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Action du vent sur les serresPar
(1)
LACHIR Mohamed O.R.M.V.A. Loukkos
IntroductionLe dveloppement des cultures sous serre au Maroc a connu un essor rapide ces dernires annes, grce aux encouragements des pouvoirs publics et l'existence d'une marge bnificiaire assez rnumratrice. Sur l~ march cela s'est traduit par une demande croissante en lments de structure de la part des utilisateurs. Pour satisfaire cette demande, plusieurs socits de fabrication de serres ainsi que des modles de strucure ont vu le jour. Cependant la structure de serre tant une strucLUrelgre par excellence, est trs vulnrablp. l'action du vent qui demeure de loin l'action la plus dfavorale. Face cette action dstabilisatrice, les construc:eurs et parfois les utilisateurs ont t amens prendre n train de mesures afin de pallier ses effets. la prsente tude a pour objectif de donner une l e sur l'action du vent sur certains types de serres, :es efforts qu'il y engendre, le comportement des l:nents de ces structures face cette action, et c"ertaines dispositions utiles adopter. Dans tout ce qui suit seule sera prise en compte :action du vent en regard de laquelle les autres actions _ uvent pratiquement tre ngliges. L'valuation de cette action a t base sur la rgle::;]entation N.V.65, rglementation qui sert valuer effets du vent sur les constructions habituelles (habi- ions, constructions mtalliques, etc .... ) (1)./ Effet du vent :
Elle est fonction : a - de la vitesse du vent b - de la catgorie de la construction et de ses proportions d'ensemble; c - de l'emplacement de l'lment considr dans la construction et son orientation par rapport au vent; d - Des dimensions de l'lment considr; e - de la forme de la paroi (courbe ou plane). L'action lmentaire unitaire exerce par le vent sur les faces d'un lment de paroi est donne par le produit C x q dans lequel : - "q" dsigne la pression dynamique du vent qui est une fonction exclusive de la vitesse du vent = V'/16,2 (dQ N/m2), v en mis; - "C" est un cQefficientde pression fonction des dispositions de la construction (dimensions et forme) ; - "Ce" indique qu'il s'agit de l'extrieur de la construction et "Ci" l'intrieur. Lorsque le vent est appliqu perpendiculairement une face, "C" est alors positif (on parle de pression), si le vent est dirig dans l'e sens contraire "C" est ngatif (succion). L'action rsultante sur une paroi est donne par la formule: p = (Ce - Ci) q (c'est une combinaison des actions extrieures et intrieures). L'action d'ensemble du vent soufflant dans une direction donne sur une construction est la rsultante gomtrique de toutes les actions sur les diffrentes parois. La direction de cette rsultante diffre gnralement de celle du vent. Quatre effets ne sont pas ngliger lors de la dtermination de l'action du vent: Effet de site : qui tient compte de la nature du site d'implantation de la construction; on distingue 3 types de sites :
Pour le calcul des constructions, on suppose que irection d'ensemble moyenne du vent est horizon-- e (alors qu'en ralit l'angle d'attaque peut tre ariable). L'action exerce par le vent sur une des faces d'l:;::ent de paroi est considre comme normale cet - ment.
