Diagnostic de la résistance au feu des structures

DIAGNOSTIC DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS GUIDE METHODOLOGIQUE CONFORME AUX EUROCODES Laurent-Pierre CULMINE

Eurocodes Calculs de structures Béton, acier, bois Règlement de Sécurité Ingénierie de la Sécurité Incendie Diagnostic d’ouvrages Réparation après incendie

DIAGNOSTIC DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS – GUIDE METHODOLOGIQUE CONFORME AUX EUROCODES. RÉSUMÉ Les Eurocodes sont applicables. D'un bout à l'autre de l'Europe, les bâtisseurs emploieront désormais le même langage, les mêmes codes de calculs. L'ingénieur européen a besoin d'un outil pour diagnostiquer la résistance au feu d'ouvrages existants aux Eurocodes. Dans chaque pays, les règlements de sécurité contre l'incendie imposent des résistances au feu minimales. Ce mémoire expose et explique les règlements français, ce qu'est un incendie et son développement. Les Eurocodes sont ensuite abordés, les généraux dont celui spécifique aux structures exposées au feu, puis les Eurocodes Béton, Acier et Bois. Le calcul à froid et en cas d'incendie de chacun de ces matériaux est présenté. Les méthodes de calcul rapides avec leurs abaques d'application sont expliquées, permettant de vérifier efficacement la stabilité au feu d'une structure. Pour chaque matériau, des exemples de calculs au feu sont détaillés. Les anciennes règles de calcul sont rappelées et comparées. L'ouvrage expose différentes méthodes d'auscultation et de réparation après un incendie. Des cas concrets de sinistres récents sont présentés. Une réflexion sur l'avenir de l'ingénierie de la sécurité incendie est aussi proposée. L'ingénieur dispose ainsi d'un soutien pour son projet de sécurité incendie, de la prise en compte des paramètres réglementaires jusqu'aux techniques constructives. Mots clés : Eurocode, incendie, structure, acier, béton, bois, diagnostic, réparation DIAGNOSIS OF THE FIRE RESISTANCE OF EXISTING BUILDINGS - METHODOLOGICAL GUIDE BASED ON EUROCODES SUMMARY The Eurocodes are applicable. Throughout Europe, the builders will use henceforth the same language, even codes of calculations. The European engineer needs a tool to diagnose the fire resistance of buildings existing in the Eurocodes. In every country, the security regulations against the fire impose minimal fire resistances. This report exposes and explains the French regulations, what is a fire and its development. The Eurocodes are then approached, the generals of whom that specific in the structures exposed to fire, then the Eurocodes Concrete, Steel and Wood. The calculation in normal temperature and in case of fire of each of these materials is presented. The fast methods of calculation with their abacuses of application are explained, allowing verifying effectively the stability on the fire of a structure. For every material, examples of calculations on the fire are detailed. The former rules of calculation are called back and compared. The work exposes various methods of auscultation and repair after a fire. Concrete cases of recent disasters are presented. A reflection on the future of the engineering of the fire safety is also proposed. The engineer so has a support for his project of fire safety, the consideration of the statutory parameters up to the constructive techniques. Keywords: Eurocode, fire, structure, steel, concrete, wood, diagnosis, repair

DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 2

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier en tout premier lieu le CNAM, honorable institution créée en 1794 par l’abbé GRÉGOIRE et dont le but, splendide, est depuis son origine de diffuser au plus grand nombre le savoir scientifique : il enseigne à tous et partout (docet omnes ubique). Merci à Messieurs KERN et MATHIEU pour votre constance et le sérieux de votre enseignement. Un immense merci à vous et aux autres enseignants du CNAM pour ces innombrables soirées et ces samedis passés à nos cotés, à nous éclairer sur la théorie, l’art et la pratique. Merci à mes parents pour leurs valeurs. Et je les remercie affectueusement pour les promesses à tenir… Merci à Marie-Lou et à Maxence, mes enfants, pour leur compréhension et pour la joie qu’ils distillent dans nos maisons. Enfin, un doux merci à Marjorie, mon épouse, pour sa confiance et son soutien. Merci de m’avoir épaulé, aiguillonné quand il le fallait et toujours, toujours, de m’avoir aidé à croire.

Laurent-Pierre Culmine [email protected]


Page | 3

LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS

AFNOR

Association Française de NORmalisation

BAEL

Béton Armé aux États Limites

BET

Bureau d’Etudes Technique

CdT

Code du Travail

CEE

Communauté économique européenne

CEN

Comité européen de normalisation

CF xh

Coupe Feu « x » heure

CSTB

Centre Scientifique et Technique du Bâtiment

CT

Contrôle Technique

CTICM

Centre Technique Industriel de la Construction Métallique

DTU

Document Technique Unifié

EC

Eurocode

ELS

État Limite de Service

ELU

État Limite Ultimes

ICPE

Installation Classée pour la Protection de l’Environnement

ERP

Établissement Recevant du Public

IGH

Immeuble de Grande Hauteur

ISO

Organisation internationale de normalisation

FCBA

Institut technologique Forêt Cellulose Bois-construction Ameublement

JO

Journal Officiel

NF EN

Norme Européenne et Française

PV

Procès Verbal

SF xh

Stable au Feu « x » heure


Page | 4

TERMINOLOGIE

Analyse linéaire Calcul prenant pour hypothèses que les matériaux respectent la loi de Hooke et qu’ils sont soumis à des déplacements de faible amplitude. Construction

Tout ce qui concerne ou résulte des opérations de construction. Ce terme recouvre les bâtiments et les ouvrages de génie civil. Il désigne les constructions entières, incluant leurs éléments structuraux, non structuraux et géotechniques

Contrôle Technique Rendu obligatoire pour certains ouvrages par la Loi Spinetta du 4 janvier 1978, il vise à prévenir les aléas techniques susceptibles d'entraîner des sinistres, et de vérifier le respect des règles de l'art en matière de construction. Eurocodes

Normes européennes de conception, de dimensionnement et de justification des structures de bâtiment et de génie civil.

