"Système pour l'écoulement des eaux de pluie des toitures ou constructions similaires" "Système pour l'écoulement des eaux de pluie des toitures ou constructions similaires"
La présente invention est relative à un appareil ou système pour l'écoulement des eaux de pluie des toitures ou constructions équivalentes. Un tel appareil est basé sur le principe de la prévision d'un écoulement ou débit fermé dans le conduit vertical
de descente pour la quantité d'eau envisagée , de manière que l'écoulement soit intensifié et plus faible et que l'on puisse utiliser des conduits moins coûteux comparativement aux systèmes de canalisations exigeant un écoulement ou débit mixte , dans lequel il y a à
la fois écoulement d'air et d'eau.
Dans la détermination des dimensions des conduits d'eaux de pluie,on utilise différents modes de calcul suivant les pays et, pour une telle détermination de dimensions , on a défini des quantités d'eaux
de pluie dites pour cotation des dimensions , l'intensité maximale étant, par exemple, en Finlande de
150 1/s/Ha (litres/seconde/hectare), en Suède de 130 1/ s/Ha et en Allemagne, en certains endroits, de 400 1/ s/Ha.
Il est connu suivant la technique antérieure de prévoir un écoulement fermé, par exemple en prévoyant un puits dit de toiture dans celle-ci puits dans le-quel l'eau s'écoulant du toit est recueillie, une ouverture destinée à la connexion du tuyau vertical de descente étant prévue dans la partie inférieure de ce puits. L'ouverture est recouverte par un couvercle plat , dont les bords perforés ont été recourbés vers le bas pour former un bouchon d'eau lorsque le puits du toit est plein d'eau. Le but est d'empêcher un accès d'air et la formation d'un tourbillon d'eau dans l'ouverture du tuyau de descente (brevet finlandais
n[deg.] 41.451) .
Suivant une autre construction suggérée de
la technique antérieure, des essais ont été faits pour empêcher l'accès de l'air dans le tuyau vertical de descente en plaçant un tel élément de couvercle , d'allure conique, formant bouchon, dans l'ouverture de l'embouchure du tuyau , dont la forme correspond au tourbillon d'eau provoqué par l'air , lorsque l'eau
se précipite librement dans une ouverture (brevet finlandais n[deg.] 58.193).
Les inconvénients principaux des solutions proposées suivant la technique antérieure sont le coût élevé des puits de toiture , la réduction de l'épaisseur de l'isolation et , en outre, un écoulement non uniforme de l'eau. L'eau s'écoule dans le puits de toiture de façon assez uniforme mais elle est vidée depuis ce puits d'une manière qui ne l'est pas. Un effet dit d'oscillation est produit lorsque le niveau d'eau dans le puits du toit s'élève et s'abaisse de manière alternée. L'écoulement efficace provoqué par le débit fermé vide le toit assez rapidement. Ensuite, de l'air est mélangé avec l'eau pendant un certain temps, le débit étant réduit jusqu'à ce que le puits soit à nouveau rempli , l'accès d'air étant alors empêché et un débit fermé étant à nouveau amorcé.
On perçoit un tel phénomène sous la forme d'un choc perturbateur de l'eau et sous forme d'un bruit.
La présente invention élimine ces inconvénients. Il ne faut prévoir aucun puits de toiture, c'est-à-dire qu'il ne faut aucune cavité particulière, l'eau de pluie passant directement dans l'ouverture
de décharge prévue dans la surface du toit.
Une caractéristique du principe de l'appareil suivant l'invention est que sur le toit, l'eau s'écoulant en débit libre ou ouvert depuis le point
de départ jusqu'au point de décharge , est amenée à passer, sans changement de sa direction d'écoulement
et pratiquement à la vitesse du débit libre, dans un espace où ce débit libre, lorsque l'intensité de la pluie augmente, est converti de façon continue en débit fermé de sorte que, lorsque l'espace est rempli d'eau , l'air est exclu. L'eau pénètre par une ouverture disposée dans l'espace susdit et prévue dans le toit , ouverture par laquelle l'eau est déchargée dans le système de canalisations vers le point final de décharge. Dans un tel cas , le niveau de l'eau sur le toit satisfait exclusivement aux règles du débit libre. Dans le débit fermé obtenu comme ci-dessus, la pression statique de la colonne d.'.eau s'écoulant dans le tuyau de décharge est utilisée pour les résistances à l'écoulement, et les formules normales de calcul d'un débit fermé peuvent être appliquées à la détermination des dimensions des systèmes de canalisations d'eau de pluie.
Dans un cas de ce genre, la perte de pression dans le système de canalisations est égale à la différence de hauteur entre le toit et le point où l'eau est finalement évacuée de la zone. Ce point est habituellement, notamment dans une zone urbaine, l'égout pluvial municipal.