41
- Site - Site - Site Effet
protg : fond de cuvette normal : plaine ou plateau expos: prs du littoral (1 Km). de dimension:
- La rpartition
dissymtrique
de ces efforts
Des pressions dynamiques s'exerant sur les lments constitutifs d'une construction doivent treaffects d'un coefficient de rduction fonction de la plus grande dimension (matre couple) offerte au vent. Effet de masque, qui peut se traduire: - Soit par une aggravation des actions du vent lorsque la construction est dans le sillage du vent; - Soit par une rduction de l'action du vent; Effet de permabilit: se traduit par une aggravation des pressions intrieures lorsque la permabilit de la paroi est leve. Les actions d'ensemble servent dimensionner les lments principaux, (portiques principaux), les actions rsultantes unitaires, les lments secondaires. 2 / Applications quelques types de serres:
Nous proposons ci-aprs l'application de ces sollicitations des serres de types: - Mtallique "tunnel" (pour marachage) - Mtallique pour banane; - En bois "Canarienne".a. Les serres tu n nels
Lorsque "Ce" est positif, le plastique est plaqu contre le cintre, si "Ce" est n.gatif, le plastique n'tant pas attach au cintre a alors tendance, se dtacher du cintre. Le phnomne de transmission des efforts devient alors trs complexe et va dpendre du jeu existant entre le plastique et le cintre; la limite le plastique va gonfler et ne reporter aucun effort sur le cintre. Dans un tat intermdiaire, les efforts de succion vont se transformer en efforts tangentiels le long du cintre. L'estimation par le calcul de ces tats n'est pas simple. Ce qu'on peut dire c'est que le plastique va participer plus activement dans la rsistance aux actions du vent, son enfouissement dans le sol doit tre alors soign. Lorsque le vent souffle sur la petite dimension perpendiculairement aux plans du cintre, le plastique est plaqu contre le cintre au vent et tracte pour la face sous le vent. Les cintres des extrmits vont alors subir un effort normal leur plan: il s'agit de cas de "stuctures mailles", pour ces structures on se retrouvera en pl\ls des moments de flexion, avec des moments de tension qui sont assez dangereux pour des tubes ayant des inerties similaires; ces cintres d'extrmits doivent tre soigneusement contrevents. Les cintres sont aussi soumais la quesmis des effets appels "d'entranement" tion qui se pose est de savoir dans quelle mesure le plastique qui est sollicit en premier va transmettre ces efforts aux cintres. L'analyse de ces structures n'est pas aise, du fait de la complexit de la transmission de l'effort du plastique aux cintres qui n'est pas connue. Un calcul a t oper en supposant que le plastique est attach en chaque point de contact aux cintres; les contraintes ainsi calcules par un vent de vitesse de 100 Km/h aboutissent des contraintes inadmissibles. Il semble ainsi qu'il n'est pas avantageux d'attacher le plastique aux cintres, si le complexe plastique + fils de fer supporte l'effort; ou alors il faut procder au contreventement de chaque cintre paralllement son plan.b.Serre en bois
Ce type de serres est le plus ancien et le plus rpandu, il existe en ph -ieurs modles. Les structures sont constitues par un ensemble de cintres (tubes en acier courbes) espacs de 2 3 mtres; les extrmits de ces cintres sont plus ou moins ancrs dans le sol (voir fig. 1). Certains types disposent d'entretoises horizontales qui relient les cintres entre eux. Les cintres des extrmits sont contrevents par des portions de barres obliques. Le plastique est pos sur les cintres, dans certains cas il est enfoui dans le sol, et dans d'autres il est simplement pos pour permettre l'aration. Les figures 2 et 3 illustrent j'action du vent sur ces serres. On peut donc distinguer deux cas selon que le vent souffle: - Perpendiculairement tunnel; aux gnratrices du
L'intrt de ce type de serres rside dans l'investissement initial rduit. La structure est compose principalement de fils de fer et de poteaux en bois (eucalyptus) (fig. 4). Les poteaux sont disposs verticalement avec un cartement rgulier. Ceux de bordure sont inclins d, 45. Tous ces poteaux sont simplement poss sur le sol.
la base du tunnel. - Perpendiculairement Dans le premier cas on remarque : - La prpondrance des actions de succion
il
42
Des fils de fer parcourent chaque ligne de poteaux auxquels ils' sont fixs.; en aboutissant aux extrmits de la serre, ils sont alors ancrs dans le sol (fig. 5).; cette opration est rpte dans la direction perpendiculaire de manire former un maill.age principal, qui permet alors de rigidifier l'ensemble. Ensuite des maillages secondaires mailles plus rduites sont installs pour piger le plastique. Ainsi il existe: - 2 maillages en toiture l'un suprieur et l'autre infrieur (le plastique se trouve pig entre les deux mailles); - 2 maillages sur les cts latreaux : L'un intrieur et l'autre extrieur. Les poteaux en bois servent alors de support aux plastiques et aux fils de fer. Pour des questions d'vacuation des eaux de pluie il existe dans la toiture des plans inclins qui forment un ensemble de chapelles. L'existence des chapelles amne distinguer les cas ou le vent souffle contre les gnratrices de ces chapel- . les, et le cas oppos comme cit plus haut, il faut combiner les actions extrieures et les actions intrieures du vent. Les coefficients des actions intrieures sont - En surpression Ci = + 0,42 - En dpression Ci = - 0,20 Les coefficients sont valables quelle que soit la direction du vent pourvu que la petite dimension soit suprieure 14 m, et la permabilit de la paroi infrieure ou gale 5070. La figure 6 illustre les combinaisons effectues entre les actions infrieures et extrieures sur des coupes des structures des serres. Les valeurs qui figurent sur les figures sont des coefficients de pression qu'il faudrait multiplier par le coefficientq
