1. La neige
Ce sont les charges dues au climat. Elles sont définies par le règlement européen EUROCODE 1.
- La norme $\mathrm{NF EN 1991-1-3 ~(2004)}$
- L’annexe nationale $\mathrm{> NF EN 1991-1-3/NA~(2007)}$.
La charge de neige sur une toiture $\mathrm{S}$, va dépendre de plusieurs facteurs :
- De la charge de neige au sol, $\mathrm{S_K}$ : situation géographique, altitude
- Du coefficient d’exposition $\mathrm{Ce}$ : zone protégée ou non du vent (généralement égal à $1$)
- Du coefficient thermique $\mathrm{Ct}$ : réduction de la charge due à une toiture vitrée par exemple (généralement égal à $1$),
- D’une majoration $\mathrm{S_{maj}}$ : accumulation d’eau en cas de pente faible de la toiture, des coefficients de forme, de la compatibilité ou non avec le vent et de son sens.
La charge de neige au sol est égale à : $\mathrm{S_k = S_{K_0} + \Delta Si}$ avec :
- $\mathrm{S_{K_0}}$ : charge de neige au sol dépendant de la région
- $\mathrm{\Delta Si}$ : correction d'altitude
La charge de neige sur la toiture est égale à $\mathrm{: S = \mu_i \cdot C_e \cdot C_t \cdot S_k + S_{maj}}$ avec :
- $\mu_i$ : coefficient de forme dépendant de la pente du versant (toiture plate $= 0.8$)
- $\mathrm{C_e}$ : coefficient d'exposition (bâtiment courant $= 1$)
- $\mathrm{C_t}$ : coefficient thermique (bâtiment isolé $= 1$)
- $\mathrm{S_{maj}}$ : majoration due aux accumulations éventuelles (exemple : une noue de pente $< 3\%$ entraine une majoration $\mathrm{S_{maj}}$ est égale à $\mathrm{0.2~kN/m^2}$)
Afin de déterminer les charges sur la toiture, il est nécessaire d'étudier des cas de charges compatibles et incompatibles avec le vent.
De plus, l'étude d'un projet doit inclure les points particuliers : acrotères, noues, charge de neige d'une toiture plus haute ...
2. Le vent
Ce sont des charges climatiques dont la détermination est établie dans l'$\mathrm{EUROCODE ~1}$ :
- La norme $\mathrm{NF ~EN ~1991-1-4~(2005)}$
- L’annexe nationale $\mathrm{NF ~EN ~1991-1-4/NA~(2008)}$.
Les charges de vent sont notées $\mathrm{W}$. Le vent est par nature turbulent, c’est à dire fluctuant en vitesse et en direction ; ses effets le sont également. L’action du vent est représentée par un ensemble de pressions ou de forces statiques dont les effets sur la construction étudiée sont équivalents aux effets extrêmes du vent. La force exercée par le vent sur une paroi est fonction :
- De la vitesse du vent,
- Du site et de la hauteur du bâtiment,
- De type de construction.
Le vent est supposé horizontal. Une partie de la construction est exposée au vent, l'autre sous le vent.
2.1. Vitesse de référence
La vitesse de référence du vent dépend de la direction du vent, de l'effet des saisons et de la vitesse de référence de base $\mathrm{V_{b,0}}$
$\mathrm{V_b = Cdir \cdot Cseason \cdot V_{b,0}}$
Dans les cas courants, $\mathrm{Cdir = Cseason = 1}$
2.2. Pression dynamique de référence
L'action de la pression dynamique du vent sur la structure est supposée perpendiculaire à la surface de la construction, sauf pour les forces de frottement tanegntielles. Elle dépend de la vitesse de référence du vent. On la calcule à partir du théorème de Bernoulli.
$\mathrm{q_b = \frac{\rho_{air}}{2} \cdot V_b^2}$ avec :
- $\mathrm{q_b}$ en $\mathrm{Pa}$
- $\mathrm{\rho_{air}}$ : masse volumique de l'air égale à $\mathrm{1.225~kg/m^3}$
- $\mathrm{V_b}$ : vitesse de référence en $\mathrm{m/s}$
2.3. Pression dynamique de pointe
Il y a lieu de déterminer la pression dynamique de pointe $\mathrm{q_p(z)}$ à la hauteur $\mathrm{z}$. Cette pression est induite par la vitesse moyenne et les variations rapides de vitesse :
$\mathrm{q_p(z) = Ce(z) \cdot q_b}$ avec :
- $\mathrm{q_b}$ : pression dynamique de référence en $\mathrm{Pa}$,
- $\mathrm{Ce(z)}$ : coefficient qui dépend de la rugosité du terrain, de la topographie et de la hauteur au-dessus du sol.
2.4. Pression résultante sur les parois
La pression nette du vent w sur un mur, un toit ou un élément est égale à la différence algébrique des valeurs des pressions intérieures et extérieures qui s’appliquent sur chaque paroi pour une même direction de vent. Il peut être nécessaire de considérer plusieurs hypothèses de perméabilité des parois.
$\mathrm{W = W_e - W_i}$ (exprimé en $\mathrm{Pa}$)
$\mathrm{W = q_p(z_e) \cdot Cpe - q_p(z_i) \cdot Cpi}$ avec :
- $\mathrm{Cpe}$ : coefficient de pression extérieure
- $\mathrm{Cpi}$ : coefficient de pression intérieure
Par convention, la pression dirigée vers la paroi est positive, la succion s’éloignant de la paroi est négative.
2.5. Coefficients de pression externe $\mathrm{Cpe}$
Les coefficients de pression externe dépendent de la dimension de la surface chargée $\mathrm{A}$. L'$\mathrm{Eurocode 1}$ définit des coefficients pour des surfaces chargées de $\mathrm{1~m^2}$ (ou moins) et de $\mathrm{10~m^2}$ (ou plus), sous les notations respectives $\mathrm{C_{pe,1}}$ et $\mathrm{C_{pe,10}}$. Pour des surfaces chargées intermédiaires (entre $1$ et $\mathrm{10~m^2}$), les valeurs s’obtiennent par interpolation logarithmique.
2.6. Coefficients de pression interne $\mathrm{Cpi}$
Le coefficient de pression intérieure $\mathrm{Cpi}$ des bâtiments dépend de la dimension et de la répartition des ouvertures dans l’enveloppe du bâtiment. Ne sont pas considérées par les règles suivantes les bâtiments dont l’aire totale des ouvertures existantes, sur au moins deux faces, et sur chacune de ces faces, représente plus de $30\%$ de l’aire de cette face.
Si la perméabilité est trop compliquée à déterminer, il est possible de donner à $\mathrm{Cpi}$ la valeur la plus défavorable entre $+0.2$ et $-0.3$.