Dans l'appareil suivant l'invention, un plateau formant couvercle, ayant des dimensions déterminées, est adapté au-dessus de l'ouverture de décharge existant dans le toit et à une hauteur telle qu'une quantité prédéterminée d'eau a un espace suffisant
pour passer , au cours d'une unité de temps, en dessous de ce couvercle vers l'ouverture de décharge. Lorsque la couche d'eau existant sur le toit se rapproche de
la hauteur maximale permise , l'accès d'air vers le dessous du couvercle est limité. De la sorte, la quantité d'air se trouvant dans l'eau en dessous du couvercle est réduite au fur et à mesure que l'intensité
de la pluie augmente , jusqu'à ce que cette teneur d'air soit égale à zéro et qu'un débit fermé d'eau ait été atteint. L'évacuation de l'eau est rendue plus intense et le niveau d'eau sur le toit peut être ainsi maintenu sous contrôle. Il ne peut pas s'élever jusqu'à
un niveau mettant en danger la capacité de charge du toit ou du chéneau.
Pour réaliser les objectifs précédents, l'appareil suivant l'invention se caractérise en ce qu'il comprend une ouverture dans la surface du toit et un élément en forme de disque , monté au-dessus de cette ouverture. La grandeur du disque, sa hauteur audessus de la surface du toit , ainsi que le diamètre du tuyau de décharge d'eau et de l'ouverture de décharge sont dimensionés de façon précise suivant la quantité d'eau à évacuer.
Les zones de récolte d'eau sur le toit doivent évidemment être subdivisées en zones de dimensions telles que le niveau d'eau sur le toit ne dépasse pas les limites permises au début de l'écoulement, du fait des règles de débit ou écoulement libre qui prévalent
à ce moment. Cette hauteur est habituellement de 50 mm.
Pour que l'eau puisse être évacuée du toit
en satisfaisant aux règles du débit libre, l'ouverture de décharge doit être suffisamment grande pour que le débordement ou déversement puisse se faire sans perturbations. La hauteur de déversement ou de débordement de l'eau dans une telle ouverture répond à l'équation :
<EMI ID=1.1>
dans laquelle :
u = vitesse au début du débordement c
<EMI ID=2.1>
Dans le cas d'un chéneau très large,la hauteur d'eau au début de l'écoulement est d'environ 3/2 . h .
Dans une ouverture circulaire dont le diamètre est d , l'aire transversale d'écoulement F et, de façon correspondante, la quantité de débit d'eau Q
au point de débordement s'obtiennent de la façon suivante :
<EMI ID=3.1>
En introduisant, dans l'équation susdite, l'équation donnée pour u , l'interdépendance de Q, h et d est obtenue de la façon suivante :
<EMI ID=4.1>
Pour illustrer l'invention et les constructions suivant celle- ci, un exemple pratique est donné ci-après. L'aire de la zone de toiture à évacuer est supposée être de 500 m<2> , l'intensité maximale de pluie de 150 1/s/Ha , auquel cas la quantité d'eau à évacuer est de 7,5 1/s. Suivant l'expérience, le diamètre d'entrée du tuyau de décharge approprié est d'environ 50 mm. Lorsque la hauteur d'eau au début de
<EMI ID=5.1>
de 33,3 mm. A partir de ces valeurs et grâce aux formules précédentes, 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 la circonférence. La vitesse d'écoulement du débit ouvert au bord du disque est de 0,57 m/s, et elle est aussi égale à la quantité d'eau divisée par l'aire d'ouverture libre. La vitesse du débit d'eau en dessous du disque est accélérée lorsqu'un débit fermé se produit, de sorte que la vitesse de l'eau dans le tuyau de décharge sera d'environ 3,8 m/s. Le débit est également influencé par la pression de la colonne d'eau existant dans le tuyau de décharge.
Grâce à la solution suggérée , il est possible d'augmenter la vitesse de l'eau , comme l'indiquent les expériences, sans élever le niveau d'eau sur le toit , sans phénomène de tourbillon et sans aspiration d'air provoquée par un tel phénomène.
Après que la quantité maximale d'eau à évacuer de la zone de toiture en cause a été déterminée et après que la hauteur maximale admise d'eau au début de l'écoulement a été décidée , qui est donc habituellement de 50 mm, au-dessus de la surface du toit et au-dessus du tuyau de décharge, on adapte un disque que l'on place au-dessus de la surface du toit au maximum à une hauteur h , la longueur du bord de ce disque étant au moins égale à la longueur du bord circulaire obtenu au départ de la formule.
Un disque dimensionné et monté de cette manière , ainsi qu'un système de tuyauterie de décharge dimensionné suivant le principe du débit fermé sont capables, lors d'une augmentation de l'intensité de la pluie, de convertir l'écoulement ou débit libre s'effectuant sur le toit, de façon continue, sans changement de direction de l'écoulement se produisant sur ce toit, en un débit
ou écoulement fermé lorsque l'eau s'élève, suivant les règles du débit libre, jusqu'au niveau de la hauteur du disque ; grâce à cet appareil, il est possible d'évacuer l'eau de pluie depuis le toit grâce à des tuyaux d'un diamètre nettement plus petit que dans le cas des solutions de la technique antérieure.