et de hauteur
h. ont t effectus facteurs surtout
Plusieurs calculs complmentaires afin de situer l'influence de certains gomtriq ues. En rsum:
l'tude de l'action du vent sur les ser-
res en bois a permis de dgager un ensemble de conclusions parmi iesquelles : 1 - Dans le dimensionnement des serres en bois, il faut se prmunir contre 3 actions : - Le renversement dont la direction est horizentale ; - Le soulvement dirige vers le haut ; qui est une force verticale
- L'crasement qui est aussi une force verticale mais dirige vers le bas, cet effet n'apparat en fait que si les inclinaisons des chapelles atteignent certaines valeurs. 2 - Ces composantes n'agissent pas quantitativement de la mme manire. Lesoulvement est l'effort le plus prpondrant. L'crasement n'est pas ngliger. Il peut, en intensit atteindre la moiti de l'effort de soulvement. 3 - Le soulvement varie trs peu avec la hauteur (maximum.: 6%, du la variation de la vitesse du vent en fonction de la hauteur et certains coefficients de . dimensions), il est provoqu essentiellement par les surpressions internes. - Que les chapelles soient orientes selon la longueur ou selon la largeur pour une direction du vent' donne, les efforts de soulvement, d'crasement et de renversement de la serre par unit de surface demeurent dans un mme ordre de grandeur. - Il existe une orientation privilgie de la serre face aux vents dominants. Dans l'tape suivante, une analyse brve du comportement des lments structuraux face ces actions est prsente : + Les poteaux en bois ont pour rle d'assurer le support de la structure, ne prsentant ni appui encastr, ni rticul (ils sont simplement poss sur le sol), ils ne peuvent travailler qu' la compression, ce qui se produit lors de l'crasement et du renversement. Les poteaux en bois inclins du pourtour jouent le rle du contreventement c'est dire s'opposent aux efforts de renversement horizontaux et donc aux dplacements horizontaux, ce qui dispense de tout encastrement des poteaux. + Les mailles infrieures et suprieures jouent le rle d'armature et participent aux transmissions des sollicitations de soulvement et d'crasement.
=
en mis) (pression dynamique) pour obtenir la valeur de la force correspondante en d Q N/ml de largeur. Tous les chiffres l'intrieur :i fs aux coefficients de l'intrieur, aux actions extrieures. du cercle sont relale reste correspond
La figure 7 correspond l'action d'ensemble. Et comme indiqu, il existe deux forces verticales: le sou.vement et l'crasement et une force horizontale de renversement. Le tableau nO 1 reprsente les rsultantes de ces ;orces sur une serre en bois de dimension d0nne b x a
43
+ Les fils de fer longitudinaux et transversaux jouent un rle important de rigidification de l'ensemble de la structure. + L'ancrage au sol des fils de fer a le rle capital de s'opposer redoutable. l'effort de soulvement, effort le plus
horizontales du cadre du porteur. Les liaisons des diffrentes barres entre elles diffrent selon les constructeurs (schma n 10). C'est ainsi qu'il existe des liaisons qu'on peut considrer comme rigides et d'autres comme rticules. Cette distinction est importante lorsque l'on procde au calcul de la rsistance de la structure. A souligner, l'utilisation plus ou moins importante et diffrents objectifs des fils de fer dans la structure (schmas n 9a et 9b). Compte tenu de ces diffrentes conceptions de structures, il en rsulte une nette diffrence dans le tonnage en acier mis en oeuvre pour les chafauder, c'est ainsi que l'on constate que cette quantit varie de 20 35 T selon les modles, alors que ces modles semblent tre garantis pour une mme vitesse du vent (100 km/h). La figure n 11 montre un exemple d'tat de sol licitation de l'action du vent sur un portique d'une serre mtallique. Les courbures des barres d'extrmits ont t linarises. On retiendra notamment: - La combinaison des actions extrieures du vent avec la supression intrieure efforts de soulvement. gnrent d'importants
L'valuation quantitative des contraintes dans les diffrents lments de cette structure n'est pas aise, notamment le ~omplcxe maille de fil de fer + plastique qui ncessite notre avis lin calcul plus laborieux, tel que celui des lments finis. Moyennant certaines hypothses au niveau surtout' de la tension du rglage des fils de fer (3), il a t calcul'que la contrainte dans les fils de fer d'ancrage est de 21 kg/mm', dans le cas de certaines serres marachres en bois ayant 3 fils de fer type 21 (fils d'ancrage) . et un espacement infrieur 2 mtres, pour une vitesse du vent de 140 km/h, ce qui montre une stabilit assez acceptable de ces lments. Les poteaux en bois supportent trs largement les sollicitations auxquelles ils sont soumis (effort d'crasement). Un ancrage. adquat d'un (1) mtre de profondeur est suffisant pour contenir un vent de vitesse gale 140 km/h, pour les serres en bois courantes. Si les lments prcits montrent une bonne rsistance au vent, il faut tendre le calcul aux autres lments, notamment "le complexe maille de fil de fer + plastique" qui constitue une composante principale dans la structure.C.