Flash-over

Embrasement généralisé éclair qui se produit dans un local alimenté en oxygène de façon continue. Le feu se propage soudainement d’un point à l’ensemble du local. Il est à différencier du backdraft (retour de flammes) qui s’obtient par un afflux soudain d’oxygène.

Massiveté

Le facteur de massiveté est le rapport entre la surface exposée au feu et le volume d’un élément

Ouvrage

Résultat d’une construction

Public

Ensemble de personnes pouvant évoluer librement dans un lieu considéré et susceptibles de ne pas connaitre ce lieu.

Stabilité au feu Ce critère s’exprime uniquement en termes de temps. C’est la durée pendant laquelle un élément résiste à un feu conventionnel sans ruine ou déformation dommageable. Structure

Assemblage de pièces conçu pour supporter des charges et assurer un degré suffisant de rigidité

A noter que l’on trouve un glossaire spécifique aux termes employés dans l’industrie du bois au chapitre 6.1 de ce document et que l’Eurocode 0, rappelé en annexe, définit les expressions utilisées aux Eurocodes. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 5

Sommaire

Résumé

.................................................................................................................... 2

Remerciements................................................................................................................. 3 Liste des sigles et abréviations .......................................................................................... 4 Terminologie .................................................................................................................... 5 Introduction .................................................................................................................. 10 Chapitre 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Le feu. L’incendie........................................................................................ 12

Le triangle du feu ....................................................................................................... 12 Développement du feu dans un local........................................................................ 13 Les étapes du feu ....................................................................................................... 14 Les incendies célèbres ............................................................................................... 18 Les incendies en France en 2009 ............................................................................... 22

Chapitre 2

Résistance et réaction au feu ...................................................................... 24

2.1 Évacuer et protéger… ................................................................................................ 24 2.2 Résistance au feu et Réaction au feu ........................................................................ 25 2.2.1 Avant l’harmonisation européenne ................................................................... 26 2.2.2 Depuis l’harmonisation européenne ................................................................. 26 2.3 Réaction au feu .......................................................................................................... 27 2.3.1 Les Euroclasses ................................................................................................... 27 2.3.2 Les essais de réaction au feu .............................................................................. 28 2.4 Résistance au feu ....................................................................................................... 30 2.5 Performance en résistance au feu............................................................................. 31 2.5.1 Justification de la résistance au feu par le calcul ............................................... 31 2.5.2 Justification de la résistance au feu par essais .................................................. 32 2.6 Les résistances au feu minimales réglementaires ..................................................... 35 2.6.1 Établissements recevant du Public (ERP) ........................................................... 36 2.6.2 Bâtiments soumis au Code du Travail avec dernier plancher à plus de 8m ...... 37 2.6.3 Bâtiments d’habitations ..................................................................................... 38 2.6.4 Immeubles de grande hauteur (IGH) ................................................................. 38 2.6.5 Tunnels routiers ................................................................................................. 39 2.6.6 Tunnels autorisés au transit des matières dangereuses .................................... 39 2.7 Une nouvelle approche. L'ingénierie de la sécurité incendie ................................... 40 Chapitre 3 3.1 3.2

presentation des eurocodes ....................................................................... 41

Un peu d’histoire récente .......................................................................................... 41 Nomenclature des Eurocodes ................................................................................... 41


Page | 6

3.3 Mise en application des Eurocodes – Obligation de leur application ....................... 42 3.4 Principe de conception .............................................................................................. 42 3.4.1 Une démarche Qualité ....................................................................................... 43 3.4.2 Durée de vie - Durabilité .................................................................................... 44 3.4.3 Méthodes probabilistes et semi-probabilistes .................................................. 44 3.5 L’Eurocode 0 – Eurocodes structuraux ...................................................................... 46 3.5.1 EUROCODE 0 : EUROCODES STRUCTURAUX ...................................................... 46 3.5.2 Termes et définitions ......................................................................................... 46 3.5.3 Les noms des variables ....................................................................................... 47 3.5.4 Exigences de base............................................................................................... 48 3.6 Combinaisons de calcul. Méthode des coefficients partiels ..................................... 49 3.6.1 Calculs aux ELU ................................................................................................... 50 3.6.2 Calculs eux ELS.................................................................................................... 51 3.7 Charges permanentes / Charges d’exploitation ........................................................ 53 3.7.1 Charges permanentes ........................................................................................ 53 3.7.2 Charges d’exploitation ....................................................................................... 53 3.8 L’Eurocode 1 partie 1-2. Actions sur les structures exposées au feu ........................ 54 3.8.1 Principe fondamental des calculs au feu............................................................ 55 3.8.2 Feu normalisé – Courbe ISO 834 ........................................................................ 55 3.8.1 Combinaison de calcul au feu ............................................................................ 56 3.8.2 Combinaison de calcul simplifiée ....................................................................... 57 Chapitre 4

L’Eurocode 2 - Calcul des structures en béton ............................................. 58

4.1 Les matériaux............................................................................................................. 58 4.2 Comparaison BAEL / EUROCODES ............................................................................. 58 4.3 Enrobages .................................................................................................................. 59 4.4 Principe de calcul aux états limites ........................................................................... 59 4.4.1 Calcul aux ELU .................................................................................................... 60 4.4.2 Calcul aux ELS ..................................................................................................... 60 4.5 Calcul du comportement au feu ................................................................................ 61 4.5.1 Analyse par éléments ......................................................................................... 62 4.5.2 Combinaison de calcul........................................................................................ 63 4.6 Méthode tabulée de calcul d’un poteau ................................................................... 63 4.7 Méthode tabulée pour le calcul d’un poteau ............................................................ 64 4.7.1 Dimensionnement des poteaux. Méthode A. Exemple de calcul. ..................... 64 4.7.2 Dimensionnement des poteaux. Méthode B ..................................................... 67 4.8 Dimensionnement des voiles .................................................................................... 68 4.8.1 Voiles non porteurs ............................................................................................ 68 4.8.2 Voiles porteurs ................................................................................................... 69 4.9 Vérification des poutres ............................................................................................ 69 Chapitre 5 5.1 5.2 5.3

