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Calcul de charges climatiques selon l'Eurocode 1 et applications pratiques

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Env. 40 message Puy De Dome
Bonjour à tous,

je m'intéresse au calcul des charges climatiques (neige et vent) pour mon habitation en vue d'établir par la suite :

  • une descente de charges de l'existant et d'une extension projetée
  • un dimensionnement de la charpente de l'extension
  • une estimation de la charge admissible de la charpente de l'existant, en vue d'une rénovation thermique (augmentation de l'épaisseur, avec des isolants plus denses que la laine de roche en place, avec peut-être une partie en sarking)
j'ai trouvé sur le net des documents explicitant le mode de calcul selon l'eurocode 1-3 et 1-4 , ce qui m'a permis de commencer à élaborer une feuille de calcul pour mon cas personnel et de valider son fonctionnement par les exemples d'application fournis ;
si pour la neige cela reste assez accessible, pour le vent , cela ... décoiffe davantage


la toiture : 2 pans, pente 18,5°

Neige
zone A2, altitude 600m (coefficients d'exposition et thermique laissés à 1, pas de majoration pour faible pente)

charge caractéristique à 600m : 45 + 45 = 90daN

je dois considérer :
  • la charge sans accumulation : 72daN/m²
  • la charge avec accumulation : 36daN/M² pour un versant et 72daN/m² pour l'autre
  • la charge exceptionnelle sans accumulation : 80daN/m²
je suppose que je retiens pour les calculs ultérieurs à L'ELU et l'ELS (en situation durable) la valeur la plus défavorable donc 72daN, et 80daN en situation accidentelle.


Vent

j'ai d'abord validé le fonctionnement de ma feuille de calcul à l'aide du e-cahier 3779  du cstb "méthode simplifiée pour la détermination de l'action du vent selon l'Eurocode 1 p1-4" : quelques paramètres (direction, saison, orographie, structural ...) sont ignorés (valeur 1).

puis l'ai adaptée pour une toiture à deux pans avec l'exemple d'application trouvé dans un article "Techniques de l'ingénieur : Actions du vent sur les bâtiments selon l'Eurocode 1 – Partie 1-4"; je retrouve bien les valeurs trouvées dans les exemples d'application. 

dans un premier temps, j'ai retenu les Cpe pour une pente à 15° et n'ai pas procédé à une interpolation.

selon l'eurocode 1 :
  • on établit, selon la direction du vent (0 ou 90°) un zonage de la toiture;  à chaque zone sont appliqués des coefficients de pression extérieure
  • le calcul est effectué en prenant compte 2 valeurs possibles de pression intérieure, et selon différentes combinaisons entre versant au vent, et versant opposé : au final, cela donne pour chaque zone de multiples valeurs de forces (en pression ou dépression).
je ne suis pas sûr de mon fait pour la procédure à suivre visant à passer de ces forces localisées à une force globalement appliquée pour le calcul de la charge à l'ELU (G + coeff1 Wind + coeff2 Snow ) , donc ici pour la composante Wind.

dans l'optique des applications prévues, je formule plusieurs hypothèses, pourriez-vous les confirmer ou infirmer ?

a) ne considérer que les coefficients de pression extérieure de type Cpe,10 (pour une surface chargée de plus de 10m²) car je lis qu'ils "permettent le calcul de la structure portante" , a contrario des Cpe,1 à utiliser plutôt pour des fixations par exemple

b) ne retenir dans les forces calculées que les pressions, donc forces positives qui vont "peser" sur la structure, a contrario des dépressions qui vont plutôt avoir un effet de soulèvement

c) retenir la valeur la plus défavorable pour chaque zone

si ces hypothèses sont vérifiées on obtient, pour chaque zone des 2 zonages (selon la direction du vent 0° ou 90°), une force max à prendre en compte dans le calcul des charges, positive ou nulle.

pour l'existant, cela donne  des pressions nulles pour une direction du vent de 90°,  les forces calculées s'exerçant toutes en soulèvement.

pour une direction de 0° : j'obtiens pour le versant au vent 40daN/M² en zones F, G, H ; pour le versant sous le vent 24daN/m² en zones I et J. Les deux versants pouvant être au vent, je ne retiens que la valeur correspondante (F,G,H) soit 40daN/m² pour toute la toiture.

ma démarche est-elle correcte jusque là ?

questions subsidiaires:
1) l'existant est un R+1 avec sous-sol enterré sur 3 côtés (seul un pignon est non enterré) : quelle hauteur de bâtiment retenir dans ce cas, la hauteur de ce pignon (9m) ou du reste de l'existant (6,5 m) ?

