Carte de vitesse du vent ASCE 7-10 : ce que les concepteurs et les prescripteurs de poteaux doivent savoir

La carte de vitesse du vent ASCE 7-10 est un ensemble de trois cartes distinctes, et non une seule carte nationale. Chaque carte est liée à une catégorie de risque différente et utilise des vitesses de rafales de trois secondes avec un intervalle de récurrence moyen distinct. Si vous concevez ou spécifiez des poteaux d'éclairage, un éclairage public ou toute structure extérieure aux États-Unis, ces cartes déterminent la vitesse de départ du vent pour votre calcul de charge. La conclusion pratique est directe : une catégorie de risque plus élevée signifie une vitesse de vent de conception plus élevée, ce qui signifie un poteau plus solide et une fondation plus grande. Les sections ci-dessous décomposent la carte, expliquent comment l'appliquer et la relient aux décisions réelles de sélection des pôles.

Qu'est-ce que la carte de vitesse du vent ASCE 7-10 ?

L'ASCE 7-10, « Charges minimales de conception pour les bâtiments et autres structures », a modifié la façon dont les vitesses du vent sont cartographiées aux États-Unis. Au lieu d’utiliser l’ancienne vitesse du vent par kilomètre le plus rapide, la norme a adopté la vitesse du vent en rafale de trois secondes comme variable de conception de base. La carte est présentée en trois éditions : catégorie de risque I, catégorie de risque II et catégories de risque III-IV. Chaque édition a son propre intervalle de récurrence moyen : 300 ans pour la catégorie de risque I, 700 ans pour la catégorie de risque II et 1 700 ans pour les catégories de risque III et IV.

Le graphique à barres ci-dessus utilise des valeurs illustratives pour un site côtier pour montrer l'effet de la catégorie de risque sur la vitesse de conception du vent. Pour la catégorie de risque I, la vitesse de base du vent pourrait être de 105 mph. La catégorie de risque II, la valeur par défaut pour la plupart des bâtiments conventionnels, serait de 115 mph. La catégorie de risque III-IV, qui couvre les hôpitaux, les écoles et les installations essentielles, serait de 125 mph. Cette augmentation de 20 mph entre les catégories I et III-IV n’ajoute pas linéairement à la charge. Étant donné que la pression du vent est proportionnelle au carré de la vitesse, un vent de 125 mph produit environ 42 % de pression en plus qu'un vent de 105 mph. C'est pourquoi les catégories de risques de la carte sont si importantes pour la conception des poteaux.

Comment lire la carte de vitesse du vent ASCE 7-10 pour un site

Pour utiliser la carte, recherchez l'emplacement du projet sur la feuille de catégorie de risque appropriée, puis lisez le contour de vitesse du vent le plus proche. L'interpolation linéaire entre les contours est acceptable, mais la pratique nécessite souvent d'utiliser l'extrémité supérieure de la plage. La valeur que vous lisez est la vitesse de base du vent utilisée pour calculer la pression dynamique sur le site. Pour un poteau d'éclairage, cela devient le point de départ de la vérification du moment de base et de la conception de l'ancrage.

Le graphique à barres horizontales donne une comparaison visuelle rapide des valeurs de vitesse du vent de catégorie de risque II pour certaines régions des États-Unis. La valeur de 150 mph de Miami reflète l'environnement de vent d'ouragan du sud-est de la Floride. La côte du Golfe se situe à environ 130 mph, tandis que le Haut-Midwest et le nord-ouest du Pacifique se situent à environ 90 mph et 85 mph. Ces chiffres sont simplifiés à titre d'illustration uniquement et ne remplacent pas la lecture de la carte officielle ou l'utilisation d'un outil de danger vérifié. Le fait est que la vitesse nominale du vent varie considérablement à travers le pays. Un poteau qui passe dans un état peut nécessiter un module de section complètement différent lorsqu'il est expédié vers un autre état.

Pourquoi une légère augmentation de la vitesse du vent crée une augmentation importante de la charge

L'ASCE 7-10 convertit la vitesse du vent en pression de conception avec l'équation de pression-vitesse q = 0,00256 Kz Kzt Kd V^2. Le terme V au carré signifie que la vitesse du vent n’évolue pas linéairement avec la charge. Par exemple, augmenter la vitesse de base du vent de 120 mph à 150 mph augmente V ^ 2 de 14 400 à 22 500. Cela représente une augmentation de 56 pour cent de la pression de vitesse avant même que d’autres coefficients ne soient appliqués. Le graphique linéaire ci-dessous visualise cette relation non linéaire en utilisant une vitesse de base de 85 mph.

Le graphique linéaire représente la pression relative du vent par rapport à la vitesse de base du vent, en utilisant 85 mph comme ligne de base. À 110 mph, la pression est environ 67 pour cent plus élevée que la ligne de base. À 210 km/h, la pression est environ 2,3 fois plus élevée et à 240 km/h, elle est plus de 3,1 fois plus élevée. La courbe devient plus raide après 200 km/h, c'est pourquoi une simple augmentation de vitesse peut faire passer un bâton de conforme à inadéquat. Les ingénieurs utilisent cette courbe pour justifier des sections de poteaux plus lourdes et des plaques de base plus grandes dans les zones de vent fort. Cela montre également pourquoi la carte ASCE 7-10 sépare les sites par catégorie de risque : la conséquence d'une sous-estimation de la vitesse augmente quadratiquement.

