Brevet FR3084383A1 — publié le 20200131

Description Titre de l'invention : Dispositif pour suppléer au manque de forces verticales descendantes sur un toit soumis à des vents extrêmes [0001] La présente invention concerne un dispositif de protection des toits de maisons indi- viduelles lors de vents extrêmes (tempêtes, cyclones, typhons, vents avec fortes rafales, etc.) [0002] L'invention consiste principalement dans l'emploi de matelas pouvant être rempli d'eau après que l'enveloppe vide ait été disposée sur le toit. [0003] Le matelas se présente sous forme de lés « enveloppe» en fibres tissées de polyvinyle imperméabilisés, type toile de boudins de Zodiac. [0004] Les lès sont cloisonnés et communiquent par des canalisations pouvant être ouvertes ou obturées afin de répartir la pression dans chaque caisson de la tablette que constitue le matelas [0005] Raisons du cloisonnement horizontal : la ségrégation des volumes selon des lignes horizontales garantit des isobares pour une ligne de même « altitude » sur le toit. La pression est la même sur une ligne de même altitude sur le toit : la pression exercée sur l'intrados est la somme de la pression sur le point le plus haut du caisson et de la hauteur de la colonne d'eau pour rejoindre le point bas (différence de hauteur entre intrados et extrados du matelas. Une pression additionnelle exercée en un point de l'extrados du caisson (serrage des sangles sur les ancrages au sol, par exemple) transmet la pression en tout point du liquide à une même altitude. [0006] L'intrados du caisson ne peut exercer de pression anormale comme pourrait le faire un appui excessif. Le liquide égalise et gomme tout point de pression anormal appliqué entre l'intrados du dispositif et la surface du toit. Cette disposition protège donc le toit d'une crevaison par poinçonnement. [0007] Les lès de matelas sont munis de connecteurs (oeillets et mousquetons) permettant la connexion mutuelle de plusieurs lés de matelas et l'arrimage à l'aide de tendeurs en bande nylon très résistantes et accrochés solidement au sol sur des ancres hélicoïdales. La modularité permet des combinaisons de fixation sur les toits complexes si ce dernier est constitué de nombreuses noues et de nombreuses arêtes. Pour un toit simple, de type 2 pans symétriques, la disposition des matelas est alors très simple et peut se limiter à 4 lés couplés en A sur le faitage. [0008] Le dosage lors du remplissage de chaque caisson permet une bonne distribution de la pression sur toute la surface du matelas en répartissant les efforts de tension sur les points d'ancrage. [0009] Chaque lé dont la largeur maximale sera de 1 mètre est susceptible d'exercer une I force orientée vers le sol pouvant atteindre 500 daN [0010] 11 s'agit de suppléer à une fragilité du toit soumis à des vents très violents: le déficit total de résistance d'un toit sans ce dispositif peut être de plusieurs tonnes si le vent est exceptionnel. Pour les cas les plus simples, un mode d'emploi et une application (sur Smartphone) dictera le nombre de les à positionner et le nombre d'ancrages avec leur profondeur pour arrimer les matelas. Pour les toitures plus complexes, la mise en oeuvre pourra être exécutée par un technicien agréé. [0011] Encombrement, déploiement Les enveloppes de matelas vides sont roulées comme des bâches et se déploient sur les toits comme de simples bâches, mais à la différence de ces dernières, une fois remplis d'eau, même partiellement, les matelas ne peuvent plus faseyer comme le fait au vent toute nappe de tissu trop légère . [0012] Lc dispositif peut également servir en cas de réparation du toit en adoptant des quantités d'eau adaptées au vent prévu pendant les travaux. C'est un substitut avantageux aux bâches qui peuvent faseyer ou s'envoler. [0013] Renforts des caissons pour permettre de supporter la mise en tension. [0014] Remarque : Avant l'arrivée d'un ouragan les précipitations sont abondantes et l'eau de manque pas. L'alimentation en eau pourra se faire par la récupération d'eau de pluie, dans des bacs de rétention et élévation par surpresseurs pour amener l'eau au faitage du toit. [0015] L'eau stockée en hauteur peut servir de réservoir pour les besoins de nettoyage après passage du cyclone. [0016] Modules de matelas et leurs connexions diverses [0017] Sont représentés sur la figure 2 au milieu à gauche le module à deux caissons avec les connecteurs hydrauliques et la liaison mécanique mousqueton et oeillet (en haut à gauche) Des mousquetons relient les modules Les fixations par mousquetons et oeillets peuvent être remplacée être remplacées par des boucles de type «boucle de cartable » Les vannes d'arrêt permettent la circulation de l'eau dans tout le lé ou de la bloquer en certaines parties. Un clapet-vanne de déchargement permet de décharger les caissons en tenant compte du fait que la pression dans chaque caisson est seulement liée à l'élasticité de l'enveloppe du caisson, l'eau étant un fluide un incompressible. [0018] Les connecteurs hydrauliques sont semblables à ceux utilisés pour l'arrosage de pelouses représentés dans la figure 2 en haut à droite. En bas, la figure 2 montre que chaque caisson est renforcé sur les lignes joignant les oeillets pour reprendre les efforts du à la mise en tension des matelas lorsque ces derniers sont fixés aux