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Université du Québec à Chicoutimi

MODULE D’INGÉNIERIE

GÉNIE MÉCANIQUE

6GIN333

RAPPORT FINAL

# PROJET : 2010-199 CONCEPTION D’UN PROTOCOLE D’ARRÊTS DE NEIGE ET DE GLACE

Préparé par

LOUIS DUROCHER

STÉPHANIE DESMEULES

Pour

Christianne Ouimet

Chic Métal Profil

Le mercredi 20 avril 2011

CONSEILLER : Lyne St-Georges, ing., Ph.D.

COORDONNATEUR : Jacques Paradis, in

2

Approbation du plan de cours pour diffusion

Nom du conseiller

Date

Signature

3

REMERCIEMENTS

Nous tenons à remercier Mme Lyne St-Georges pour son implication en tant que

conseillère de projet et pour son aide dans l’organisation de nos idées. Nous adressons

aussi un merci spécial à Mme Christiane Ouimet pour nous avoir fourni gratuitement le

matériel nécessaire { l’élaboration de notre projet ainsi que pour la motivation qu’elle

nous a fournie tout au long du processus.

4

RÉSUMÉ L’installation de toitures en tôle sur toutes sortes d’édifices requière la mise en place

de système de protection contre les chutes de neige. Étant donné que la tôle a un coefficient

de friction plus petit que le bardeau d’asphalte, par exemple, elle représente un danger de

chute de neige qui pourrait endommager les humains ou objets qui se trouvent sous le toit

en question. Pour remédier à cette situation, des barrières à neige sont généralement

disponibles dans les endroits où l’on fait la vente de toitures de tôle. Plusieurs types de ces

barrières à neige existent actuellement sur le marché. Chez Chic métal profil, le promoteur

du présent projet, on en fabrique un certain type qui n’a jamais réellement fait l’objet

d’études approfondies.

Le but du projet était donc d’optimiser la fabrication ainsi que l’utilisation des arrêts

de neige vendus chez Chic métal profil. Sommairement, le processus s’est divisé en cinq

étapes principales. Tout d’abord, des recherches ont été effectuées dans le but de

déterminer avec précision les chargements de neige dépendamment des régions où les toits

sont construits. Ensuite, les arrêts de neige ont été modélisés { l’aide du logiciel de

conception SolidWorks. Dans le même ordre d’idées, une série de tests a été effectuée sur les

barrières { neige modélisés dans le but de déterminer l’angle optimal de conception ainsi

que la force d’arrachement des ancrages. En définitive, l’angle du sommet { utiliser pour

une résistance optimale est de 45o, et l’angle opposé { l’hypoténuse est de 90o. Puis, des

tests physiques d’arrachement de vis ont été pratiqués pour discerner laquelle des vis ou de

la tôle allait être l’élément limitant de la structure. Les forces obtenues autant en

laboratoire qu’{ l’aide de formules théoriques ont prouvé que la vis était l’élément limitant

de l’analyse. Ainsi, dans un cas idéal où il n’y a aucune accumulation d’eau dans les coins, ce

sont les vis qui arracheront du bois avant toute autre déformation.

Il s’est aussi avéré que doubler l’épaisseur de l’arrêt de neige, comme il se fait

maintenant chez Chic metal profil, est essentiel pour une résistance acceptable de la tôle.

Comme il se faisait auparavant, c’est-à-dire à une seule épaisseur de tôle, celle-ci aurait été

l’élément limitant de l’analyse. Finalement, une feuille de calcul faite sur Microsoft Excel

simple d’utilisation a été produite pour faciliter la vente des arrêts de neige.

5

TABLE DES MATIÈRES

Remerciements ...................................................................................................................................... 3

Résumé........................................................................................................ Erreur ! Signet non défini.

