Le vent est un des facteurs majeurs qu’il faudra déterminer et prendre en compte si l’on veut avoir une construction résistante et durable. On peut calculer sa force en fonction de plusieurs variables mais la plus importante étant la vitesse du vent.
Dans le cas où l’on a un sous-dimensionnement des fixations ou un défaut de contreventement, un vent de vitesse moyenne peut susciter un basculement ou même un arrachement de l’élément ou de la construction en entier.
Un arrachement commence généralement par le toit. Ensuite, ce sont les revêtement extérieurs qui suivent. Si l’arrachement est total, les ossatures sont les derniers éléments à être arrachées.
Donc, que ce soit dans les fixations ou bien les contreventements, la force du vent est un facteur déterminant qui fera la différence pour avoir une construction stable, résistante et sécuritaire.
Cet article nous démontre l’importance d’un contreventement face à la force du vent.
Ce calcul est défini par la formule suivante :
- T : Force du vent [N]
- Cx : Coefficient de pénétration de l’air
- P : Masse volumique du vent ou densité [kg/m3]
- v : Vitesse du vent [m/s]
- S : Surface exposée au vent [m²]
Cette formule est valable pour n’importe quel domaine où il faut déterminer la force du vent. Il n’y a que les valeurs de ces variables qui changent en fonction des cas et des situations.
Il faut savoir que l’unité de la force du vent obtenue dans ce calcul est exprimée en Newton (N). Il faudra donc faire très attention quand on reportera cette valeur lorsqu’elle sera utilisée.
Le coefficient de pénétration de l’air
La première valeur de cette formule est le coefficient de pénétration de l’air désigné par Cx. Sa valeur varie en fonction de la surface frontale sur laquelle le vent va s’exercer. Sa valeur est toujours comprise entre 0,07 et 1,4 et peut aller de la forme ovoïde à la demi-sphére. Dans le cas qui nous intéresse, c’est à dire une surface plane verticale qui fait face au vent, on a une valeur de Cx toujours égale à 1.
La masse volumique de l’air
La deuxième valeur est la masse volumique de l’air ou densité de l’air. Elle s’exprime en kg/m3 et est désignée par le symbole de "Rho". Cette valeur dépend essentiellement de l’altitude et de la température mais il est convenu qu’à une altitude 0 et à une température 0°C, la masse volumique de l’air est égale à 1,29 kg/m3 et cette valeur décroit au fur et à mesure que l’altitude augmente. Il est tout à fait possible de calculer cette valeur à une altitude et à une température donnée grâce à une formule simple :
La vitesse du vent
La troisième valeur est la vitesse du vent. Elle est désignée par "v" et s’exprime en mètre par seconde [m/s] dans cette formule. Cependant, en général, dans les documents et les sources officielles diverses, sa valeur est exprimée en kilomètre par heure [km/h]. Il faudra donc penser à faire la conversion. Pour ce faire, rien de plus simple, il suffit de diviser la valeur en km/h par 3,6 et on obtient une valeur en m/s.
La surface
La dernière valeur est la surface sur laquelle le vent exerce sa force. Elle est désignée par "S" et s’exprime en mètre carré [m²]. Habituellement, il suffit juste de calculer la section de l’objet en question, à savoir la longueur de l’élément multipliée par sa largeur.
Exemple :
On veut calculer la force du vent qui s’exercera sur une construction en bois de 3,00 x 5,00 m avec une hauteur de mur de 3,00 m. La construction se trouve dans le département de l’Ardèche à une altitude de 800 m. La vitesse maximale du vent étant de 150km/h.
Application numérique :
- Calcul de la masse volumique
D’après la formule, il faut trouver P et t°. A une altitude de 800m, nous avons une pression atmosphérique de 92 078 Pa (valeur obtenue sur internet) et une température de :
15 - (800 x 6,4) / 1000 = 9,88 °C soit 283,03 °K
La masse volumique est donc égale à :
(92078 x 28,9644) / (8314,32 x 283,03) = 1,133 kg/m3
- Calcul de la vitesse du vent
150/3,6 = 41,67 m/s
- Calcul de la surface d’application
5,00x3,00 = 15,00 m²
- Calcul de la force du vent
0,5 x 1 x 1,133 x 41,67² x 15 = 14754,96 N soit 14,75496 kN
Donc, on peut en conclure que la force du vent qui s’exerce sur notre construction est de l’ordre de 14,75 kN. Cette construction devra donc résister à une force égale à 14,75 kN.