Ce que cela signifie pour les poteaux d'éclairage et l'éclairage public

Pour un poteau d'éclairage, la charge du vent agit le long du fût et sur le luminaire, créant un moment de base auquel la section du poteau et l'ancrage doivent résister. Le module de section requis est déterminé par le produit de la pression et de la surface projetée. Un passage de la catégorie de risque II à la catégorie de risque IV peut augmenter la vitesse de conception du vent de 10 à 20 mph dans de nombreuses régions, ce qui à son tour augmente le moment de base de 20 à 40 pour cent ou plus. C'est pourquoi une ligne de fabrication proposant plusieurs tailles et matériaux de poteaux est précieuse.

Poteau lumineux conique en aluminium de 10 à 40 pieds avec bride de base Ce poteau extrudé AL6063, traité thermiquement T6, offre un montage sur bride de base pour une installation facile. Ses multiples hauteurs permettent aux prescripteurs de faire correspondre le module de section aux charges de vent spécifiques au site selon ASCE 7-10. Voir le produit →

Morelux fournit des poteaux coniques en aluminium pour les projets américains d'une hauteur de 10 à 40 pieds, avec bride de base et options d'enfouissement direct. Ces conceptions peuvent être évaluées par rapport à la vitesse du vent ASCE 7-10 spécifique au site pendant la phase de cotation.

Aluminium versus acier dans les projets sensibles au vent

Le graphique radar ci-dessous compare cinq caractéristiques de conception importantes lorsque la charge du vent contrôle la taille des poteaux.

Le tableau radar compare les poteaux d'éclairage en aluminium et en acier selon cinq caractéristiques de conception qui interagissent avec la performance éolienne. L'aluminium présente un rapport résistance/poids plus élevé, ce qui signifie que le bâton peut être plus léger tout en supportant une capacité de moment similaire. L’aluminium est également plus résistant à la corrosion, un avantage dans les zones de vent côtier où les embruns salins accélèrent les dégâts. L'acier a tendance à obtenir de meilleurs résultats en termes de résistance aux chocs et de durée de vie en cas de fortes rafales répétées, en particulier lorsque le poteau est soumis à une charge de luminaire plus lourde. Aucun des deux matériaux n’est uniformément meilleur ; le bon choix dépend de la vitesse du vent du site, de la catégorie de risque et de la stratégie de maintenance du cycle de vie. C'est pourquoi un fabricant capable de fournir des poteaux en aluminium et en acier est utile lorsque les charges de vent du projet varient d'un comté à l'autre.

Poteau d'éclairage rond conique en acier avec bride de base Fabriqué à partir d'acier ASTM A500 de qualité C à haute limite d'élasticité, ce poteau conique supporte de lourdes charges de luminaires et des rafales de vent répétées. Sa bride à 4 boulons et son kit d'ancrage en option permettent des installations robustes. Voir le produit →

Étapes pratiques pour spécifier un pôle sous ASCE 7-10

Suivez ce flux de travail pour éviter de sous-spécifier un poteau. Si vous ne savez pas quelle vitesse du vent s'applique, contacter Morelux avec l'adresse du projet et l'édition du code du bâtiment.

1. Identifiez la catégorie de risque du projet et l’édition du code du bâtiment.
2. Lisez la vitesse du vent de conception sur la carte ASCE 7-10 correspondante.
3. Sélectionnez la catégorie d'exposition au vent en fonction du terrain.
4. Calculez la pression de vitesse et le coefficient de force.
5. Comparez le moment de base requis avec les tableaux de charges du fabricant de poteaux.
6. Vérifiez la conception des fondations et des boulons d’ancrage avec un ingénieur professionnel.

Une fois la vitesse de conception du vent connue, comparez le moment de base requis aux tableaux de charges du fabricant. Pour un projet où la carte de vitesse du vent montre une valeur élevée, un poteau conique en aluminium plus grand ou un poteau en acier peut être nécessaire. Si vous partagez la catégorie de risque, l'exposition et la vitesse de base du vent avec le fournisseur, le devis peut être plus précis.

Poteau lumineux conique en aluminium de 10 à 40 pieds, enterrement direct Ce poteau en aluminium à montage planté présente un fond aplati pour empêcher la rotation, avec un accès au fil à 24 pouces au-dessus du sol. Idéal pour les projets nécessitant un enfouissement direct et une évaluation flexible de la charge de vent. Voir le produit →

L’essentiel : faites correspondre le pôle à la carte

La carte de vitesse du vent ASCE 7-10 n'est pas un chiffre unique qui s'applique à chaque site. Cela dépend de la catégorie de risque, de l'emplacement et de l'édition de la norme utilisée. Étant donné que la pression du vent augmente avec le carré de la vitesse, la différence entre 90 mph et 130 mph est beaucoup plus grande que ce que suggèrent les chiffres bruts. Les prescripteurs doivent toujours enregistrer la catégorie de risque exacte et la vitesse de base du vent utilisées dans la conception. Un fournisseur de poteaux de confiance demandera ces valeurs avant de suggérer un produit. Pour une comparaison supplémentaire des matériaux des poteaux, lisez notre revue de poteaux d'éclairage en acier et les facteurs qui en font le choix privilégié pour certains environnements éoliens.