Table des matières ...................................................................................................................... 5

Liste des tableaux et figures .................................................................................................... 6

I. Introduction .................................................................................................................................. 7

II. Présentation du projet .............................................................................................................. 7

II.1 Description de l’entreprise .......................................................................................... 7

II.2 Description de l’équipe de travail ............................................................................. 8

II.3 Problématique et état de l’art reliés au projet ..................................................... 9

II.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet ....................................................... 10

III Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet .......................... 10

III.1 Modélisation des arrêts de neige ............................................................................ 10

III.2 Calcul du chargement ................................................................................................. 12

III.4 Calcul de l’angle optimal ............................................................................................ 15

III.5 Calcul de limite d’élasticité du bois ....................................................................... 17

III.6 Calcul de la force maximale ...................................................................................... 20

IV Bilan des activités .................................................................................................................... 30

IV.1 Arrimage formation pratique/universitaire ...................................................... 30

IV.2 Travail d’équipe ............................................................................................................ 30

IV.3 Respect de l’échéancier .............................................................................................. 31

IV.4 Analyse et discussion .................................................................................................. 32

ANNEXE I : Références ...................................................................................................................... 33

ANNEXE II .............................................................................................................................................. 34

6

LISTE DES FIGURES

Figure 1 - emboîtement de l'arrêt de neige sur la toiture .................................................................... 10

Figure 2 - Dimensions de l'arrêt de neige .................................................................................................. 11

FIGURE 3 – Vue d’ensemble de l’emboîtement ............................................................................................ 11

Figure 4 - Emplacement des forces utilisées pour le calcul de la force maximale ...................... 20

Figure 5 - Démonstration du choix du coefficient de sécurité ............................................................ 23

Figure 6 - Décomposition de la force par rapport à l'arrêt de neige ................................................ 25

Figure 7- Réaction de l'arrêt de neige simple à un chargement de 6000 N ................................... 28

Figure 8 - Réaction de l'arrêt de neige double à un chargement de 6000 N .................................. 28

Figure 9- Échéancier .......................................................................................................................................... 31

Figure 10 – Chargements de neige au sol du Code du bâtiment du Canada ................................... 34

Figure 11 - Image du protocole d'arrêts de neige et de glace ............................................................. 35

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 - Coefficient de risque de la charge due à la neige .............................................................. 13

Tableau 2 - Résultats des tests de contrainte pour une variation d'angle ..................................... 16

Tableau 3- Résultats des tests d’arrachement en laboratoire ............................................................ 19

Tableau 4 - Résumé des résultats obtenus ................................................................................................ 29

7

I. INTRODUCTION

Beaucoup de bâtiments ont des toits en pente. Depuis quelques années, les toitures

inclinées en verre et en métal sont devenues courantes pour les grands bâtiments urbains.

Le calcul de ces toitures, même pour une inclinaison aussi faible que 10°, requiert une

double attention: les toitures doivent pouvoir supporter les surcharges de neige

importantes et tenir compte du risque que la neige glisse et se détache du toit, créant des

conditions dangereuses pour les passants, les véhicules, d'autres toits ainsi que pour les

installations mécaniques et électriques. Des barrières à neige peuvent être installées dans le

but de freiner la chute de la neige au sol. Ces arrêts de neige, fabriqués chez Chic métal

profil, ont une forme de pyramide à base rectangulaire et répondent relativement bien aux

besoins des clients. Il n’existe cependant aucun protocole pour leur installation en ce qui a

trait aux nombre d’arrêts, ni { leur positionnement sur les toits fraîchement installés ou

non. Le présent rapport détaille les calculs effectués pour connaître les limites de résistance

des barrières { neige et ainsi parvenir { mettre sur pied un protocole d’installation. Suite à

une présentation du projet, tous les aspects techniques, les explications de conceptions ainsi

que les calculs et hypothèses sont exposés. Finalement, on y retrouve un bilan des activités,

qui comprend un retour sur l’échéancier et une analyse des résultats.

II. PRESENTATION DU PROJET

II.1 Description de l’entreprise

Chic Métal Profil est une entreprise spécialisée dans la vente et la fabrication de

produits métalliques pour les toitures et les murs pour des bâtiments de types résidentiel,

commercial, agricole et industriel et ce, depuis maintenant plus de 15 ans. Chic Métal Profil

évalue et recommande les produits appropriés au meilleur de ses connaissances tout en

respectant les besoins du client.

8

Avec de l'équipement spécialisé et automatisé, Chic Métal Profil est en mesure de

répondre aux demandes d'une façon professionnelle, rapide et précise. Avec son souci

constant de l'amélioration continue, Chic Métal Profil a su se tailler une place de choix dans

un créneau où les avenues n'avaient jamais été explorées de cette façon.

Les forces de l'entreprise sont : la capacité à calculer les projets, la qualité et la

rapidité du service, et le matériel disponible sur place. D'autres produits sont la raison

d'être de l'entreprise tels que les portes d'acier isolées, les barils de toutes sortes et tous les

produits complémentaires. Ayant à sa tête une femme comme dirigeante, rien n'est laissé au

hasard: le service, la propreté, le professionnalisme et le côté très humain autant avec le

personnel que les clients.