tendeurs pour ancrage au sol 3 En bas à droite la figure 2 montre que pour des raisons de facilité de remplissage et si la configuration est simple et uniforme le long du toit (pans rectangulaires) les matelas peuvent être connectés horizontalement pour que le réglage en pression soit fait en une seule fois par couche à la même altitude. [0019] Connexion des Modules de matelas mixte On peut imaginer aussi des connecteurs hydrauliques faisant office de connecteurs mécanique mais cela fait l'objet d'une autre étude. [0020] Profil polygonal de l'assemblage La possibilité de choisir des assemblages de caissons dc hauteur plus haute au centre de l'extrados permet de soulager les arêtes et de renforcer les efforts au centre du lé dc manière à avoir une répartition des pressions uniforme sur l'intrados du matelas Voici les séquences démontrant le caractère bénéfique du cloisonnement du matelas en caissons La figure 3 en bas à droite montre l'intérêt dc la forme polygonale du matelas dont le but principal est de ne pas limiter la pression aux seuls bords du matelas lors dc la mise en tension. [0021] Théorie [0022] Calcul de la force d'arrachement par succion. [0023] Lc soulèvement du toit est donné par la formule [0024] -Pz = 0,5 " Rho Cz * [0025] Avec Rho la masse volumique de l'air 51,13 kg/m3 [0026] Cz = 1 coefficient de portance La force de réaction à l'arrachement égale celle du soulèvement tant que les liaisons mécaniques (clous, crampons, tiges filetées, visses...) tiennent. [0027] Le poids du matelas et les attaches externes sur ancrages ad hoc viennet s'ajouter à la réaction mécanique du toit. [0028] Appréciation de la pression et calcul de la totalité des efforts Possibilité d'incorporer des dispositifs évaluant la tension sur les straps et la tension superficielle sur l'enveloppe de chaque module. Chaque module est muni d'un clapet de décharge sur lequel peut se connecter un manomètre évaluant la pression du pression lorsque l'estimation visuelle est douteuse. L'évaluation de la tension des sangles est évaluée sur des éléments de déformation géométrique des bandes (repères visuels en partie basse des straps permettant d'évaluer l'élongation de la sonde et donc la tension à laquelle le linéaire est soumis. Une application sur téléphone intelligent enregistrant les données (disposition des modules, longueur et angle du toit, éléments évaluant tension et pression en différents points du matelas pour) permet au final d'estimer le total de charges ajouté au toit pour résister à a tempête) 4 [0029] Connexions et ancrage - Fixation par sardines de type ancre hélicoïdales - Sangles connectant ancres hélicoïdales et matelas - Mécanismes tendeurs à cliquet du commerce - Ecartcurs Voir figure 1 [0030] Potences Sur la figure 3 (en haut à droite) au peut voir l'écarteur éloignant la sangle de la rive pour ne pas appliquer de force sur la rive avec une gouttière. Potences (écarteurs) pour protéger les gouttières [0031] Ancrages au sol [0032] L'ancrage sera surtout réalisé à partir d'ancres hélicoïdales enfouissahles ou à partir de sac à terre grande capacité. La mise en place des ancres hélicoïdales ne nécessite pas forcément de machines (elles peuvent être enfouies par torsion avec une barre à mine faisant levier) [0033] Fixation au faitage [0034] Au faitage du toit les matelas pourront être reliés entre eux dans la mesure où ils occupent des pans opposés du toit, et qui donc, ne nécessitent pas un ancrage en partie supérieure. On pourra faire appel à des modules à 2 caissons moyennement remplis et évitant des points de contrainte trop importants sur le faitage. Voir figure 1 [0035] Principes de la mise en tension du dispositif sur les ancrages Lorsque le toit est soumis à une aspiration vers le haut par l'effet Venturi, la reprise des efforts se fait par réaction de la structure, par les poids propre du toit alourdi par le matelas et par la mise en tension initiale modérée sur les ancrages. Lorsque la structure de peut plus reprendre les forces de soulèvement dues au vent, le toit s'envolerait sans le dispositif proposé pour ce brevet. Quand le poids propre du matelas ne suffit plus à reprendre l'excès de forces dirigées vers le haut alors c'est l'arrimage par sangles et ancrages qui reprend cet excès de forces par réaction avec limitation des arrachements sur la totalité de structure. [0036] Tableaux de calcul Tableau de calcul (exemple) [0037] Alors qu'un toit est garanti pour des vents de 150 km/h on annonce un ouragan avec des vents pouvant excéder 170 km/h. Calcul de la force verticale descendante à ajouter par une combinaison de tension et gravité naturelle des matelas remplis d'eau pour reprendre l'excès de portance du toit pouvant conduire à son arrachement. Masse volumique de l'air :Rho=1,133 Kg/m3 Cz = 1 [0038] [Tableaux 1] Calcul de la vitesse du vent y (km/h) 150 km/h => 170 km/h Vitesse (m/s) 41,67 m/s => 47,22 m/s [0039] [Tableaux2] Longueur L 12 Calcul de la surface 108 m2 Largeur 1 9 d'application 100401 [Tahleaux3] Force de soulèvement du toit 106 218,7 5 Newton 10 621,88 daN 10,62 Tonnes + 136 432,0 8 Newton 13 643,21 daN 13,64 Tonnes Reprise par le matelas 30 213,33 Newton 3 021,33 daN 3,02 Tonnes Par point d'ancrage (ici 12) 2 517,78 Newton 251,78 daN 0,25 Tonnes 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10]