L’Eurocode 3 - Calcul des structures en acier ............................................... 72

Détermination de la température des structures métalliques ................................. 72 Détermination du flux thermique net ....................................................................... 72 Détermination de la stabilité au feu .......................................................................... 73


Page | 7

5.4 Présentation des méthodes de résolution ................................................................ 73 5.5 Facteur de massiveté (≠ massivité) ........................................................................... 74 5.6 Calcul de la température d’échauffement ................................................................ 76 5.6.1 Propriétés thermiques de l’acier ........................................................................ 76 5.6.2 Équations générales de l’échauffement de l’acier non protégé ........................ 76 5.6.3 Résolution graphique ......................................................................................... 77 5.7 Méthode de la température forfaitaire..................................................................... 78 5.8 Méthode du taux de chargement.............................................................................. 79 5.8.1 Taux de chargement en situation d’incendie µ0 ................................................ 79 5.8.2 Taux de chargement en conditions normales d’utilisation µELU. Exemple de calculs. ............................................................................................................................ 79 5.9 Exemples d’utilisation des méthodes ........................................................................ 83 5.9.1 Exemple d’utilisation de la méthode de la température forfaitaire .................. 84 5.9.2 Exemples d’utilisation de la méthode du taux de chargement ......................... 84 Chapitre 6

L’Eurocode 5 - Calcul des structures en bois ................................................ 86

6.1 Les termes et abréviations des charpentiers ............................................................ 86 6.2 Un matériau sensible à l'humidité............................................................................. 87 6.3 Classes d'emploi – Classes de service ........................................................................ 88 6.4 Principe de calculs ..................................................................................................... 88 6.4.1 Classes de durée de chargement ....................................................................... 89 6.4.2 Classes de services ............................................................................................. 89 6.4.3 Influences de l'humidité et de la durée de chargement sur la résistance ......... 90 6.5 Calculs aux Etats Limites ............................................................................................ 91 6.5.1 Calcul du bois aux ELU ........................................................................................ 91 6.5.2 Calcul du bois aux ELS......................................................................................... 91 6.6 Incendie ..................................................................................................................... 91 6.6.1 Principe du calcul au feu .................................................................................... 92 6.6.2 Calcul de la résistance mécanique R d ............................................................... 93 6.6.3 Calcul de la profondeur de carbonisation .......................................................... 94 6.6.4 Calcul de la résistance mécanique ..................................................................... 95 6.6.5 Calcul des actions. Exemple de calcul ................................................................ 96 Chapitre 7

Présentation des règles anciennes de calcul au feu ..................................... 97

7.1 Anciennes règles béton. Règles FB ............................................................................ 97 7.1.1 Une méthode de calcul basée sur l'expérimentation ........................................ 98 7.1.2 Méthode de calcul .............................................................................................. 99 7.1.3 Méthode de la distribution de la température dans le béton ........................... 99 7.1.4 Règles simples : ................................................................................................ 100 7.2 Anciennes règles acier. Règles FA............................................................................ 101 7.2.1 Une méthode de calcul basée -elle aussi- sur l'expérimentation .................... 101 7.2.2 Principe de la justification ................................................................................ 103 7.3 Anciennes règles bois. Règles BF ............................................................................. 104 7.3.1 Un matériau combustible ................................................................................. 104 7.3.2 Une vitesse de combustion connue ................................................................. 105 DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 8

7.3.3 7.3.4

Méthode de calcul ............................................................................................ 106 Exemple de calcul ............................................................................................. 107

Chapitre 8

Méthodes d’auscultation et de réparation apres un incendie .....................108

8.1 Les méthodes d’auscultation du béton ................................................................... 108 8.1.1 Les méthodes destructives d’investigation du béton ...................................... 108 8.1.2 Les méthodes non destructives d’investigation du béton ............................... 108 8.2 Les méthodes de réparation du béton .................................................................... 109 8.2.1 Projection de béton – Réparation du tunnel sous la manche ......................... 109 8.2.2 Reprise par fibres de carbone ou plats collés .................................................. 112 8.3 Les méthodes de réparation de l’acier .................................................................... 112 8.4 Les méthodes de réparation du bois ....................................................................... 112 Chapitre 9

Analyse de sinitres recents ........................................................................114

9.1 Copropriété l'Îlot au 78 rue Paul Chevalier à Marseille. Structure Béton Armé. .... 114 9.1.1 Contexte réglementaire ................................................................................... 114 9.1.2 L’incendie ......................................................................................................... 114 9.1.3 Les mesures conservatoires ............................................................................. 115 9.1.4 Le diagnostic de la structure ............................................................................ 115 9.1.5 Étude structurelle de la reconstruction ........................................................... 116 9.1.6 Comparaison Eurocodes et DTU. ..................................................................... 116 9.2 Cinéma du 72,74 et 76 La Canebière à Marseille. Structure Acier.......................... 119 9.2.1 Contexte réglementaire ................................................................................... 119 9.2.2 L’incendie ......................................................................................................... 119 9.2.3 Les mesures conservatoires ............................................................................. 120 9.2.4 Le diagnostic de la structure ............................................................................ 121 9.2.5 Étude structurelle de la reconstruction. Exemples de calculs ......................... 122 9.2.6 Comparaison des solutions .............................................................................. 126 9.3 Immeuble du 38 bd Gambetta à Nîmes. Structure Bois.......................................... 128 9.3.1 Contexte réglementaire ................................................................................... 128 9.3.2 L’incendie ......................................................................................................... 129 9.3.3 Les mesures conservatoires ............................................................................. 129 9.3.4 Le diagnostic de la structure ............................................................................ 129 9.3.5 Étude structurelle de la reconstruction ........................................................... 132 9.3.6 Comparaison des solutions .............................................................................. 134 Conclusion

.................................................................................................................139

Liste des annexes ...........................................................................................................141 Bibliographie .................................................................................................................177 Liste des figures .............................................................................................................178 Liste des tableaux ..........................................................................................................179 DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 9

INTRODUCTION

Les Eurocodes sont disponibles et, pour l'essentiel, applicables. L'ingénieur européen dispose ainsi d'un outil permettant de calculer les structures des ouvrages de façon uniforme dans tous les pays d'Europe. A quelques coefficients nationaux près, issus des habitudes fortes locales, le langage et le code de calcul des ingénieurs sera le même à travers toute l'Europe.

