Brevet FR2523188A1 — publié le 19830916

i La présente invention concerne un dispositif pour le drainage des eaux de pluie à partir de toits ou analo- gues Le dispositif est basé sur un principe consistant à prévoir un écoulement clos dans le tuyau de drainage vertical, dimensionné à la quantité d'eau, de façon à ce que le drainage soit intensifié, et que l'on puisse uti- liser des conduits plus petits et moins onéreux par rap- port aux tuyauteries faisant appel à un écoulement mixte, dans lequel s'écoulent à la fois de l'air et de l'eau - Lors du dimensionnement de tuyaux pour eaux de pluie, différentes pratiques sont utilisées, selon les pays, et, pour le dimensionnement des conduits, le dimen- sionnement dit par quantités d'eaux de pluie a également été défini, l'intensité maximale étant, par exemple en Finlande, de 150 1/s/ha (litres par seconde par hectare), en-Suède, de 130 1/s/ha, et en Allemange, dans certaines régions de 400 l/s/ha. Il est connu dans l'art antérieur de réaliser un écoulement fermé, par exemple en ménageant une gouttiè- re dans le toit, dans laquelle l'eau s'écoulant du toit est recueillie, et dans le fond de laquelle est prévue une ouverture pour le raccordement du tuyau de drainage vertical L'ouverture est recouverte par un couvercle plein, dont les bords perforés ont été recourbés vers le bas, de façon à former un sas d'eau lorsque la gouttière est remplie d'eau Son objet est d'empêcher l'accès de l'air et la formation d'un tourbillon d'eau dans l'ouver- ture du tuyau de drainage Selon une autre conception suggérée dans l'art antérieur, on a tenté d'empêcher l'accès de l'air dans le tuyau de drainage vertical en plaçant un couvercle conique de type bouchon dans la bouche d'entrée du tuyau, dont la forme correspond au tourbillon d'eau à l'air libre lorsque l'eau se précipite librement dans une ouverture (Brevet FI N O 58 193). Les inconvénients principaux des solutions de l'art antérieur sont les coûts élevés des gouttières, la dimi- nution de l'épaisseur de l'isolation et, en outre, le fait que l'eau n'est pas drainée de façon uniforme L'eau s'é- coule dans la gouttière du toit de façon relativement uni- forme, mais se vide de celui-ci de façon inégale Un effet dit d'oscillation apparait lorsque le niveau d'eau dans la gouttière de toit monte et descend alternativement Le drainage efficace grâce à l'écoulement fermé vide rapide- ment la gouttière de toit A cet instant, de l'air est mélangé avec l'eau pendant un moment, le débit de l'écou- lement étant alors réduit jusqu'à ce que le puits soit à nouveau rempli, l'accès de l'air étant alors empêché pour qu'un écoulement fermé ait à nouveau lieu Le phéno- mène est remarquable par des chocs d'eau désagréables et des bruits. La présente invention pallie ces inconvénients. Aucune gouttière de toit, c'est-à-dire aucun renfoncement, n'est requis, mais les eaux de pluie sont directement acheminées dans l'ouverture d'évacuation placée à la sur- face du toit. Le principe du dispositif selon l'invention est caractérisée en ce que sur le toit, l'eau, s'écoulant en écoulement ouvert à partir de son point de départ vers le point d'évacuation, est acheminée, sans changer sa direction d'écoulement et sensiblement à la vitesse de l'écoulement libre, dans un espace dans lequel l'écoule- ment ouvert, lorsque l'intensité de la pluie diminue, est continûment converti en un écoulement fermé de sorte que, lorsque l'espace est rempli d'eau, l'air est exclus L'eau est acheminée dans une ouverture ménagée dans l'espace et fixée à la partie du toit, ouverture à travers laquelle l'eau est évacuée via la tuyauterie dans le dernier point d'évacuation Dans ces circonstances, le niveau de l'eau du toit est exclusivement régi par les lois de l'écoule- ment ouvert Dans l'écoulement fermé obtenu de cette façon, la pression statique de la colonne d'eau s'écoulant dans le tuyau d'évacuation est utilisée pour la résistance à l'écoulement, et les formules de calcul ordinaires de l'écoulement fermé peuvent être appliquées au dimensionne- ment des tuyauteries d'eaux de pluie Dans ces circons- tances, la chute de pression dans la tuyauterie est égale & la différence de hauteur entre le toit et le point au- Cuel l'eau est finalement évacuée du secteur Ce point est généralement, par exemple, dans un secteur du plan de la ville, l'égoût d'eaux de pluie municipal. Dans le dispositif selon l'invention, une pla- que formant couvercle, de dimensions spécifiques, est ménagée au dessus de l'ouverture d'évacuation du toit, et à une hauteur telle qu'une quantité prédéterminée d'eau dispose de suffisamment d'espace pour passer en une unité de temps au dessous du couvercle, vers l'ouverture d'éva- cuation Lorsque la couche d'eau sur le toit approche la hauteur maximale autorisée, l'accès de l'air au dessous du couvercle est soumis à une restriction Ainsi le conte- nu en air de l'eau située sous le couvercle diminue lors- que l'intensité de la pluie