II.2 Description de l’équipe de travail

L’équipe est principalement composée de deux membres, soit Louis Durocher et

Stéphanie Desmeules, deux étudiants en troisième année en génie mécanique { l’université

du Québec à Chicoutimi. Mme Christiane Ouimet, Président-directeur général de Chic métal

profil, a agit en tant que promoteur pour le projet. Elle nous a fourni les outils nécessaires

aux différents tests et analyses du projet. Finalement, Mme Lyne St-Georges, ing. Ph.D, nous

a nous a offert ses services en tant que conseillère de projet. Elle nous a guidé tout au long

du projet et s’est rendue disponible dans l’université pour répondre { nos questions.

9

II.3 Problématique et état de l’art reliés au projet

Normalement, il y a glissement lorsque les pertes de chaleur par le toit élèvent au-

dessus de O°C la température dans la couche de neige isolante et la fait fondre, lubrifiant la

surface du toit et supprimant les forces de cohésion et de frottement. Le glissement se

produit également lorsque le rayonnement solaire qui traverse une fine couche de neige fait

fondre cette dernière à la surface du toit. La neige peut aussi glisser si elle s'accumule sur

une mince couche de givre (comme dans les montagnes de l'Ouest du Canada) ou si elle

recouvre une couche de glace lubrifiée par une pluie qui la traverse. À la suite de ce

phénomène, une fissure se forme habituellement près du faîte et réduit la force de tension à

zéro. Le glissement se produit lorsque la résistance à la compression qui s'exerce au débord

de toit ne peut s'opposer à la masse de neige non retenue.

En général, la surcharge de neige diminue avec la pente du toit; plus la pente est

grande, plus il est probable que la neige glisse ou soit balayée par le vent. Le point auquel le

frottement est surmonté et où il y a glissement varie selon le matériau de surface du toit.

Les surfaces lisses, telles les tôles métalliques et le verre, ont des coefficients de frottement

inférieurs à ceux des bardeaux d'asphalte ou de bois. De plus, les pertes de chaleur par le

toit peuvent faire fondre la neige sur la surface du toit et en réduisant le frottement,

provoquer le glissement. Le Code national du bâtiment1 propose une réduction linéaire à

partir de la surcharge de base sur les toits, avec une surcharge totale sur une pente de 30°

réduite à zéro sur une pente de 70°. Bien que les toits à versants soient avantagés par des

surcharges de neige réduites, la neige qui glisse de ces toits peut augmenter de beaucoup la

surcharge sur un toit inférieur. Il faut aussi tenir compte des risques que présente la neige

glissante pour les piétons circulant sur les trottoirs et les entrées.

1 Voir Annexe I

10

II.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet

Le but du projet de concevoir un protocole d’installation d’arrêts de neige et de

glace utilisant les composantes produites par Chic Métal Profil. Ce système devra être conçu

en fonction de la pente du toit, de sa longueur ainsi que de l’importance de l’accumulation

de neige. Nous voulons établir un protocole quant { l’achat et l’installation de ces

accessoires. Le projet a pris une autre direction tout au long de la session. En plus de

travailler { l’atteinte du bus susmentionné, des analyses approfondies ont été effectuées sur

la structure des arrêts en tant que tel pour optimiser leur production.

III ASPECTS TECHNIQUES ET ELEMENTS DE CONCEPTION RELATIFS AU PROJET

III.1 Modélisation des arrêts de neige

L’emboîtement de la toiture de tôle ainsi que de l’arrêt de neige est représenté sur les

schémas suivants faits { l’aide du logiciel Solidworks;

Figure 1 - emboîtement de l'arrêt de neige sur la toiture

11

Figure 2 - Dimensions de l'arrêt de neige

Figure 3 - Vue d'ensemble de l'emboîtement

12

III.2 Calcul du chargement

Il est primordial que le toit d’un bâtiment quelconque soit conçu de manière { être

capable de supporter une charge de neige maximale susceptible de s’accumuler pour la

région géographique où le bâtiment en question sera construit. Cette charge, basée sur des

observations qui s’échelonnent sur de nombreuses années, est une donnée statistique qui

peut être trouvée dans le code du bâtiment du Canada. On retrouve en annexe I2 un tableau

qui exprime ces chargements de neige pour les régions ciblées. Pour le présent projet, nous

utiliserons les données pour le secteur géographique de Jonquière, étant donné que c’est la

valeur la plus élevée de tout le Saguenay-Lac-St-Jean. Le tableau en question montre les

chargements de neige Ss sur les toits susceptibles d’être dépassés une fois en cinquante ans.