Il reste toutefois une spécificité que l'harmonisation européenne n'a pas abordée : c'est le champ de la sécurité incendie. Chaque pays, par ses Autorités de protection contre le feu, a encore son propre règlement de sécurité, imposant des mesures différentes pour chaque type d'exploitation. A la charge du Maitre d'Ouvrage ou de l'Exploitant de s'assurer que ce règlement est respecté.

Une partie primordiale du règlement français de sécurité contre l'incendie est axée sur la résistance au feu que doivent respecter les ouvrages. Que l'ouvrage abrite des logements, des établissements recevant du public ou des locaux pour travailleurs, chaque activité est recensée par le règlement qui impose des valeurs de résistance minimales dans le but d’évacuer et de protéger.

Le but de ce mémoire est de proposer à l'ingénieur un outil lui permettant de diagnostiquer la résistance au feu d'un ouvrage vis-à-vis des Eurocodes. Ce document lui permettra de répondre à ces deux questions : quelle stabilité au feu est requise et comment atteindre cette stabilité au feu?

Une première partie est consacrée au feu ainsi qu'à la Sécurité Incendie. On y trouve des données sur les incendies et comment un feu se développe. La différence entre la réaction et la résistance au feu est expliquée ainsi que les méthodes d'essais. Les différents Règlements de Sécurité contre l'incendie existants en France (ERP, bureaux, logements, IGH, tunnels routiers) sont détaillés et pour chacun, les stabilités au feu minimales sont énoncées.


Page | 10

La seconde partie traite des codes de calculs européens : les Eurocodes 0 et 1 qui expliquent comment déterminer les actions sur les structures et plus précisément la partie 1.2 qui traite des éléments exposés au feu. Puis l'Eurocode 2-Béton, l'Eurocode 3-Acier et l'Eurocode 5Bois sont présentés de façon à ce que l'ingénieur dispose des bases pour dimensionner des éléments par les méthodes simplifiées. Des abaques et des exemples de calculs sont mis à la disposition pour des vérifications rapides. Les anciennes méthodes de calculs sont également rappelées pour les cas où l'ingénieur aurait à comprendre les calculs effectués par ses aînés.

La troisième partie de ce mémoire est destinée à la pratique : on y trouve différentes méthodes d'auscultation et de réparation des structures béton, acier et bois après un incendie. Trois exemples réels d'incendie ayant eu lieu récemment sont exposés. Ils sont l'occasion de donner des exemples complets de calculs menés aux Eurocodes, de dimensionner des solutions de réparation et de comparer les Eurocodes avec les anciennes règles de calcul.


Page | 11

Chapitre 1 1.1

LE FEU. L’INCENDIE

Le triangle du feu

La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion… La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un combustible, un comburant, une énergie d'activation en quantités suffisantes. On représente de façon symbolique cette association par le triangle du feu.

Figure 1 – Triangle de feu

Le combustible peut être, selon la classe : Classe A : un solide formant des braises (bois, papier, carton, tissu, PVC, …) Classe B : un liquide ou solide liquéfiable (essence, gazole, huile, kérosène, polyéthylène, polystyrène, …) Classe C : un gaz (butane, propane, méthane, dihydrogène, …) Classe D : un métal (fer, aluminium, sodium, magnésium, …) Classe F : une huile (huile ou graisse végétale de cocotte minute ou friteuse) Ces quatre points correspondent respectivement aux quatre principales classes de feux A, B, C, D et F. On retrouve cette classification des classes de feu dans le Règlement de Sécurité contre l’incendie des Établissements Recevant du Public (ERP) [1] à son article MS38 §2. Le comburant est l’autre réactif de la réaction chimique. La plupart du temps, il s’agit de l’air ambiant, et plus particulièrement de l’un de ses composants principaux, le dioxygène. La réaction est déclenchée par une énergie d’activation. Il s’agit généralement de chaleur. Par exemple, ce sera l'échauffement du frottement dans le cas de l’allumette, le câble électrique qui chauffe, ou une autre flamme (propagation du feu), étincelle. Mais il y a d’autres façons de fournir l’énergie d’activation : électricité, radiation, pression… qui DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 12

permettront toujours une augmentation de la température. La production de chaleur permet à la réaction de s’auto-entretenir dans la plupart des cas, voire de s'amplifier en une réaction en chaîne. La température à partir de laquelle un liquide émet suffisamment de vapeurs pour former avec l'air un mélange inflammable dont la combustion peut s'entretenir d'elle-même est appelée point d'inflammation. 1.2

Développement du feu dans un local

Edward Hartin, dans sa série d’articles intitulée “Fire Behavior Indicators and Fire Development” [2] explique dans le détail le développement d’un feu dans un local :

Lorsqu'un feu n'est pas confiné, une grande partie de la chaleur produite par le combustible qui brûle s'échappe par rayonnement et convection. Pensez à une pile de palettes en bois, en feu sur une aire de stationnement ouverte (parking par exemple). Alors que vous pouvez sentir la chaleur radiante lorsque que vous vous approchez du feu, la convection éloigne la fumée et les gaz chauds vers le haut, loin des palettes en feu. Qu'est ce qui change lorsque le feu se produit dans un compartiment?