augmente, jusqu'à ce que le- dit contenu en air soit égal à zéro, et qu'un écoulement fermé de l'eau soit atteint L'évacuation de l'eau est plus rapide, et le niveau d'eau sur le toit peut être maintenu sous contrôle Il ne peut s'élever à un niveau atteignant la charge autorisée du toit ou de la gouttière. D'après le résultat ci-dessus, le dispositif selon l'invention est caractérisé par une ouverture à la surface du toit, et par un disque ménagé au-dessus de l'ouverture La taille du disque, sa hauteur au-dessus de la surface du toit, ainsi que le diamètre du tuyau d'évacuation des eaux et de l'ouverture d'évacuation sont dimensionnés avec précision selon la quantité d'eau à drainer. Les zones collectrices des eaux du toit doi- vent, bien entendu, être divisées en des zones de dimen- sions telles que le niveau de l'eau sur le toit ne dépasse pas les limites autorisées, à l'extrémité premiè- re de l'écoulement, à cause des lois de l'écoulement ou- vert valables en cet endroit Cette hauteur est générale- ment de 50 mm. Afin que l'eau puisse être drainée du toit selon les lois de l'écoulement ouvert, l'ouverture d'é- vacuation doit être assez grande pour que le débordement ou la précipitation excessive puissent avoir lien sans entrave La hauteur de débordement, ou hauteur de préci- pitation excessive de l'eau dans une telle ouverture suit l'équation U oc =I ghc o- c Uc = vitesse au début du débordement hc = hauteur de débordement (voir Fig 1). Dans le cas d'auges très larges, la hauteur d'eau à l'extrémité initiale de l'écoulement est environ 3/2 hc Dans une ouverture circulaire dont le diamè- tre est d, la surface de la section transversale de l'é- coulement F, et, de façon correspondante, la valeur du débit d'eau Q au point de débordement sont obtenus comme suit: F hc d Q uc hc d. En remplaçant Uc par sa valeur dans les équations ci-dessus, la corrélation entre Q, he et d est obtenue comme suit: -Or Q = ir d V g h 7 ou D = g Q i ghc 3 Afin d'illustrer l'invention et la construc- tion selon celle-ci, un exemple pratique est donné ci- dessous La surface de la zone du toit destinée à être drainée est supposée être de 500 m 2, l'intensité maximale de la pluie de 150 1/s/ha, la quantité d'eau à drainer étant donc de 7,5 1/s Ainsi, d'après l'expérience, le diamètre de l'entrée du tuyau d'évacuation approprié est d'environ 50 mm Lorsque la hauteur d'eau en amont de l'écoulement est de 50 mm, hc à l'évacuation libre est de 33,3 mm A partir de ces valeurs, aux moyens des formules ci-dessus, on obtient au moins 125,5 mm pour le diamètre du disque circulaire, et, de façon correspondante, au moins 394 mm pour la longueur de sa circonférence La vi- tesse d'écoulement en écoulement fermé à l'arête du disque est de 0,57 m/s, valeur également égale à la quantité d'eau divisée par la surface de l'ouverture libre La vitesse d'écoulement de l'eau au-dessous du disque s'accélère lorsqu'un écoulement fermé est obtenu, de sorte que la vitesse de l'eau dans le tuyau d'évacuation sera d'environ 3, 8 m/s Le débit est également affecté par la pression de la colonne d'eau dans le tuyau d'évacuation Grâce à la solution suggérée, il est possible d'augmenter la vitesse de l'eau, comme le montre l'expérience, sans élever le ni- veau de l'eau sur le toit, sans phénomène de tourbillon et sans la succion de l'air induite par ce phénomène. Après avoir déterminé la quantité d'eau maxima- le à drainer de la zone du toit concernée, et après avoir décidé de la hauteur d'eau maximale autorisée à l'amont de l'écoulement, donc généralement de 50 mm, au-dessus de la surface du toit et au sommet du tuyau d'évacuation, un disque est fixé, au-dessus de la surface du toit, au maxi- mum à une hauteur hc, et la longueur de l'arête de ce disque est au moins égale à la longueur de l'arête circulai- re obtenue par la formule Un disque dimensionné et fixé de cette façon, en combinaison avec une tuyauterie dimen- sionnée selon le principe de l'écoulement fermé est capa- ble, lors d'une augmentation de l'intensité de la pluie, de convertir l'écoulement ouvert ayant lieu sur le toit, de façon continue et sans changer la direction d'écoule- ment sur le toit, en un écoulement fermé lorsque l'eau s'élève selon les lois de l'écoulement fermé, jusqu'au niveau de la hauteur du disque, et, au moyen du disposi- tif, il est possible de drainer les eaux de pluie à par- tir du toit au moyen de tuyaux dont les diamètres sont considérablement plus petits que dans les solutions de l'art antérieur. Bien que ce ne soit pas nécessaire, le dis- que peut être plein car, lorsque la hauteur d'eau est légèrement inférieure à la hauteur de débordement, la petite couche d'eau formée sur le disque rendra de façon appropriée le disque étanche, pour éviter les inconvé- nients de la succion de l'air, et pour former une colonne d'eau continue avec la quantité d'eau dimensionnée. Sur les dessins annexés illustrant l'invention; la Figure 1 illustre l'écoulement