Ces données sont calculées en considérant l’accumulation de neige au sol, le poids

volumique de la neige tombant sur les régions spécifiées ainsi qu’un certain facteur de

correction.

Il est possible de calculer la charge spécifiée due { l’accumulation de pluie sur un

toit. Toutefois, comme l’analyse se fait sur des toits faits de tôle, il sera pris en considération

que l’accumulation de neige est considérablement plus dommageable et surtout plus

dangereuse que l’accumulation d’eau de pluie. De ce fait, la charge spécifiée de neige sur une

toiture, S, due { l’accumulation de neige sur un toit doit être calculée de la manière suivante;

Équation 1

Chacune des variables de cette équation est influencée par le type de toit ainsi que par

l’endroit où il est construit.

2 Voir Annexe II

13

Is représente le coefficient de risque de la charge due à la neige. On le choisit parmi les

données du tableau 1.

Tableau 1 - Coefficient de risque de la charge due à la neige

Catégorie de risque

Coefficient de risque Is

État limite ultime État limite de tenue en service

Faible 0.8 0.9

Normal 1.0 0.9

Élevé 1.15 0.9

Protection civile 1.25 0.9

Pour le présent projet, et pour des fins de sécurité, le facteur { l’état de limite ultime

et de protection civile sera utilisé, soit 1.25. Le coefficient Cw représente l’effet du vent. Ce

coefficient devra être égal à 1.0, sauf pour quelques exceptions qui ne seront pas traitées

dans ce rapport pour des raisons, encore une fois, de sécurité. Cw pourra être réduit à 0,75

si, par exemple, un bâtiment appartient à la catégorie faible, du tableau précédent, dans des

cas où la toiture est exposée sur toutes ses faces au vent qui souffle sur un terrain à

découvert.

Le coefficient CB, pour sa part, est égal à 0,8.

On note ensuite que Cs est le coefficient de pente. Comme il s’agit de toitures d’acier, nous

utiliserons des coefficients pour des toits glissants, mais sur lesquels la neige et la glace

peuvent s’accumuler. Posons la pente du toit. Ainsi;

14

Toiture de pente inférieure à 30o

a) Cs = 1.0 si ≤ 30o

b) Cs = 0.8 si > 30o

Ca, pour sa part, représente le coefficient de forme. Ce dernier est égal à 1.0 sauf,

encore une fois, pour quelques cas d’exception qui ne seront pas considérés dans la

présente étude. Il peut entre autre être modifié pour tenir compte des effets d’un

chargement de neige non uniformément réparti sur les toits à deux versants ou en voûte, ou

encore des effets d’une augmentation des charges de neige non uniformément réparties

dues au balayage de la neige d’un niveau de toit adjacent plus élevé du même bâtiment ou

d’un second bâtiment situé { moins de cinq mètres. Finalement, Sr est la charge due à la

pluie qui peut s’accumuler sur la neige et qui n’a pas été pris en considération dans le calcul

de masse volumique de la neige. Encore une fois, ce chargement est susceptible d’être égalé

ou dépassé une fois en cinquante ans. Les valeurs à prendre pour ce coefficient sont, tout

comme la charge de neige, dans le tableau de l’annexe I. Une équation semblable { l’équation

1 nous permet de calculer la charge due à la pression exercée par le vent sur un bâtiment.

Cependant, étant donné que nous nous attardons à des calculs pour des barrières à neige,

nous ne considérerons que la pression exercée par des chargements de neige.

Reprenons donc l’équation 1;

15

Ainsi;

III.3 Calcul de l’angle optimal

Des tests pour déterminer l’angle de sommet des barrières { neige qui offrait

une résistance optimale à un chargement ont été effectués. La seule contrainte qui

s’impose dans ce cas est la longueur de l’arrêt de neige en question, qui ne doit pas

dépasser 11,75 pouces. Effectivement, la longueur de la feuille de tôle brute utilisée

pour concevoir les arrêts de neige limite les changements de géométrie de ceux-ci.