Dans un local, des éléments tels que les murs, le plafond et le plancher, absorbent une partie de la chaleur radiante produite par le feu. L'énergie calorifique radiante qui n'est pas absorbée est donc réfléchie, et continue ainsi à augmenter la température du combustible et la vitesse de combustion. La fumée et l'air sont chauffés par le feu et s'élèvent, pour entrer en contact avec des matériaux plus frais tels que le plafond et les murs du local. La chaleur est transférée par conduction, aux matériaux plus frais, augmentant ainsi leur température. Ce procédé de transfert thermique augmente la température de tous les matériaux présents dans le compartiment. Lorsque qu'un élément est chauffé, il commence à se décomposer par la chaleur (il pyrolyse). Le taux de pyrolyse peut atteindre le point où la combustion avec flamme pourra être possible et le feu se propagera. En plus du fait qu'ils contiennent de l'énergie calorifique, les feux en compartiments sont influencés par le profil de ventilation. La taille du local, le nombre et la taille des ouvertures qui peuvent fournir une source d'oxygène pour permettre une combustion continue, influencent également le développement du feu.


Page | 13

1.3

Les étapes du feu

Bien que les « étapes du feu » soient décrites différemment suivant les manuels des Services Incendie, le phénomène de développement du feu est toujours le même. En ce qui nous concerne, nous décrirons les étapes de développement du feu dans un local, par les termes suivants: Naissance Croissance / Flashover Plein développement Déclin. Bien que nous divisions le développement du feu en quatre «phase», le processus réel est en fait continu, avec des «étapes» allant de l'une vers la suivante. Bien qu'en laboratoire il soit sans doute possible de définir clairement ces transitions, sur le terrain, il est souvent difficile de dire quand une phase est finie et quand la prochaine commence.

Figure 1 - Les différentes courbes d'évolution de feu

Naissance : Cette étape du développement du feu peut être définie de deux manières. La définition la plus simple est celle d'un petit feu qui n'a pas encore significativement affecté l'environnement intérieur du compartiment (chaleur, toxicité, visibilité). Les règlements de l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) traitant de la protection contre les incendies (OSHA, 1993) identifient un feu naissant en termes de risques. Ce règlement indique qu'un feu dans son étape initiale ou «de commencement» est un feu qui peut être contrôlé ou éteint avec des extincteurs portatifs ou une petite DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 14

ligne d'eau (Ndt : Robinet Incendie Armé «RIA» que l'on trouve dans les magasins par exemple) sans avoir besoin de vêtements de protection ou d'appareil respiratoire. Revenons aux bases du comportement du feu : l'allumage exige de la chaleur, du combustible, et de l'oxygène. Dès que la combustion commence, le développement d'un feu naissant dépend en grande partie des caractéristiques et de la configuration du combustible impliqué (le feu est contrôlé par le combustible). L'air dans le compartiment fournit suffisamment d'oxygène pour permettre le développement du feu. Pendant cette première phase du développement du feu, la chaleur radiante chauffe le combustible proche et permet ainsi de poursuivre le processus de pyrolyse. Une colonne de gaz chauds et de la flamme monte du feu et se mélange à l'air plus frais de la pièce. Ce transfert d'énergie commence à augmenter la température globale de la pièce. Lorsque cette colonne thermique atteint le plafond, les gaz chauds commencent à se propager horizontalement au plafond. Il est difficile de définir précisément la transition qui suit la phase de naissance. Cependant, lorsque les flammes sont proches du plafond et que la couche de gaz chauds devient mieux définie et augmente en volume, on estime que le feu s'est déplacé au-delà de sa phase naissante et (si la quantité d'oxygène est suffisante) continuera à se développer plus rapidement. A cet instant le feu est alors une menace immédiate, dangereuse pour la vie et la santé (condition de type IDHL = Immediately Dangerous to Life and Health). Dès lors les conditions de sécurité définie par l'OSHA doivent s'appliquer, avec la mise en place de binôme et du principe «2 qui entrent pour 2 qui sortent».

Figure 2 - Répartition des masses d'air

Croissance : Comme le feu continue à se développer, le taux d'énergie libéré par le combustible en feu continue également à augmenter (si la quantité d'oxygène est suffisante). Bien qu'en réalité cela soit plus complexe, les températures des gaz dans le compartiment peuvent cependant être décrites comme existant sous forme de deux DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 15

couches: une couche chaude qui s'étend (descend) à partir du plafond et une couche plus fraîche au niveau du plancher. En plus des effets liés au transfert de chaleur par le rayonnement et la convection décrit précédemment, le rayonnement de la couche de gaz chauds contribue également à chauffer les surfaces intérieures du compartiment et de son contenu (voir figure ci-dessus). Le volume et la température de la couche chaude de gaz augmentent et la pression fait de même. La pression plus élevée de cette couche chaude a tendance à la pousser vers le bas et à la faire sortir par les ouvertures. La pression de la couche de gaz plus froid étant moins importante, il en résulte un mouvement d'air vers l'intérieur du compartiment, en provenance de l'extérieur. A l'endroit où ces deux couches se rencontrent et que les gaz chauds sortent par une ouverture, la pression est neutre. L'interface des couches chaudes et fraîches de gaz est généralement désignée sous le nom de «plan neutre». Le feu peut continuer à se développer soit par propagation de la flamme ou par l'allumage d'autres éléments combustibles, présents dans le compartiment. Lorsque les flammes de la colonne de thermique atteignent le plafond, elles se plient et commencent à se répandre horizontalement. Les produits de pyrolyse et les sous-produits inflammables issus de la combustion incomplète, présents dans la couche de gaz chauds, prendront feu et prolongeront cette propagation horizontale au niveau du plafond. Ce phénomène, connu sous le nom de roll-over, et l'indicateur de l'imminence d'un Flashover (Ndt : il est bien question ici de l'inflammation des gaz et non pas du simple étalement des flammes au plafond). Le Flashover : C'est la transition soudaine d'un feu qui se développe vers un feu pleinement développé. Le compartiment subit alors un embrasement généralisé. Lorsque le Flashover se produit, il y a une transition rapide vers tous les matériaux combustibles contenus dans le compartiment. Les conditions pour le Flashover sont définies par une multitude de moyens différents. Cependant, en général la température dans le compartiment doit atteindre entre 500 à 600°C ou le flux de chaleur (mesure du transfert thermique) au plancher du compartiment doit atteindre 15 - 20 kW/m2. Il faut rappeler qu'une couche de gaz chauds à 500°C émet un flux thermique voisin de 20 kW/m2 et à 700°C d'environ 50 kW/m2 ; pour de telles conditions les brûlures vont apparaître en moins de 1 minute. En général, il est admis que le seuil de tenabilité pour les personnes est de 2,5 kW/m². DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 16

