Pour quiconque investit dans la construction d'un bâtiment, il est essentiel de comprendre l'effet du vent sur la structure - et pas seulement pour les bâtiments situés dans des zones à fort vent ou exposées aux ouragans. Partout, les codes du bâtiment tiennent compte des forces élevées et étonnamment complexes que le vent peut créer. Cet article donne un aperçu de ces charges et de la manière dont les concepteurs et les constructeurs abordent ce défi de conception.
Appelée pression du vent, il s'agit de la force répartie sur les sections d'un bâtiment (faces des murs extérieurs et faces du toit) qui résulte de la collision de l'air avec ces sections ou de son passage. Exprimée en force par surface (en livres par pied carré ou en kilopascals), la pression du vent crée des forces de soulèvement sur les toits et des forces de cisaillement sur les murs. Ces forces sont transmises aux fondations, qui doivent être conçues de manière appropriée pour y résister.
Les paramètres utilisés pour déterminer et concevoir les charges de vent sont les suivants :
Les cinq premiers paramètres énumérés ci-dessus dépendent uniquement de l'emplacement du bâtiment, tandis que les deux derniers concernent le bâtiment lui-même. Bien que les régions sujettes aux ouragans, telles que la côte du Golfe et la côte atlantique, disposent de paramètres supplémentaires, ces sept paramètres sont utilisés partout pour guider la conception des structures afin qu'elles puissent survivre aux conditions de vent probables.
Le premier paramètre, la vitesse de base du vent, est un nombre unique déterminé comme étant la vitesse de vent la plus élevée à laquelle le bâtiment sera conçu pour résister. Ce chiffre est assorti d'une catégorie de risque déterminée en fonction de l'utilisation du bâtiment et du nombre de personnes qui s'y trouveront. La catégorie de risque I, la plus basse, s'applique aux bâtiments inoccupés tels que les silos à grains, les granges et autres bâtiments de stockage. La catégorie de risque la plus élevée, la catégorie IV, est réservée aux bâtiments très peuplés qui nécessiteraient l'évacuation de personnes vulnérables, comme les hôpitaux et les maisons de retraite. Bien qu'ils puissent être situés au même endroit, une structure de stockage de sel et de sable se verrait attribuer une vitesse de base du vent inférieure à celle d'un hôpital. À titre d'exemple, la carte ci-dessous indique la vitesse de base du vent aux États-Unis pour la catégorie II :
La vitesse de base du vent est également évaluée en fonction de la catégorie d'exposition du bâtiment. La catégorie d'exposition fait référence à la direction du vent dominant par rapport à la rugosité de la surface du terrain ou du paysage entourant la structure. Il existe trois catégories d'exposition : les zones urbaines avec des maisons ou des habitations, les zones plates sans obstacles et les zones avec de longues étendues d'eau libre. Dans les zones urbaines, la vitesse de base du vent est plus faible en raison de la protection des bâtiments environnants, tandis qu'un bâtiment situé sur une plaine ouverte, sans aucun obstacle pour ralentir et dévier le vent, serait soumis à des vitesses de vent plus élevées.
Les charges de vent peuvent constituer l'une des forces les plus importantes sur une structure et sont prises en compte en combinaison avec les charges de gravité et les charges de neige. Des vents intenses sur le côté au vent d'un bâtiment (le côté faisant face au vent) peuvent provoquer la fissuration ou l'enfoncement des fenêtres et la flexion des systèmes muraux, tandis que sur le côté sous le vent du bâtiment (le côté abrité du vent), une pression négative se produit, provoquant l'ouverture des portes ou l'enfoncement des fenêtres vers l'extérieur. Le système structurel et les fondations du bâtiment doivent être conçus pour résister à ces charges.
Dans des conditions météorologiques extrêmes, comme celles des ouragans, la pression du vent peut devenir très importante. La pression du vent dans un ouragan de catégorie I (105 mph) peut atteindre 28 psf, mais elle est généralement gérable avec des techniques de construction standard. Pour les grandes structures toile , cette pression peut entraîner des contraintes importantes sur les matériaux et le système d'ancrage. Le site toile peut se gonfler et, s'il n'est pas correctement tendu, ce gonflement peut entraîner des déchirures ou des ruptures. Les points d'ancrage doivent être robustes afin d'éviter tout détachement du sol ou de la structure porteuse.
Dans un ouragan de catégorie III, la pression du vent atteint 47 psf et ce niveau de pression peut entraîner de graves dommages structurels. Pour les grandes structures toile , l'impact est encore plus prononcé. Le site toile doit être très résistant et durable, capable de supporter des forces de traction élevées. Le système d'ancrage doit être exceptionnellement robuste, nécessitant souvent des fondations profondes et de multiples points d'ancrage pour répartir uniformément la charge et éviter les défaillances.
Pour concevoir les bâtiments en fonction de la pression du vent, plusieurs mesures pratiques peuvent être mises en œuvre :
Note : Cet article est basé sur le code américain et peut ne pas s'appliquer lorsque la charge de neige l'emporte sur la charge de vent.
