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 : COORDONNATEUR : Lyne St-Georges, ing., Ph.D. Jacques Paradis, in 1
Approbation du plan de cours pour diffusion Nom du conseiller Date Signature 2
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. 3
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 45 o, et l angle opposé { l hypoténuse est de 90 o. 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. 4
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 5
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 6
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. 7
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. 8
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 audessus 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 bâtiment 1 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 9
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 10
Figure 2 - Dimensions de l'arrêt de neige 11 Figure 3 - Vue d'ensemble de l'emboîtement
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 I 2 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 S s 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 12
I s 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 Coefficient de risque I s Catégorie de risque 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 C w 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. C w 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 C B, pour sa part, est égal à 0,8. On note ensuite que C s 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; 13
Toiture de pente inférieure à 30 o a) C s = 1.0 si 30 o b) C s = 0.8 si > 30 o C a, 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, S r 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; 14
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/m 2, des essais couvrant une série d angles représentative ont permis de déterminer l angle optimal. Voici les données obtenues lors de cette expérimentation ; 15
Tableau 2 - Résultats des tests de contrainte pour une variation d'angle Angle ( o ) Contrainte obtenue (N/m 2 ) 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 48000000 47500000 Contrainte obtenue en fonction de l'angle Contrainte (N/mm 2 ) 47000000 46500000 46000000 45500000 45000000 0 10 20 30 40 50 60 70 Angle ( o ) Graphique 1 - Courbe représentant les contraintes variant en fonction de l'angle 16
Ce graphique montre bien que l angle qui offre la contrainte la moins élevée est 45 o. Ainsi, pour un même chargement, l arrêt de neige optimal devrait avoir un angle à son sommet de 45 o. 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 ; 17
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. 18
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 19 Graphique 2 - Courbe d'un des tests d'arrachement
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 20
Par une sommation des forces selon l axe vertical, on obtient ; Équation 3 Où F b,1y = Force de réaction sur le premier boulon N F b,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 F n = Force exercée par la charge de neige N V n = Bras de levier entre la force exercée par la neige et le point de pivot mm V b,1 = Bras de levier entre F b,1y et le point de pivot mm V b,2 = Bras de levier entre F b,2y et le point de pivot mm 21
La contrainte en tension engendrée dans l un ou l autre des boulons est calculée par cette équation ; Équation 5 Où T = Torque Nmm V i = Distances d application mm A = Aire de la section des filets mm 2 En réorganisant les différentes variables de l équation on obtient ; 22
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 23
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/m 2. 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 ; 24
Figure 6 - Décomposition de la force par rapport à l'arrêt de neige 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 25
cisaillement ainsi que la rupture par déchirement de la tôle. Commençons par les calculs de cisaillement des vis; Équation 6 Où F s = Force de cisaillement totale N m = Nombre de vis soumises au cisaillement d = Diamètre d une vis avec filets mm S s = Contrainte de cisaillement maximale pouvant être supportée par une vis N/mm 2 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. 26
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 (S t) m = Résistance de la tôle à la tension N/m 2 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 27
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 28
Tableau 4 - Résumé des résultats obtenus 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 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. 29
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 30
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 31
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. 32
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. 33
ANNEXE II 34 Figure 10 Chargements de neige au sol du Code du bâtiment du Canada
ANNEXE III Figure 11 - Image du protocole d'arrêts de neige et de glace 35