Quand le Flashover se produit, les gaz en feu s'échappent par les ouvertures du compartiment (tel qu'une porte menant à une autre pièce) à une vitesse importante. Mais le Flashover ne se produira pas systématiquement. Deux facteurs, en corrélation, ont une influence importante sur le développement d'un feu dans un compartiment. D'abord, le combustible doit avoir une énergie calorifique suffisante pour atteindre les conditions du Flashover. Par exemple, l'inflammation de plusieurs feuilles de journal dans une petite corbeille à papiers en métal a peu de chance de produire l'énergie calorifique suffisante pour développer des conditions de Flashover dans une chambre garnie de panneaux résistants au feu ! Par contre, l'inflammation d'un divan avec des coussins en mousse de polyuréthane, placé dans la même salle, permettra certainement d'atteindre ce seuil. Le deuxième facteur est la ventilation. Un feu doit avoir suffisamment d'oxygène pour se développer et atteindre le Flashover. Il est intéressant pour l’ingénieur généraliste ou le préventionniste de préciser le travail suivant : En modélisant le développement d'un feu dans une salle d'hôtel, Birk (cité par Grimwood, Hartin, McDonough, et Raffel, 2005) a déterminé que la fermeture de la porte empêche la pièce d'atteindre le Flashover (à condition que les autres ouvertures telles que les fenêtres demeurent intactes). Si la ventilation existe, mais qu'elle est insuffisante, le feu peut néanmoins entrer dans la phase de croissance et ne pas atteindre le pic de dégagement de chaleur d'un feu en plein développement. Plein développement : À cette étape de post Flashover, le dégagement d'énergie est à son maximum, mais est généralement plus ou moins limité par la ventilation. Les gaz imbrûlés s'accumulent au niveau de plafond et brûlent fréquemment lorsqu'ils sortent du compartiment, produisant alors des flammes visibles par les portes ou les fenêtres. La température moyenne des gaz dans un compartiment pendant un feu en plein développement s'étend de 700° à 1200°C. Déclin : Lorsque le combustible disponible est consommé, le taux de dégagement de chaleur diminue et le feu peut alors retourner à un état de contrôle par le combustible en cherchant un équilibre avec la disponibilité en oxygène. Edward Hartin, dans sa série d’articles intitulée “Fire Behavior Indicators and Fire Development” [2]


Page | 17

1.4

Les incendies célèbres

L’histoire est ponctuée d’incendies célèbres et, malheureusement, toujours meurtriers : - 1184 : Troie

Figure 3 - Miquel Bestard (1592-1633) L’Incendie de troie. Majorque

- 480 : Incendie de l'Acropole d'Athènes -47 : Incendie de la bibliothèque d'Alexandrie 64 : Grand incendie de Rome. Quatre quartiers seulement sur quatorze furent épargnés ; cet incendie fut si violent qu'il déclencha des phénomènes seulement reproduits par les bombes incendiaires de la Seconde Guerre mondiale, comme les tempêtes de flammes.

Figure 4 - L'Incendie de Rome (peinture d'Hubert Robert, le Havre, Musée des Beaux-Arts) DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 18

1423 : Incendie et mise à sac de Marseille par la flotte d'Alphonse V d'Aragon, qui ravage la ville pendant quatre jours, faisant fuir les trois-quarts de la population et anéantissant l'habitat médiéval 1577 (20 décembre) : Incendie du palais des Doges à Venise, au cours duquel est détruite la salle du Grand conseil, ainsi que de nombreuses œuvres d’art, signées notamment de Titien, Le Tintoret, Paul Véronèse, qui la décoraient. 1657 : Grand incendie de Meireki à Edo (Tōkyō), au Japon, dont les habitations en bois et les temples furent détruits par le feu, qui provoqua la mort de 30 000 personnes 1666 (2 au 5 septembre): Le Grand incendie de Londres On estime qu'il a détruit les maisons d’environ 70 000 des 80 000 habitants. Les pertes humaines furent très faibles, puisque seuls quelques décès furent consignés, mais ce bilan a récemment été contredit en vertu du fait que les morts parmi les pauvres et les membres des classes moyennes n’étaient consignées nulle part et que la chaleur du brasier a pu incinérer de nombreuses victimes sans laisser de cadavres identifiables. 1721 : Incendie de Montréal, détruisant la moitié de la ville et amenant l’intendant Michel Bégon à interdire la construction de maisons en bois : désormais, les maisons devront être construites en pierre… 1755 (1er novembre) : Grand incendie de Lisbonne (Portugal) qui a duré trois jours. Provoqué par un violent séisme, les feux de cheminées et les moyens d'éclairage de l'époque ont embrasé les structures en bois des immeubles effondrés. Tremblement de terre, raz de marée et incendie consécutifs provoquèrent la mort de 30 000 à 100 000 personnes, selon les sources. 1834 (16 octobre) : Incendie du palais de Westminster à Londres, siège du Parlement britannique. 1897 (4 mai) : Incendie du Grand Bazar de la Charité à Paris. 125 morts 1906 (18 Avril) : A San Francisco, à la suite d’un séisme de magnitude 8.5, des ruptures de canalisations de gaz alimentent un incendie qui dura 3 jours. Le bilan, officiellement 452 victimes, est de nos jours estimé à 3 000 morts et 300 000 personnes sans abris.