L’angle opposé { l’hypoténuse a été fixé dès le départ { 90o puisque c’est cette

valeur qui offrira le plus de résistance à force qui arrive perpendiculairement De

plus, puisqu’ils sont fixés sur les bosses de la toiture, il faut garder en tête les

espaces réservés aux vis. En considérant ces critères ainsi qu’un chargement

réparti arbitraire de 6000 N/m2, des essais couvrant une série d’angles

représentative ont permis de déterminer l’angle optimal. Voici les données

obtenues lors de cette expérimentation ;

16

Tableau 2 - Résultats des tests de contrainte pour une variation d'angle

Angle (o) Contrainte obtenue (N/m2)

25 47 518 436.0

30 45 946 384.0

35 45 957 884.0

40 45 597 168.0

45 45 582 388.0

50 45 726 788.0

60 46 426 416.0

Graphique 1 - Courbe représentant les contraintes variant en fonction de l'angle

45000000

45500000

46000000

46500000

47000000

47500000

48000000

0 10 20 30 40 50 60 70

Co

ntr

ain

te (

N/m

m2)

Angle (o)

Contrainte obtenue en fonction de l'angle

17

Ce graphique montre bien que l’angle qui offre la contrainte la moins élevée

est 45o. Ainsi, pour un même chargement, l’arrêt de neige optimal devrait avoir un

angle à son sommet de 45o. Évidemment, plusieurs autres valeurs auraient pu être

considérées. Toutefois, étant donné les limitations de la plieuse électronique utilisée

chez Chic métal profil, des valeurs d’angles plus simples seront plus efficientes.

III.5 Calcul de limite d’élasticité du bois

Au total, six tests d’arrachement valides ont été effectués. Lors de cette

expérimentation une vis a été vissée dans les échantillons de bois préalablement

fixés dans sur la presse. Il était important d’effectuer plusieurs tests dans le but de

vérifier qu’il n’y avait pas de valeurs erronées. Le technicien du laboratoire a

contribué { l’installation des échantillons ainsi qu’au calibrage de la presse. Un

certain nombre de tests a dû être considéré comme non valable étant donné que la

vis a arraché précocement ou en raison d’un mauvais calibrage de la presse. Les

courbes obtenues pour chacun de ses tests sont très semblables. Le graphique

suivant représente l’un des essais effectués. Comme deux types de bois avaient été

fournis, on remarque clairement la distinction entre deux plages de forces

d’arrachement. On considèrera deux moyennes différentes pour déterminer la limite

d’élasticité ;

Pour le premier type de bois ;

18

Et pour le second ;

L’aire à considérer est le nombre de filets en contact avec le bois multiplié par l’aire

des filets seulement. Ainsi ;

On trouve donc les deux contraintes pour deux types de bois ;

Équation 2

Le tableau qui suit représente les données obtenues pour les tests d’arrachement

qui ont été considérés comme valable pour les besoins du projet. Le graphique, pour

sa part, est un exemple de la courbe obtenue pour un des résultats.

19

Tableau 3- Résultats des tests d’arrachement en laboratoire

Essai Force d’arrachement (lbf)

1 640.345

2 589.872

3 633.662

4 572.299

5 552.557

6 608.070

Graphique 2 - Courbe d'un des tests d'arrachement

20

III.5 Calcul de la force maximale

Le pivot a été placé en un point spécifique, comme démontré à la figure 4,

étant donné que c’est { cet endroit précis que l’on retrouve la plus grande

contrainte. Le poids de la neige produit un couple qui tend { faire pivoter l’arrêt

autour d’un point spécifique, ici appelé pivot. Les dimensions pouvant aider { la

localisation de ce point sont montrées à la figure ci-dessus. En effet, lorsque la vis

commence { arracher, le bois n’offre plus aucune résistance, et les déformations

maximales sont observées au niveau du troisième pli. C’est { partir de ce point que

les bras de leviers ont été considérés pour les calculs qui suivent. Ainsi, d’une

sommation des forces selon l’axe vertical, on obtient une valeur de la force

appliquée sur les boulons.

Figure 4 - Emplacement des forces utilisées pour le calcul de la force maximale

21

Par une sommation des forces selon l’axe vertical, on obtient ;

Équation 3

Où

Fb,1y = Force de réaction sur le premier boulon N

Fb,2y = Force de réaction sur le deuxième boulon N

La neige produit un couple extérieur qui est soutenu par le couple exercé par les

boulons Étant donnée l’état d’équilibre statique du problème ces couples sont

égaux et inverses.