2) lorsque l'on parle de direction du vent à 0° ou 90°, cet angle est déterminé par rapport à quoi ?


merci d'avance pour vos éclaircissements
eseb
Messages : Env. 40
Dept : Puy De Dome
Ancienneté : + de 4 ans
 
Env. 4000 message 06 (6)
Ne vous prenez pas la tête pour vos travaux de charpente...

Allez dans la section devis charpente du site, remplissez le formulaire et vous recevrez jusqu'à 5 devis comparatifs de charpentiers de votre région. Comme ça vous ne courrez plus après les charpentiers, c'est eux qui viennent à vous

C'est ici : https://www.forumconstruire.com/construire/devis-0-8-devis_charpente.php
 
Env. 4000 message 06 (6)
Bonjour

Je vois que vous avez compris le fonctionnement de l'EC1. En fait, il est assez compliqué au niveau du vent, et il vaut mieux se faire des simplifications.
Le coefficient cs, par exemple, c'est un pensum. On le prend à 1, même si après moult calculs on trouvera peut-être 0.9 ou 0.95.

A part ça :

Citation: je suppose que je retiens pour les calculs ultérieurs à L'ELU et l'ELS (en situation durable) la valeur la plus défavorable donc 72daN, et 80daN en situation accidentelle


Les coefficients de pondération sont différents pour les différentes charges. Et si vous êtes en bois, les coefficients sur les matériaux changent aussi selon le type de charges. L'accidentelle peut être la plus défavorable en ELU, mais en en ELS on ne la considère pas. Ce sera le vent et neige, en général, le plus mauvais pour la flèche.
Il est possible que la situation sans vent ni neige, sous seul poids propre, soit la plus défavorable, en bois, si vous avez des matériaux un peu lourds.

Citation: a) ne considérer que les coefficients de pression extérieure de type Cpe,10 (pour une surface chargée de plus de 10m²) car je lis qu'ils "permettent le calcul de la structure portante" , a contrario des Cpe,1 à utiliser plutôt pour des fixations par exemple


Les Cp1, ou entre 1 et 10, c'est selon la surface de toiture considérée pour l'élément. Ainsi, les chevrons peuvent être plus chargés au m² que les pannes sur lesquelles ils s'appuient. t ça joue donc sur les fixation des chevrons (si nécessaire).
Attention aux arrachements en bords et angles de toits.

Citation: 1) l'existant est un R+1 avec sous-sol enterré sur 3 côtés (seul un pignon est non enterré) : quelle hauteur de bâtiment retenir dans ce cas, la hauteur de ce pignon (9m) ou du reste de l'existant (6,5 m) ?


En fait, la hauteur de la construction telle que le vent la voit. Ce qui fait deux cas. Mais ça fera peu de différence, peut être pas du tout même à ces faibles hauteurs (sous Zo)

Citation: 2) lorsque l'on parle de direction du vent à 0° ou 90°, cet angle est déterminé par rapport à quoi ?