Page | 19

Figure 5 - Incendie du palais de Westminster. William Turner

1921 (30 septembre) : Incendie des célèbres magasins du Printemps, dont l'immeuble situé boulevard Haussmann à Paris est entièrement détruit ; 1927 : Incendie du Laurier Palace à Montréal dans lequel périssent 78 enfants ; 1938 : Incendie des Nouvelles Galeries, sur la Canebière à Marseille : 75 morts ;

Figure 6 - Photographie de la Canebière à Marseille


Page | 20

Figure 7 - Incendie des Nouvelles Galeries, sur la Canebière à Marseille

1942 : (28 novembre) Incendie dans la boîte de nuit Cocoanut Grove à Boston: 492 morts ; 1947 (30 août) : Incendie d'un cinema à Rueil Malmaison. Sur 600 personnes présentes dans la salle, l'incendie fit 87 morts et 27 blessés graves. 1961 : (17 décembre) : Incendie du chapiteau d'un cirque à Niterói (Brésil) : 323 morts ; 1967 (22 mai) : Incendie du magasin « Innovation » à Bruxelles (Belgique) : 322 morts ; 1970 (1er novembre) : Incendie du dancing le « 5-7 » de Saint-Laurent-du-Pont (Isère, France) : 146 morts 1973 (6 février) : incendie du collège Edouard Pailleron à Paris : 20 morts dont 16 enfants ; 1999 (24 mars) : Incendie du tunnel du Mont-Blanc, qui dura 53 heures et provoqua la mort de 39 personnes 2001 (11 septembre) : Deux avions sont projetés sur les tours jumelles du World Trade Center (WTC) à Manhattan, à New York faisant 2 595 victimes dont 343 pompiers et 60 officiers de police. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 21

2004 (30 décembre) : L’incendie du night-club República Cromagnon à Buenos Aires, Argentine, tue 194 personnes et en blesse 714 autres. 2009 (1er janvier) : Un incendie dans la discothèque "Santika Club" de Bangkok provoqué par des feux d'artifice fait 59 morts et 184 blessés

Figure 8 - Les tourniquets de l'entrée, ultime vestige du « 5-7 », incendié en 1970 à St-Laurent-du-Pont.

1.5

Les incendies en France en 2009

Chaque année, la Direction de la Sécurité Publique publie les statistiques de l’activité des services d’incendie et de secours [3] : En 2008, ce sont encore 402 personnes qui ont perdu la vie lors d’incendies. 80% de ces victimes se trouvaient dans leur logement.


Page | 22

Tableau 1 - Statistiques des incendies en France en 2008


Page | 23

Chapitre 2

RÉSISTANCE ET RÉACTION AU FEU

Le phénomène d’incendie et ses conséquences ont entrainé de la part des pouvoirs publics la mise en place de mesures. Ces mesures diffèrent selon les pays et les époques. On a pu voir par exemple que l’incendie de 1721 à Montréal a fait interdire la construction de maisons de bois. En France, à la suite des tragédies du Grand Bazar de la Charité (1897) et surtout des Nouvelles Galeries de Marseille (1938), les Autorités ont jeté les bases de ce qui concerne la sécurité contre l’incendie : le décret du 7 février 1941 qui mettait en place la commission centrale et les commissions consultatives départementales de sécurité [4].

2.1

Évacuer et protéger…

En France, c’est de façon règlementaire (que l’on peut opposer à l’approche par l’ingénierie) que les bâtiments sont conçus vis-à-vis de la sécurité incendie. Bien que le principe soit toujours le même – évacuer et protéger – les législateurs ont différencié dans leurs textes les principes de base de la sécurité incendie :

Pour les ERP, c’est l’arrêté du 25 juin 1980 qui définit les raisons pour lesquelles une structure doit résister au feu : A son article CO11 on peut trouver au § 2 en objet que « Les structures du bâtiment abritant un établissement recevant du public doivent présenter des qualités de résistance au feu afin de préserver la stabilité de l'édifice et de s'opposer à une propagation rapide du feu en cas d'incendie pendant le temps nécessaire à l'alarme et à l'évacuation des occupants de l'établissement et des locaux tiers éventuels situés dans le même bâtiment. ». C’est donc l’exigence de la stabilité au feu qui est mise en avant pour les ERP

Pour les bâtiments soumis au Code du Travail l’article du R. 4216-2 de ce code [5] exige que « Les bâtiments et les locaux soient conçus et réalisés de manière à permettre en cas de sinistre :


Page | 24

1° L'évacuation rapide de la totalité des occupants dans des conditions de sécurité maximale 2° L'accès de l'extérieur et l'intervention des services de secours et de lutte contre l'incendie 3° La limitation de la propagation de l'incendie à l'intérieur et à l'extérieur des bâtiments. Pour les Codes du Travail, c’est plutôt l’évacuation des occupants qui est privilégiée.

Pour les logements c’est l’arrêté du 31 janvier 1986 modifié qui édicte les règles. On peut y trouver en préambule le rappel des principes de base qui régissent la sécurité contre l'incendie dans les bâtiments : Celle-ci vise essentiellement à assurer aux personnes une protection efficace dans des situations critiques et tend ainsi à prévenir les victimes multiples. Les trois catégories principales de dispositions et mesures sont les suivantes : - des mesures de prévention évitant la naissance du feu, sa transmission vers d'autres locaux ou vers les tiers si le foyer initial est intérieur, ou vers l'intérieur du bâtiment si le feu provient de l'extérieur ; - des dispositions concernant l'évacuation des occupants et leur protection par des moyens incorporés au bâtiment ; - des dispositions permettant l'accès aisé et l'intervention des services de lutte contre l'incendie. Les législateurs ont tenu à rappeler deux spécificités des logements : - les occupants connaissent les locaux, ce qui atténue en principe le risque de panique généralisée - le risque est accru pendant les périodes de sommeil (découverte tardive) ; C’est la non-propagation du feu qui est mise en avant pour les logements 2.2