Équation 4

Où

T = Torque Nmm

Fn = Force exercée par la charge de neige N

Vn = Bras de levier entre la force exercée par la neige et le point de pivot mm

Vb,1 = Bras de levier entre Fb,1y et le point de pivot mm

Vb,2 = Bras de levier entre Fb,2y et le point de pivot mm

22

La contrainte en tension engendrée dans l’un ou l’autre des boulons est calculée par cette

équation ;

Équation 5

Où

T = Torque Nmm

Vi = Distances d’application mm

A = Aire de la section des filets mm2

En réorganisant les différentes variables de l’équation on obtient ;

23

En assemblant les équations 4 et 5 ensemble ;

On sort ;

Et ;

Dans ce cas particulier, Fb,1y représente la force de réaction verticale appliquée sur

l’un ou l’autre des boulons Ainsi, étant donné que, comme démontré à la figure 5,

seulement que la moitié des filets de la vis seront encore fixés sur le bois dans une

situation où l’arrachement est évité un coefficient de sécurité de sera supposé On

remarque que peu importe la situation, la moitié des filets reprendront la force,

même si la vis est sur le point d’arracher

Figure 5 - Démonstration du choix du coefficient de sécurité

24

De ce fait, la force appliquée sur chaque vis sera égale à ;

On conclut qu’un arrêt de neige qui est fixé avec vis c’est-à-dire à intervalle de 9

pouces centre-centre, peut supporter à lui seul une charge de ;

Comme présenté dans la section III.2, il faut tenir compte de la charge de

neige calculée pour la région géographique à l’endroit où le toit sera construit Pour

le Jonquière, par exemple, on a une charge de 2980 N/m2. En considérant que l’arrêt

de neige doit être en mesure de supporter la neige qui se trouve au-dessus de sa

surface, c'est-à-dire sur une hauteur de 10 pieds (3.048 m), le chargement qui

devra être considéré est ;

25

sin

Où

h = hauteur du toit m

= Angle du toit

III.6 Calculs de cisaillement

Le poids de la neige sur le toit se traduit par une force qui peut se décomposer en 2

composantes : une composante de force normale (perpendiculaire) au toit qui est reprise

par la structure du toit et une composante de force parallèle a la surface du toit, supportée

par les arrêts neige qui transmettent cette force aux vis. Cette force produit un effet de

cisaillement dans la tôle autour des trous de vis, ce qui pourrait provoquer un déchirement

de la feuille et un cisaillement des vis. Il y a donc deux choses à considérer : la rupture par

Figure 6 - Décomposition de la force par rapport à l'arrêt de neige

26

cisaillement ainsi que la rupture par déchirement de la tôle. Commençons par les calculs de

cisaillement des vis;

Équation 6

Où

Fs = Force de cisaillement totale N

m = Nombre de vis soumises au cisaillement

d = Diamètre d’une vis avec filets mm

Ss = Contrainte de cisaillement maximale pouvant être supportée par une vis N/mm2

La contrainte de cisaillement est obtenue dans une banque de données Solidworks, qui tient compte du matériel utilisé.

Ainsi, considérant le facteur de sécurité de 2;

Ensuite, la force en rupture par déchirement de la tôle est calculée.

27

Équation 7

Où

P = Force en rupture de cisaillement N

b = largeur de la plaque m

d = Diamètre de la vis avec filets m

t = Épaisseur de la plate m

(St)m = Résistance de la tôle à la tension N/m2

Toujours en incluant le facteur de sécurité et considérant la force sur une seule des 14 vis;

On remarque que ces deux forces sont plus élevées que les deux autres obtenues

dans les calculs d’arrachement 667.68 N et 122 794.21 N contre 17145.1 N et 15744.64

N). De ce fait, ce sont les vis qui arracheront bien avant que le boulon ou la tôle ne se

cisaillent. Pour valider ces résultats, une analyse Solidworks a été effectuée dans le but de

savoir si les valeurs de forces obtenues allaient faire plier la tôle de l’arrêt de neige Comme

montré à la figure 7 l’arrêt de neige à épaisseur simple qui a déjà été vendu chez Chic métal

profil ne supporte pas le chargement imposé En contre partie doubler l’épaisseur de la tôle

comme le fait actuellement la compagnie, offre une résistance suffisante. Cela confirme que

28

doubler l’épaisseur de la barrière est une étape nécessaire, comme on peut le voir à la figure

