce plan, le couvreur peut déterminer le nombre de fixations nécessaires, le type de colle à utiliser ou le poids du lestage.
Quels facteurs jouent un rôle dans le calcul ?
Le bâtiment, l’emplacement et l’environnement
Les calculs de la charge de vent tiennent compte de la hauteur, de la forme et de l'emplacement (coordonnées GPS) d'un bâtiment. En outre, il faut également tenir compte de l'environnement.
En ce qui concerne l'environnement, il existe en Belgique quatre zones avec des vitesses de vent de référence correspondantes.
Carte avec les vitesses de vent de référence en Belgique, présentée par la CSTC.
Rugosité du terrain
La catégorie de rugosité du terrain d'un bâtiment est également importante. Ce facteur est l'un des plus difficiles à déterminer.
En Europe, on distingue cinq catégories de rugosité du terrain :
- 0 : mer ou zone côtière exposée aux vents marins
- I : lac ou zone à végétation extrêmement basse sans obstacles
- II : zone à végétation basse, avec ou sans obstacles isolés à une distance d'au moins vingt fois leur hauteur les uns des autres
- III : zone à végétation régulière, avec des bâtiments ou des obstacles isolés distants entre eux d'une distance n'excédant pas vingt fois leur hauteur
- IV : zone urbaine dans laquelle au moins 15 % de la superficie est occupée par des bâtiments dont la hauteur moyenne est supérieure à 15 mètres.
La taille de la zone à considérer dépend de la hauteur du toit. Plus le toit est haut, plus la zone dont la catégorie de rugosité doit être déterminée est grande. Dans cette zone, la catégorie la plus défavorable doit être retenue pour chaque direction de vent. Les zones dont la superficie est limitée (moins de 10 % de la zone en question) peuvent être ignorées.
Zones de toit
La façon dont la force du vent agit sur un toit diffère sur toute la surface du toit. C'est pourquoi les toits sont divisés en quatre zones différentes.
Le vent agit le plus fortement aux angles du toit, car de petits tourbillons s'y forment. La zone des bords subit moins de pression. Dans les deux zones centrales, la force du vent est la plus faible.
Cela explique pourquoi les systèmes de toiture doivent généralement être fixés « plus fermement » sur les bords du toit (avec davantage de vis ou un lestage plus lourd).
Les systèmes de toit possibles
Le calcul de la charge de vent est utilisé pour sélectionner le système de toiture approprié. Ce calcul permet de répondre aux questions posées pour chaque système :
- Systèmes entièrement ou partiellement collés : la colle offre-t-elle une résistance à la traction suffisante aux vitesses de vent maximales ?
- Systèmes à fixation mécanique : combien de vis sont nécessaires ? À quelles distances les fixations doivent-elles être appliquées et quels types de vis et de plaques de répartition sont appropriés ?
- Systèmes lestés : quel doit être le poids du lest pour protéger le système non fixé des vitesses maximales du vent ?
Lorsque la résistance au vent d'un système collé s'avère insuffisante dans les coins d'une toiture, on peut passer à un système de fixation mécanique. Il est également possible d'ajouter un lestage qui absorbe la charge de vent restante. Naturellement, il est essentiel que le lestage soit suffisamment stable au vent. C'est pourquoi, surtout dans les coins, il est recommandé d'utiliser des tuiles plutôt que des blocs légers. Dans la zone centrale du toit, du gravier peut être utilisé dans certains cas.
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