Le disque peut mais ne doit pas être plein, car, lorsque la hauteur d'eau est légèrement inférieure à la hauteur du débordement, la petite couche d'eau formée sur le disque obturera ce dernier de façon appropriée pour empêcher les inconvénients d'une aspiration d'air et pour former une colonne continue d'eau
de la quantité déterminée.
Le dessin annexé illustre, suivant la Figure 1, l'écoulement d'eau dans le tuyau et l'ouverture et, suivant les Figures 2 à 5, différents exemples de construction de l'appareil suivant l'invention.
Dans le cas de la Figure 1, la vitesse de l'écoulement d'eau sur le plan 1 est au départ
du débordement, égale à u , et la hauteur de ce dé-
bordement est de h .
c
Dans le cas de la Figure 2, le tuyau d'eau
de pluie 3 s'ouvrant dans le plan 1 du toit est désigné par le numéro 4 et le disque adapté par-dessus cette ouverture est désigné par le numéro 5. La distance entre le disque et le plan du toit est au maxi-
mum de h .
c La Figure 3 montre une variante suivant laquelle un élément formant tamis ou treillis 6 a été attaché aux bords du disque 5.
Les Figures 4 et 5 montrent deux autres formes de réalisation de l'appareil suivant l'invention. Dans l'un de ces cas, le plan du disque 5 est incliné, tandis que , dans l'autre cas, un élément formant tamis ou treillis 6 s'étend, en ressemblant à une enveloppe conique , depuis les bords du disque 5 jusqu'au
plan du toit.
La Figure 6 montre une forme de réalisation suivant laquelle le disque est élastique et sa forme est déterminée par la compression d'un ressort placé sur le haut de ce disque.
Le disque peut évidemment être de n'importe quelle forme arbitraire quelconque, la longueur minimale de son bord déterminant la position maximale en hauteur de ce disque par rapport au plan du toit, sui-vant le principe décrit précédemment.
Lorsque l'eau circule entre le plan du toit
et le disque, la vitesse de cette eau augmente en direction de l'ouverture 4 du tuyau 3 si les surfaces
sont parallèles , auquel cas la résistance à l'écoulement augmente aussi en direction du point de départ, Figure 2.
Pour empêcher ceci et,en conséquence, réduire la résistance à l'écoulement, le disque ou la partie
du plan du toit se trouvant en dessous de ce disque,
ou les deux simultanément , peuvent être conformés de manière que la résistance à l'écoulement en direction
du point de départ ne soit pas accrue, Figure 4.
De plus, la résistance créée par la transition au point de départ en l'ouverture 4 du tuyau 3
peut être réduite en arrondissant la jonction entre
le plan du toit et le tuyau , voir le numéro de référence 7 sur la Figure 3.
Le disque ou la partie de toiture se trouvant en dessous de celui-ci, ou bien les deux, peuvent également être conformés de manière que ces parties soient pourvues de nervures ou de rainures radiales de renforcement , qui, en même temps,agissent comme agent de retardement de la tendance de l'eau au tourbillonnement, et ce par augmentation du frottement du débit d'eau tourbillonnant. Toutes les solutions précédentes peuvent se faire avec ou sans tamis ou treillis. En outre, le disque peut aussi être prévu élastique et,
par exemple, grâce à un dispositif à ressort, il peut être conçu pour pouvoir être réglable suivant les désirs.
A titre de variante de l'appareil, l'élément formant le disque est monté essentiellement dans le plan du toit, auquel cas l'ouverture d'entrée pour l'eau est essentiellement annulaire, entre le bord du disque et le plan du toit. Dans un tel cas, la longueur du bord du disque et la largeur de l'ouverture suivent les règles décrites précédemment.
REVENDICATIONS
1. Appareil pour l'écoulement des eaux de pluie d'une toiture ou construction similaire, qui comprend une ouverture de décharge d'eau ainsi que des conduits d'écoulement reliés à cette ouverture et un élément en forme de disque qui est plus grand que l'ouverture susdite et adapté par-dessus celle-ci, cet appareil étant caractérisé en ce que l'ouverture est prévue directement dans le plan du toit et en ce que l'élément en forme de disque est de dimensions telles que
la longueur.minimale de son bord et la hauteur maximale de ce disque par rapport au plan du toit (h ) correspondent à la quantité d'eau qui, suivant les règles
de l'écoulement ou débit libre, amène une hauteur de débordement (h ) correspondant à la hauteur avec une ouverture de la longueur de bord concernée , l'écoulement , dans l'espace se situant en dessous du disque, étant converti en débit ou écoulement fermé , de façon continue, lorsque l'écoulement d'eau augmente, et ce sans changement de direction de cet écoulement.