8. Le tableau 4 résume les résultats calculés.

Figure 7- Réaction de l'arrêt de neige simple à un chargement de 6000 N

Figure 8 - Réaction de l'arrêt de neige double à un chargement de 6000 N

29

Tableau 4 - Résumé des résultats obtenus

III.5 Feuille de calcul

Afin de simplifier la vente des arrêts de neige chez le promoteur, une feuille de

calculs a été mise sur pied. Ainsi, seulement quelques valeurs ont à être changées pour

connaître le nombre d’arrêts de neige { installer. C’est un document Microsoft Excel dotée

d’une interface très simple { utiliser et qui ne nécessite pas vraiment d’explications. La seule

chose à noter est la suivante ; si le nombre d'arrêts de neige obtenu n'est pas un chiffre

entier et que sa décimale est plus petite ou égale à 4 (Exemple 1,3;2,4;1,0), il n'est pas

nécessaire de doubler complètement la rangée d'arrêts de neige. Il est nécessaire cependant

d'en ajouter une deuxième rangée deux fois moins importante que la première. Une image

de la feuille de calcul est présentée en annexe. Les données qui sont à ajouter par

l’utilisateur et qui dépendent du toit installé sont la largeur du toit ainsi que la pente. Pour

ce qui est de la charge de neige selon l’endroit ainsi que le coefficient de pente, ce sont des

données techniques qui doivent être choisies dans un ou l’autre des tableaux disponibles

aussi sur la feuille de calcul.

Paramètre calculé Valeur (N)

Force d’arrachement pour le bois 1

17 145.1

Force d’arrachement pour le bois 2

15 744.64

Force en rupture de cisaillement 82 667.68

Force de rupture par déchirement 122 794.21

30

IV BILAN DES ACTIVITES

IV.1 Arrimage formation pratique/universitaire

Nous avons eu l’occasion { plusieurs reprises d’appliquer les concepts théoriques

vus dans différents cours du baccalauréat. Outre les notions théoriques de gestion de

projets discutés dans des cours tels que impact des projets d’ingénierie et introduction au

projet d’ingénierie, plusieurs formules et concepts pratiques ont été essentiels. Dès le

départ, les présentations sur les recherches bibliographiques à lesquelles nous avons déjà

assisté nous ont été utiles pour amorcer la cueillette d’information. Par la suite, les

compétences autant théoriques que pratiques acquises dans les cours de résistance des

matériaux et mécanique des solides nous ont été précieuses lorsqu’est venu le temps de

calculer les forces et contraintes. La conception des barrières à neige et des différents

assemblages ont été faites { l’aide du logiciel Solidworks, qui nous a été présenté dans le

cours de conception assistée par ordinateur. Nous avons eu l’occasion de parfaire nos

connaissances du logiciel ainsi que nos aptitudes de résolution de problème. Il a été très

intéressant d’appliquer les notions qui nous sont enseignées lors de notre cheminement

académique. Tout bien considéré, aucun d’entre nous deux n’avait eu l’occasion de

consulter le code du bâtiment du Canada. Cette expérience a été enrichissante, d’autant plus

que les chances qu’elle ait { se reproduire dans le cadre de notre carrière sont grandes.

IV.2 Travail d’équipe

De manière générale, le projet s’est avéré être un processus d’apprentissage pour les

deux membres de notre équipe. Bien que plusieurs autres travaux d’équipe nous aient été

imposés plus tôt dans le bac, nous nous n’étions jamais penchés sur un projet d’une telle

envergure. Ce qui nous a donné le plus de fil { retordre, c’est la coordination de nos horaires

pour nous fixer des rencontres. La manière la plus efficace de pallier à ce problème a été de

se fixer des heures de rencontre hebdomadaires à laquelle nous ne dérogions jamais. Par

contre, le fait que notre conseillère et notre promoteur soient très facilement rejoingnables

31

nous a simplifié la tâche. Nous avons chacun pris conscience de nos forces et nos faiblesses

dans une équipe qui requière un travail assidu.

