Leçon 10 : Résistance au feu

CONCEPTION DE CONSTRUCTIONS EN BETON PREFABRIQUE

Leçon 10

Résistance au feu

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..

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Actions du feu

Actions thermiques et mécaniques

Réduction propriétés des matériaux en fonction de la température

Effets indirects par dilatation thermique

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Réduction propriétés des matériaux

Béton

Diminution de la résistance caractéristique à la compression

1. Granulats siliceux

2. Granulats calcaires

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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%

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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)

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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

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Dilatation thermique

Comportement constructif

Dilatation thermique bridée par la construction avoisinante

Bridage très important dans des constructions plus larges

Bridage peu important dans des petites constructions

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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

Dilatation thermique

à 120 °C ± 100 mm

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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

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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

CompressionTraction

Déformation linéaire de la section transversale

Gradient de température

Température

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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

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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

Liaison articulée

Noyau central

Noyau central

Liaisons articulées

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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

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Vérification de la résistance au feu

1. 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

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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

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Vérification au moyen de tableaux

Poutres

Poutres sur appuis simples sans moment sur appuis

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Vérification par tableaux

Colonnes

Colonnes de section rectangulaire ou circulaire en béton armé

Méthode A pour colonnes 300/300, 300/400 et 400/400Degré de charge μfi = 0,2; 0,5; 0,7 Couverture de béton 40 mm

4 armatures longitudinales 8 armatures longitudinales

0

30

60

90

120

150

180

210

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40

0

30

60

90

120

150

180

210

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40

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Vérification par tableaux

Voiles

Voiles porteurs en béton armé

Leçon 10 : Résistance au feu

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

Leçon 10 : Résistance au feu

Vérification de la résistance au feu

2. Méthode de calcul simplifiée

Gradients de température pour différents

types d’éléments préfabriqués

Poutres I

Poutres rectangulaires

Planchers nervurés

Leçon 10 : Résistance au feu

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

Leçon 10 : Résistance au feu

Résistance au feu: dalles alvéolées

Analyse par calcul

Distribution des température (°C)

Calcul de la résistance au feu selon la méthode des états limites

Armature de chaînage ø 12 mm

Il est nécessaire d’appliquer une couche de protection au feu sur la semelle inférieure

La liaison de la dalle avec la structure d’appui est indispensable pour atteindre une bonne résistance au feu

Leçon 10 : Résistance au feu

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 ISOT

empé

ratu

re

Temps - heures

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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

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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

Leçon 10 : Résistance au feu

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