leçon 10 : résistance au feu conception de constructions en beton prefabrique leçon 10...
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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..
Leçon 10 : Résistance au feu
Actions du feu
Actions thermiques et mécaniques
Réduction propriétés des matériaux en fonction de la température
Effets indirects par dilatation thermique
Leçon 10 : Résistance au feu
Réduction propriétés des matériaux
Béton
Diminution de la résistance caractéristique à la compression
1. Granulats siliceux
2. Granulats calcaires
Leçon 10 : Résistance au feu
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%
Leçon 10 : Résistance au feu
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)
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
Vérification au moyen de tableaux
Poutres
Poutres sur appuis simples sans moment sur appuis
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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
Leçon 10 : Résistance au feu
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