CONCEPTION DE CONSTRUCTIONS EN BETON PREFABRIQUE Leçon 10 Résistance au feu

Exigences de base La résistance au feu d’une construction est déterminée sur base des critères suivants:  Stabilité “R”: fonction portante  Isolation thermique “I”: augmentation de la température moyenne sur la totalité de la surface non-exposée < 140 °K et augmentation maximale de la température en tout point de la surface non-exposée < 180 °K  Etanchéité aux flammes “E”: pas de passage de feu au travers des parois, planchers, joints, etc..

Actions du feu Actions thermiques et mécaniques  Réduction propriétés des matériaux en fonction de la température  Effets indirects par dilatation thermique

Réduction propriétés des matériaux Béton Diminution de la résistance caractéristique à la compression 1. Granulats siliceux 2. Granulats calcaires

Réduction propriétés des matériaux Acier d’armature Diminution de la résistance caractéristique à la traction 1. Armatures tendues (laminé à chaud) pour des déformations εs,fi  2% 2. Armatures tendues (acier formé à froid) pour des déformations εs,fi  2% 3. Armatures comprimées ou tendues pour des déformations εs,fi  2%

Réduction propriétés des matériaux Acier de précontrainte Diminution de la résistance à la traction caractéristique (0,9 fpk) 1. Acier de précontrainte formé à froid (torons et fils) 2. Acier de précontrainte trempé et revenu (barres)

Actions du feu Dilatation thermique Plus grande flèche pour des dalles du fait de l’exposition au feu d’un côté Plus grande dilatation longitudinale de planchers nervurés à cause de l’exposition sur 3 faces Les planchers se dilatent longitudinalement et transversalement

Dilatation thermique Comportement constructif Dilatation thermique bridée par la construction avoisinante Bridage peu important dans des petites constructions Bridage très important dans des constructions plus larges

Dilatation thermique De grandes dilatations thermiques peuvent donner lieu à des incompatibilités structurelles dans les liaisons L’accumulation de dilatations thermiques de travées consécutives dans une même direction peut être très importante à 120 °C ± 100 mm

Conséquences possibles des dilatations thermiques Incendie dans une bibliothèque à Linköping, Suède La construction coulée sur place s’est écroulée après 30 minutes de feu à cause de l’incompatibilité des liaisons entre colonnes et planchers avec la grande dilatation thermique d’un plancher de 52 m de long, exposé au feu des deux côtés cave

Actions thermiques indirectes Déformation transversale de la section de béton Contraintes de traction et de compression dans la section transversale du béton à cause de l’incompatibilité entre le gradient thermique non-linéaire, et la déformation linéaire de la section Compression Gradient de température Déformation linéaire de la section transversale Traction Compression Température

Actions thermiques indirectes Augmentation des moments sur appui dans des structures hyperstatiques La déformation verticale à cause des contraintes thermiques augmente le moment sur appui dans des structures continues Flèche thermique dans des planchers isostatiques

Recommendations pour la conception Les dilatations thermiques doivent être possibles  Il est recommandé d’implanter les noyaux de stabilité le plus possible au centre de la construction et d’y liaisonner les autres composantes de la structure par articulations Les constructions en béton préfabriqué permettent généralement de plus grandes dilatations que les constructions monolithes coulées en place Noyau central Liaison articulée Liaisons articulées Noyau central

Vérification de la résistance au feu Selon l’Eurocode 2 - partie 1-2, la résistance au feu peut être vérifiée au moyen de: Tableaux Calculs simples Essais au feu

Vérification de la résistance au feu Tableaux  Rédigés sur base de données empiriques et de calculs  Donnent des dimensions minimales pour la section de béton et la distance axe - parement de l’armature principale  Le taux de référence de la charge fi = 0,7  Rédigés pour un béton normal avec granulats siliceux. (Granulats calcaires moyennant certaines réductions)  Pas besoin de vérification de la résistance à l’effort tranchant et à la torsion

Vérification au moyen de tableaux Poutres exposées sur 3 faces Définition des dimensions utilisées pour les différents types de poutres deff  d1 + 0.5 d2

Vérification au moyen de tableaux Poutres Poutres sur appuis simples sans moment sur appuis

Vérification par tableaux Colonnes Colonnes de section rectangulaire ou circulaire en béton armé Méthode A pour colonnes 300/300, 300/400 et 400/400 Degré de charge μfi = 0,2; 0,5; 0,7 Couverture de béton 40 mm 4 armatures longitudinales 8 armatures longitudinales

Vérification par tableaux Voiles Voiles porteurs en béton armé

Résistance au feu: dalles alvéolées Tableaux Epaisseur et distance minimales à l’axe des armatures à la sous-face pour des dalles alvéolées sur appuis simples

Vérification de la résistance au feu 2. Méthode de calcul simplifiée Gradients de température pour différents types d’éléments préfabriqués Planchers nervurés Poutres I Poutres rectangulaires

Vérification par calcul Section droite réduite Le béton à une température > 500°C est négligé dans le calcul de la capacité portante, alors que le béton à une température < 500 °C est supposé conserver sa résistance totale Calcul selon la méthode des états limites Gradient de température de 500 °C Béton Armature

Résistance au feu: dalles alvéolées Analyse par calcul Distribution des température (°C) Calcul de la résistance au feu selon la méthode des états limites La liaison de la dalle avec la structure d’appui est indispensable pour atteindre une bonne résistance au feu Armature de chaînage ø 12 mm Il est nécessaire d’appliquer une couche de protection au feu sur la semelle inférieure

Vérification de la résistance au feu 3. Essais au feu  Courbe ISO temps - température  Charge normale  Eléments simplement appuyés Elément TT après 150 minutes de feu ISO Température Temps - heures

Essai au feu sur un hall préfabriqué Détails du bâtiment et de la charge au feu Croquis intérieur sans plancher intermédiaire 125 kg de bois par m² Vue extérieure du bâtiment Vue intérieure avec plancher intermédiaire

Essai au feu sur hall préfabriqué Résultats de l’essai A la fin de l’incendie Pendant l’incendie Déformation poutre de toiture Evolution température pendant l’incendie

Résistance au feu: assemblages Même principe que pour les éléments de structure:  Dimensions minimales à respecter  Distance minimale de l’axe des armatures à la paroi du béton  Protection des détails métalliques exposés au feu  Laisser la possibilité de grandes déformations Les liaisons par goujon ne demandent normalement pas de précautions particulières contre le feu Les liaisons métalliques doivent être protégées contre le feu