Les croquis inclus dans l'Eurocode montrent où est la direction du vent par rapport au bâtiment et les zones de toit, avec les angles.
Mon avis, non professionnel, ne peut servir d’étude pour une réalisation.
Messages : Env. 4000
De : 06 (6)
Ancienneté : + de 5 ans
 
Env. 40 message Puy De Dome
Bonjour Ilovir,

merci pour votre réponse ...

vous me dites que j'ai compris le fonctionnement de l'EC1, puis-je en déduire que la démarche que j'ai exposée vous semble correcte ?

je ne prétends pas avoir tout compris loin s'en faut, c'est pourquoi les précisions de personnes qui comme vous maitrisent ces sujets sont précieuses.

j'ai continué à étudier l'EC1 et découvert qu'en toute rigueur, j'aurais dû :
  •  procéder à une interpolation logarithmique selon la surface pour les zones de surface entre 1 et 10m² (typiquement F,G)
  •  procéder à une interpolation linéaire pour une pente différente de celles répertoriées dans les tableaux de l'EC1
c'est en cours d'intégration dans ma feuille de calcul (cela donne des formules longues comme le bras )
 
par ailleurs, les charges trouvées sans tenir compte de ce qui précède étaient les mêmes pour les zones d'un versant, ce qui est un cas particulier. J'aimerais donc trouver une procédure plus générique, ce qui pourra également profiter à d'autres que moi.

j'ai vu comment calculer un cpe (ou pression) moyen(ne), en déterminant la moyenne pondérée par leur surface des cpe (pressions) de chaque zone concernée.

Application pour la descente de charges sur un mur  (avec des copies issues du logiciel Acord Expres, que je trouve très didactique sur l'EC1 et dont j'ai téléchargé une version de démonstration ; les données ne correspondent pas à mon habitation mais à celles d'un cas exemple dans le logiciel ;

ma toiture ne comporte apparemment pas de sablière : une panne la remplace, située juste derrière le mur long pan : les charges de la toiture reposent donc essentiellement sur les murs pignons par l'intermédiaire des pannes.

- je détermine une pression moyenne par versant comme évoqué ci-dessus
    pour chacune des deux directions de vent normalisées (0° et 90°)
    pour chacune des valeurs de cpi (-0.3 ou 0.2)
    pour une direction de 0° : pour chacune des combinaisons entre cpe <0 et cpe >0
   
cela donne quelque chose de ce genre:
pour le mur long pan:



pour le mur pignon:






détermination de la pression à considérer globalement pour un pignon :
ici, comme dans mon cas personnel, la direction face au pignon ne donne que des dépressions, je l'ignore donc.

et pour la direction face au long pan, je retiens la pression max (soit 21.2) en considérant que les vents sont symétriques (cdir=1) pour chaque long pan ? c'est correct ?


détermination de la dépression à considérer globalement pour le pignon :
(ou si cela arrive pour la pression globale, lorsque les pressions sont non nulles en direction 90°)

dans ce cas, l'on a des valeurs pour chacune des directions du vent (0° et 90°): on retient également la valeur max (soit ici -32) ou c'est plus subtil que cela ?


question subsidiaire :comment gérer les avancées de toiture ? 

fait on un calcul avec les dimensions b et d sans les avancées pour calculer les forces sur les murs, puis en intégrant les avancées pour celles de la toiture ? je ne sais pas pour les autres, mais Acord Express ne gère qu'une seule dimension b,d pour les murs et la toiture ; si j'intègre les avancées, cela va fausser le zonage des murs, et si je ne le fais pas, les avancées ne sont pas prises en compte...

je ne sais pas si j’interprète correctement ce schéma :





si l'on imagine le vent face au mur représenté, il va exercer une pression sur le mur et par ricochet sur la face inférieure mais si l'on se place dans l'optique de calcul sur la toiture, il s'agira d'une force de soulèvement donc d'une dépression ?

il y aurait donc un bilan à effectuer entre la pression (positive) du vent sur la face supérieure (ici selon zone F ou G) et la pression (négative) sur la face inférieure?

Edit: les images sont lisibles au format originel en prévisualisation, mais réduites une fois le message publié, ce qui oblige à cliquer dessus pour les visualiser au bon format : il y a moyen d'afficher d'emblée les images au format originel ?
Messages : Env. 40
Dept : Puy De Dome
Ancienneté : + de 4 ans
 
Env. 40 message Puy De Dome
Un petit up? Ilovir ? et les autres connaisseurs ?
Messages : Env. 40
Dept : Puy De Dome
Ancienneté : + de 4 ans
 
Env. 4000 message 06 (6)
Oui, vous avancez bien dans l'analyse de l'eurocode.