- L'tat de la surpression interne accentue dans une large mesure l'effort de soulvement (identique aux serres en bois) ; - Plus la courbure des cintres des extrmits est importante, plus les succions - L'existence de barres sur le portique peut engendrer (comme c'est le cas pour les La confrontation y sont leves; obliques dans la toiture des efforts d'crasement serres en bois). avec
Serre mtallique pour banane
Il existe plusieurs types de serres pour bananes citons notamment : Delta, socodam, interserre, chabima, canarienne mtallique, banaserre etc. Chaque type possde ses propres particularits technologiques. D'une manire gnrale, les serres ~ont constitues de portiques d'cartement variables selon les constructeurs. ils constituent l'lment fondamental de la structure. Ces portiques sont constitus de tubes mtalliques verticaux, parfois inclins et d'lments horizontaux ou lgrement inclins servent de support de plastique (schmas 8a, b et 9a, b). Certains modles de serres disposenql'lments porteu,rs inclins formant des dispositifs en' "bouquet", ils constituent alors des structures type spatial. Les barres obliques ont pour objectif le contreventement de la structure contre les actions horizontales, c'est dire oppositions aux dformations
de ces tats de sollicitations
les dispositions technologiques adoptes pour chaque type de serres, amne analyser le comportement des lments structuraux et le mode de transmission des efforts et de la rpartition de la sollicitation et des containtes cres au niveau des barres en particulier. Il faut souligner que toutes les structures ne peuvent se ramener l'tude de portiques plans multitraves. Il aalors t choisi entre autres des portiques plans multitraves et des "volumes" limits des structures spatiales. L'analyse structurale de telles structures de portiques (2) traves multiples et structure spatiale sont difficilement accessibles un calcul manueL A cette fin des programmes de calcul informatiques bass sur le calcul des matrices de rigidit ont t utiliss pour approcher l'tat des contraintes dans les barres constitutives de ces portiques (4). Ce qui a permis de traiter
44
un ensemble
d;.tats de sollicit
Ions sur un certain avons retenu
nom-
- Dans justifi
certaines
structures,
un ct de la serre ne peut tre de la direction il faudrait et prcise
bre de structurq de serres. clusions suivantes: - Tout d'importants zontale. portique moments non
Nous
les con
est plus renforc
que l'autre.
Ce procd
que par la connaissance possible. Par mesure
contrevent
est soumis horimatri-
du vent dans le lieu ou sera install pas toujours s'en tenir
la serre, ce qui n'est de scurit
de flexion horizontale ce qui un contre
de la pousse est facilement permet
une structuremaintenant tude de cette
symtrique. de souligner et de certains les limites points parti-
- La pO\lsse sable en contreventant sies (trs moments portique. chaque ralement conomique), de flexion, Par ailleurs trave n'est - Les traves de portions (source alors de plaquer du plastique courbure tion
Il convient la porte culiers : manire qu'il
des traves judicieusements d'annuler dans de cet effort pas du tout de cintres, de dtrioration leur longueur
choiles
le reste du gnralis gnpermet La
- Le calcul ainsi ralis a t conduit que pour tenir les constructions compte de rigidit
de la mme alors
ventement
habituelles,
indispensable. la courbure
faudrait
de la "drive"
du plastic des efforts
d'extrmits
sont constitues
que de son manque les efforts certaines plte grant nous du vent. hypotses. par le complexe L'analyse profondes toutes pensons saisir
qui tend dminuer
En plus la transmission
le plastique
et d'empcher
la vibration dans la cra-
plastique des structures
- fil de fer a t assujetti effectue, n'est pas com-
du plastique).