IV.3 Respect de l’échéancier

L’échéancier prévu au début du projet a été respecté dans son ensemble. Toutefois ,

pour des raisons de disponibilité des laboratoires, les tests descructifs ont été effectués

avant les calculs de résistance. Ce petit changement s’est avéré constructif, étant donné que

les tests destructifs ont donné une idée approximative de la valeur de la force

d’arrachement qui a été utile { la modélisation. Nous avions au départ prévu faire des tests

qui valideraient nos calculs, mais l’inverse a été opportun. De plus, parce que certains

éléments n’étaient pas suffisament clarifés, la rédaction du rapport final { été retardé { la

neuvième semaine. Nous avions aussi omis d’inclure la préparation de notre présentation

finale, qui a eu à être ajoutée au temps prévu pour rédiger le rapport.

Figure 9- Échéancier

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IV.4 Analyse et discussion

Somme toute, le projet nous aura permis de mettre sur pieds un protocole

d’installation d’arrêts de neige et de glace utilisant les composantes produites par Chic

Métal Profil. Ce système a, comme prévu, été conçu en fonction de la pente du toit, de sa

longueur ainsi que de l’importance de l’accumulation de neige.

En premier lieu, le design des arrêts de neige nous permet des proposer des

changements de fabrication dans un optique d’optimisation. En effet, des simulations de

chargements de neige sur la surface des pièces ont permis de déterminer l’angle du sommet

des arrêts de neige qui propose la plus petite contrainte. En deuxième lieu, des calculs de

forces et chargement nous ont été utiles pour confirmer l’hypothèse posée dans le plan de

travail. Autrement dit, les calculs de cisaillement et de déchirement ont prouvé que les vis

étaient l’élément limitatif du projet. Ce sont effectivement elles qui vont arracher avant que

quoi que ce soit ne déchire ou s’entaille. C’est donc sur cette valeur de force que le reste de

l’analyse a été basée. En troisième lieu, d’autres analyses ont permis de confirmer le

changement de procédure de fabrication du promoteur. Depuis quelques temps, Chic metal

profil double l’épaisseur des arrêts de neige dans l’espoir de les rendre plus résistants.

Comme le démontrent les figures d’analyse du présent rapport, multiplier par deux

l’épaisseur est primordial. Sans ce changement, les arrêts ne résistent qu’{ une très petite

valeur de chargement.

Dans les changements du processus de conception, une petite lacune nous est

apparue. Étant donné que nous proposons un changement d’angle des barrières { neige, il

se pourrait que de l’eau s’accumule en coin { cause de la pente trop élevée du côté adjacent

{ l’angle droit. C’est un problème qui, selon nous, était présent avant l’optimisation.

Cependant, il s’avère que les modifications que nous proposons pourraient l’empirer. Il va

de soi qu’une accumulation d’eau pourrait faire rouiller les vis et ainsi faire diminuer la

force en rupture de cisaillement et/ou de déchirement. Une solution envisageable serait de

percer des trous près des coins pour faire évacuer les accumulations d’eau. Toutefois, dans

l’étude d’une telle solution, les accumulations de contraintes pourraient être très

importantes.

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ANNEXE I : Références

1. AMERICAN WOOD COUNCIL, Normes de toitures. Adresse URL :

http://www.awc.org/pdf/PaperSnowProvisionsASCE7-05web.pdf

2. ARCHITECTURE ENGINEERING CONSTRUCTION, Snow loads. Adresse URL :

http://www.aecinfo.com/1/category

3. BRUIN METAL, Sorts of snowguards. Adresse URL :

http://www.bruinmetalworks.com/snowguards.htm

4. CONSEIL NATIONAL DE RECHERCHES DU CANADA, Chargement de neige. Adresse

URL : http://www.nrc-cnrc.gc.ca/fra/idp/irc/dcc

5. GOOGLE BOOKS, Snow engineering. Adresse URL :

http://books.google.ca/books/snowengineering/12002

6. SNOBLOX, Sorts of snow stops. Adresse URL : http://www.snoblox.com/

7. CONSIGLIO, G.C., Des toits performants. Ottawa, Conseil national de recherches du

Canada, 19889, 78 p.

8. GHIOCEL, D. Wind, snow and temperature effects on structures based on probability.

Seattle, 1975, 411 p.

9. INSTITUT DE RECHERCHE EN CONSTRUCTION. Code national du bâtiment – Canada.

Ottawa, Conseil national de recherches du Canada, 2010, 679 p.

10. POOTS, G. Ice and snow accretation on structures. Bradford, 1996, 356 p.

34

ANNEXE II

Figure 10 – Chargements de neige au sol du Code du bâtiment du Canada

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ANNEXE III

Figure 11 - Image du protocole d'arrêts de neige et de glace