Les différentes zones sur un toit et sur les murs, avec chacune la pression qui la concerne ; faire une moyenne sur un versant reste une approximation
Les interpolations
Les différentes directions de vent - on peut tenir compte des directions réelles, si on veut affiner

Et c'est pas tout : il y a ensuite les pondérations. Prenez par exemple une ferme en treillis, il faut lui faire tous les cas, en sous-pondérant le poids des pièces quand le poids (ou le vent) est favorable, en le surpondérant dans le cas contraire.
C'est comme-ça qu'on peut trouver dans les résultats de calcul d'une fermette, une liste de 120 cas ou plus.
Heureusement, dans ce dernier cas, on peut simplifier en comprenant quels sont les deux ou trois cas défavorables.
Mais pour des structures plus compliquées, il faut faire tout ça.

Et il reste des questions posées dans l'ec, comme celle sur les débords de toit. Je dirais qu'il faut calculer les murs avec leurs dimensions, et le toit avec les siennes.

Vous trouverez aussi de telles questions à propos des accumulations de neige.

Mais je ne suis pas un spécialiste, je suis loin de tout savoir.

Sur ce forum, ce sont toujours des structures simples qui se présentent, et mon analyse est simplifiée aussi. Suffisante pour donner une idée de ce que pourrait être la réalité poussée, mais pas pour se substituer à une étude.
Mon avis, non professionnel, ne peut servir d’étude pour une réalisation.
Messages : Env. 4000
De : 06 (6)
Ancienneté : + de 5 ans
 
Env. 40 message Puy De Dome
Bonjour Ilovir, je poursuis mon immersion dans l'Eurocode1...

une moyenne sur un versant reste une approximation dites vous, mais cela semble assez raisonnable pour un calcul affectant le versant dans la globalité, ou la moitié s'agissant de la descente de charges sur un pignon ?

par contre, à un niveau plus fin ce n'est plus la même chose ; je regarde actuellement le calcul du vent pour un chevron, donc sur une bande de chargement limitée à l'entraxe. Les forces en présence sont parfois assez contrastées entre le bas (ou le haut) et le reste du versant.

Dans ce cas, faire une moyenne sur la longueur du versant va donc majorer la charge sur une partie (moindre mal) et minorer sur l'autre ce qui me semble plus gênant car au final la section concernée devra bien supporter la force maximale. C'est encore plus vrai lorsque les deux parties du versant sont affectées par des forces de sens contraire.

je pense donc qu'il vaut mieux dans ce cas de figure retenir la force maximale (pression ou dépression) pour l'ensemble du chevron? vous confirmez ?

et comme l'on doit pour la pente de 18° considérer de multiples options (direction du vent de 0 ou 90°, cpi -0.3 ou 0.2, (dé)pression au ou sous le vent), cela reviendrait à 

  • retenir pour chacune des 10 options (4x2 direction 0° + 2 direction 90° en considérant une symétrie des vents)  la pression maximale et/ou la dépression maximale exercée(s) sur le chevron
  • et au final retenir la valeur maximale (pression et (ou) dépression) de l'ensemble, soit prendre le max de chacune des valeurs max (au lieu de prendre le max des valeurs moyennes comme dans le cas de la descente de charges)
pour illustrer mon propos, je mets une copie d'écran via Acord Express, pour un chevron positionné vers le centre de la toiture :



ex : cas DD-0,3 : si je calcule une version moyenne par versant j'obtiens -7,2 et -11,2 alors que l'on a une pression max de 0,5 et une dépression max de -32,7 que je retiens donc dans la seconde méthode
ex:  cas PP-0,2 :  je retiens la pression maximale de 2,3 au lieu de la valeur moyenne 1,2

au global, comparatif des résultats avec les 2 méthodes:
  •  max des valeurs moyennes : dépression  -31,1 pression 21.2
  •  max des valeurs maximales :  dépression -52.7 pression 22.2 
dans cet exemple, c'est le soulèvement qui serait fortement minoré si l'on calculait une valeur moyenne sur la longueur du chevron.