de ces cintres
a son importance
des succions,
- Si le contreventement tion la plus redoutable un dispositif mtres 100 km/h, Alors ment tes des quelles L'ide carr d'cartement la stabilit plusieurs pour effortsCes
est limiter. est ralis, la sollicitaaussi porteuses vitesse pour de 3 de
et demande
tre affinede logiciels
par des analyses plus performants c'est (plastique permettant
plus int-
au moyen
est le soulvement, verticales et pour un vent d'une
les composantes alors
des structures,
direfinis,
de' barres
une modlisation appliques de mieux
de la structure aux mthodes "spatial"
y compris); en outre interne Cet est tat
des lments des structures. des efforts. Dans
est compromise. procds peuvent notablement de toiture qui sont tre judicieuseles contrainsachant que ce (celles sous les-
au calcul des structures, l'aspect dans de surpression
L'tat trs dpend tructionslit,
ou de dpression ds parois. correspondants
adopts
rduire
important
la cration
de soulvement,
de la permabilit habituelles
le calcul,
sont les bracces passe et qui prsentent tions sur d'autres ~-~ ::lOns:
horizontales le plastique) des moments lments
il a t pris des coefficients ce coefficient pour
des consDans la rales ser-
les plus sollicites des sollicitaparmi ces prodes barde
(5% de permabilit). les serres, dont d'axac;w,.
de t1exion inadmissibles. une partie
peut tre plus lev, sont pourvues \~'SS\ s) \e "Vent se : plus l'tands au direc-
de base est de reporter
vu le nombre res pour lve, les serres
d'ouvertures doivent
structuraux.
des besoins
tre bien frmes)
- La rduction-=-.:
de la trave
horizontale au sol;
:o:[Ure ~
par la fixation d'un
de fils de fer au milieu
cheit de la serre est parfaite, vent sont dminus. A ce niveau tion de compromis de ventilation tre les vents
plus les efforts qu'une entre
et de son rattachement systme
il convient
de remarquer
- :adoption=: _ _=---
de fils de fer en diaverticaux fixs sur les substande rsisrigi-
doit tre recherche de protection
le besoin
.::ans la lOiture,5_
fix sur les poteaux (fig. 12). soulagent alors
li~~me de fils de fer parallles -e ondaires
et le souci dominants.
de la serre con-
_ ::'::0 tion de tels dispositifs :;:-- la Structure _ .~ -.:tesses du vent suprieures adoptent
- Les calculs les serres ne sont
ont
t effectus
en supposant par des
que
et lui permettent
pas protges
brise-vents.
100 km/h.des liaisons pas indis-
. ~e laines structures
Ceux-ci peuvent notablement rduire l'action du vent, et doivent tre considrs notre avis comme un lment Cette fondamendal rduction faisant notable partie intgrante de la serre . tre suivante de l'action du vent peut
e-u du sol, ce qui notre
avis n'est
. e e: ~me aggrave les moments ni\"eau de l'encastrement.::";e5 au vent sont
de flexion; ces au sol des barpar rapport d'adopter des il faut srieu-
facilement
mise en vidence
par l'quation
les plus leves
F =S x C x V'/16,2
.-::::
-ture. Il serait plus adquat les. Dans le cas contraire
-=-:::-o~(:er ces liaisons.
45
1:
tant
la rsulL.lnle
de la forn: dl' surl'acc1
du \l'1l1 agisS.
naIlts est trs utile dans l'orientation oricnlation lilation. doit aussi tcnir compte Un COnllT\'entcllleIlt
de la serre, f
EN PLAN-o.,
-0.350
Sb
~Dir.elion~ ---..-d y.n'
0.3.
.,-0.1,
-O.t
-0.3-0.72 "wons ri."'" et in"ri_" (Oflc.rcln) Surpr ion illtrieu 0.42 eOtllOiot" OftC oclions .""rieu COMtllHAISOHS
oprnoOfl illl.ri.ur. - 0.20 eO"'lIill. one actions tri.u'"LES PLUS OEFAVORA8LES
Cfficient d. prea.ion de erre. en bai. Chapelle. orient Ion la largeur ,vent normal gnratrice. de. chopelle
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