d'eau dans le tuyau ou ouverture, et les Figures 2 à 5 illustrent différents exem- ples de construction du dispositif selon l'invention. Sur la Figure 1, la vitesse de l'écoulement d'eau 2 sur le plan l est au début du débordement uc, et la hauteur de débordement est hc* Sur la Figure 2, on voit l'ouverture 4 du tuyau 3 pour eaux de pluie 3, s'ouvrant dans le plan du toit 1, et le disque 5 fixé au-dessus de l'ouverture 4 La distance du disque au plan du toit est au maximum égale à hc. La Figure 3 montre une modification selon laquelle un écran 6 a été fixé aux arêtes du disque 5. Les figures 4 et 5 montrent deux autres for- mes de réalisation du dispositif Dans l'une d'elles, le plan du disque 5 est courbé et, dans l'autre, l'écran 6 s'étend vers le bas vers le plan du toit à partir des arêtes du disque 5, avec une allure de manteau conique. La Figure 6 montre une forme de réalisation dans laquelle le disque est élastique, et sa forme est déterminée par la compression d'un ressort disposé au- dessus du disque. Le disque peut, bien entendu, être de forme tout à fait quelconque, la longueur minimale de son arête déterminant la hauteur maximale du disque au-dessus du plan du toit, d'après les principes décrits ci-dessus. Lorsque l'eau s'écoule entre le plan du toit et le disque, la vitesse de l'eau augmente vers l'ouver- ture 4 du tuyau 3 si les faces sont parallèles, la résis- tance a l'écoulement augmentant également vers le point de départ, Figure 2. Afin d'éviter ceci et, en conséquence, de réduire la résistance à l'écoulement, le disque, ou la partie du plan du toit située au-dessous du disque, ou les deux simultanément, peuvent être conformés de façon à ce que la résistance à l'écoulement n'augmente pas vers le point de départ, Figure 4. De plus, la résistance à l'écoulement pro- voquée par la transition, au point de départ, dans l'ouverture 4 du tuyau 3, peut être diminuée en arron- dissant la liaison entre le plan du toit et le tuyau, numéro de référence 7, Figure 3. Le disque, ou la partie située au-dessous du disque, ou les deux, peuvent également être confor- més de façon à ce que lesdites parties soient munies de nervures ou de gorges de renforcement qui agissent simultanément pour retarder la tendance de l'eau à tourbillonner, en augmentant les frottements de l'écou- lement tourbillonnaire de l'eau Toutes les solutions ci-dessus peuvent être envisagées avec ou sans écran. En outre le disque peut également être élastique et, par exemple au moyen d'un ressort, être conçu réglable selon diverses exigences. Dans une modification du dispositif, le dis- que est fixé sensiblement dans le plan du toit, l'ouver- ture d'entrée de l'eau étant sensiblement annulaire entre l'arête du disque et le plan du toit Dans ce cas, la longueur de l'arête du disque et la largeur de l'ouvertu- re suivent les lois décrites plus haut. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour drainer les eaux à partir d'un toit, du type comprenant une ouverture ( 4) d'évacua- tion des eaux associée à des conduits de drainage, ainsi qu'à un disque ( 5) plus large que l'ouverture ( 4) et fixé au-dessus de l'ouverture, caractérisé par le fait que l'ouverture ( 4) est ménagée directement dans le plan ( 1) du toit, et que le disque ( 5) est dimensionné de façon à oe qe la longueur minimale de son arête et la hauteur maximale du disque audessus du plan ( 1) du toit (h C) correspondent à la quantité d'eau qui, selon les lois de l'écoulement ouvert, provoque une hauteur de débordement (hc) corres- pondant à la hauteur avec une ouverture de la longueur de l'arête concernée, l'écoulement, dans ledit espace situé au-dessous du disque ( 5), étant continûment conver- ti en un écoulement fermé lorsque l'écoulement de l'eau augmente, et ceci sans changer la direction d'écoulement de l'eau. 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait qu'un écran ( 6) est fixé sur l'arê- te du disque ( 5) - 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la distance entre le disque ( 5) et le plan du toit ( 1) est variable de l'arête vers le centre. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que les bords ( 7) de l'ouverture ( 4) du tuyau ( 3) pour eaux de pluie, disposé au-dessous du disque ( 5) dans le plan du toit ( 1), sont arrondis de façon à réduire la résistance à l'écoulement. 5 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le disque ( 5) ou la partie du toit ( 1) située au-dessous de celui-ci, ou les deux, sont mu- nis de profils, par exemple des nervures ou des gorges, qui agissent de façon à augmenter le frottement d'un mouvement d'écoulement tourbillonnaire. 6 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que le disque ( 5) est plein. 7 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que le disque ( 5) est fixé sensi- blement dans le plan du toit, l'ouverture d'entrée pour l'eau au-dessous du disque devenant sensiblement annulai- re entre l'arête du disque et le toit.