question subsidiaire: voyez vous à quoi font référence les colonnes entourées en rouge dans le tableau des forces résultantes ? cela ne correspond apparemment pas au point d'application des forces donc je ne vois pas ...


interpolation des Cpe
une autre ambiguïté concerne la façon dont pratiquer l'interpolation entre cpe1 et cpe10 selon la surface.

la norme précise: "Les coefficients de pression extérieure cpe applicables aux bâtiments et aux parties de bâtiments dépendent de la dimension de la surface chargée A, qui est la surface de la construction produisant l'action du vent dans la section à calculer"

mais tout le monde n'interprète pas cela de la même façon ...

Au gré de mes lectures, j'ai vu deux méthodes :
- certains appliquent l'interpolation à chacune des zones concernées dans le zonage règlementaire (typiquement F,G).

- chez Acord Express, l'interpolation s'effectue en fonction d'une aire de référence, non liée au zonage et fixée à 10m² pour une analyse globale impliquant le bâtiment, et de saisie libre (effective entre 1 et 10m²) pour une étude locale, comme l'impact sur un chevron. Donc, en global, il n'y a pas d'interpolation pour F et G même si les zones ont une surface de moins de 10m².

de prime abord, j'avais implémenté dans ma feuille de calcul la première méthode mais lorsque j'ai commencé à travailler sur l'impact sur un chevron, j'ai vu un problème : lorsque l'on superpose sa bande de chargement sur le zonage existant, cela peut créer de nouvelles zones de petite surface qui auront tantôt une valeur de cpe interpolée (si elle chevauche F par exemple)  ou pas (si elle chevauche H).: c'est un peu tiré par les cheveux. 

Alors que la méthode utilisée par Acord Express permet de traiter l'ensemble de la bande de chargement de façon homogène : il suffit de prendre comme aire de référence celle de la bande de chargement. Si elle est comprise entre 1 et 10m², l'ensemble des subdivisions sera affecté d'un cpe interpolé.

que pensez vous de l'une ou l'autre des méthodes ? le logiciel que vous utilisez a adopté laquelle ?



finalement, je m'aperçois que la norme, bien que parfois très pointue sur certains aspects, laisse de grandes marges d’interprétation qui peuvent donner lieu à des résultats de calcul sensiblement différents.
Messages : Env. 40
Dept : Puy De Dome
Ancienneté : + de 4 ans
 
Env. 4000 message 06 (6)
Citation: finalement, je m'aperçois que la norme, bien que parfois très pointue sur certains aspects, laisse de grandes marges d’interprétation qui peuvent donner lieu à des résultats de calcul sensiblement différents


Vous avez tout compris. Et pas encore tout vu ...

Recalculer un Cpe1 des sous-zones F,G, etc sur un élément de déjà moins de 10 m² pour sa totalité, c'est à proprement parler couper les cheveux en 4. Je ne sais pas qui le fait et qui ne le fait pas. Ce n'est pas ce que je lis dans l'eurocode. Mais tout le monde n'a pas forcément eu le même professeur de Français à l'école.

Quant aux efforts sur les chevrons, il faut surtout regarder ce que ça fait en terme de flexion. La petite longueur surchargée, près d'un appui, a peu d'influence sur le Mmax et la flèche maxi. Sauf sur les grandes structures.
Donc attention à la moyenne : elle sera défavorable en flexion.

Par contre, le zonage de bas de pente peut impacter la panne de rive, qui du coup sera moins chargée par une pression moyennée sur la surface du versant, que distribuée conformément au zonage.

Pour ma part, je rappelle que je ne suis pas du tout BET professionnel. Quand je donne une analyse sur le forum, je simplifie (et je le dis), de façon à juste vérifier sans trop me planter les dimensionnements dans les structures simples et peu étendues telles que les maisons individuelles.
Mon avis, non professionnel, ne peut servir d’étude pour une réalisation.
Messages : Env. 4000
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