Résistance au feu et Réaction au feu

Il est indispensable de distinguer réaction et résistance au feu : La réaction au feu est le comportement d’un matériau et éventuellement son apport en tant qu’aliment à l’incendie. La résistance au feu est la durée pendant laquelle un élément pourra être efficace


Page | 25

2.2.1 Avant l’harmonisation européenne Pendant la période de transition que nous connaissons, on constate une cohabitation entre les textes nationaux et ceux européens qui sont édités. En France il existe deux groupes de textes : Le premier groupe est composé d’arrêtés ministériels fixant, par types de bâtiment, les exigences minimales en degrés de performance au feu auxquelles doivent répondre les matériaux et les éléments de construction. Sécurité Incendie des ERP, CdT, Habitations, etc. Le second groupe est celui des arrêtés ministériels définissant les méthodes de justification de la performance au feu de ces matériaux et éléments de construction : Réaction au feu : 21 novembre 2002 (JO du 31 décembre 2002) qui abroge l’AM de 06/83 Résistance au feu : 22 mars 2004 (JO du 1er avril 2004) qui abroge l’AM de 08/99 Performance des Toitures : 14 février 2003 (JO du 14 mars 2003) qui abroge l’AM de 09/70 Jusqu’à présent prévalaient les classements français : Classement M0 à M4 pour la réaction au feu et PF-SF-CF pour la résistance au feu. 2.2.2 Depuis l’harmonisation européenne

Aujourd’hui, nous sommes dans le cadre de l’harmonisation européenne. La Directive Produit de Construction (89/106 CE) a pour objectif de supprimer les entraves techniques aux échanges européens et harmoniser les dispositions et spécifications techniques en matière de construction : - Libre circulation des produits de construction - Garantir la sécurité des consommateurs et utilisateurs - Elles définissent 7 exigences essentielles, dont celle relative à la Sécurité Incendie (les autres exigences sont la stabilité et la résistance mécanique, hygiène-santé-environnement, énergie-économie, etc.) En matière de sécurité incendie, les objectifs sont : Assurer la stabilité des éléments porteurs pendant un temps déterminé Limiter l’apparition et la propagation du feu et de la fumée Faciliter l’intervention des équipes de secours Favoriser la bonne évacuation des occupants Limiter l’extension aux ouvrages voisins DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 26

Pour parvenir à ces objectifs, il a donc fallu adopter des méthodes identiques au sein de l’Union Européenne pour pouvoir classifier les produits, d’une part en matière de résistance au feu, et d’autre part en matière de réaction au feu

2.3

Réaction au feu

La réaction au feu peut être définie comme la contribution d’un matériau au développement d’un feu auquel il est exposé sous des conditions spécifiques : génération, propagation du feu et dégagement de fumées. Les paramètres à mesurer pour la réaction au feu sont : délai d’allumage, propagation Contribution énergétique du produit, Production de fumées et Éventuelle chute de gouttes et de débris enflammés. Jusqu’à présent les réactions au feu étaient classées de M0 à M4. Dorénavant, ce sont les euroclasses qui sont utilisées : sont définies 7 Euroclasses : A1, A2 B, C, D, E et F qui représentent la contribution énergétique sous des sollicitations thermiques graduelles. A cela s’ajoute un classement supplémentaire pour la production de fumée s1, s2, s3 On ajoute ensuite une précision concernant la production de gouttes enflammées d0, d1, d2 Pour les sols, on ajoute l’indice FL (floor) à l’euroclasse. La production de gouttes n’intervient alors pas. 2.3.1 Les Euroclasses

Les différentes euroclasses se résument ainsi : Euroclasse F : aucune performance de réaction au feu déterminée Euroclasse E : produits capables de résister à l’attaque d’une petite flamme, sans propagation substantielle Euroclasse D : résiste pendant une période plus longue à l’attaque d’une petite flamme. Capable de subir l’attaque thermique issue d’un objet isolé en feu avec un dégagement calorifique retardé et limité. Euroclasse C : Idem D, avec critères plus strictes Euroclasse B : Idem C, avec critères plus strictes


Page | 27

Euroclasse A2 : classe B + faible contribution à la charge d’un incendie et au développement du feu dans le cas d’un feu très développé Euroclasse A1 : aucune contribution, y compris dans un feu entièrement développé. Censé satisfaire automatiquement aux autres classes inférieures. La production de fumée est classée : s3 : aucune limite requise s2 : production totale de fumée et débit d’augmentation de la production de fumée limités s1 : critères plus stricts que pour s2 Concernant la production de gouttes enflammées, le critère supplémentaire est : d0 : pas de gouttes enflammées d1 : pas de gouttes enflammées persistant plus de 10 s d2 : ni d0 ni d1; inflammation du papier à l’allumabilité

Figure 9 - Exemple de marquage CE

2.3.2 Les essais de réaction au feu Les Euroclasses ont été construites à partir d’un scénario de référence qui représente la situation réaliste la pire qui est définie comme le « Départ d’un feu dans le coin d’une pièce, amené à se développer et finalement conduire à un embrasement généralisé ». Les essais sont menés selon la norme ISO 9705. La chambre de combustion décrite dans cette norme est la suivante :


Page | 28

Figure 10 – Chambre d’essai de combustion ISO 9705

Les essais sont menés dans la chambre ISO 9705 pendant 20 minutes. Il y a 2 niveaux d’exposition durant chacun 10 mn : 100 kW et 300 kW. Puis on atteint le Déclenchement d’un flash-over ou 1000 kW. On mesure le temps pour atteindre le flash-over : Euroclasse B : Pas de flash-over durant les 20 min Euroclasse C : flash-over après 10 mn Euroclasse D : flash-over après plus de 2 min Euroclasse E : flash-over avant 2 min Pour les euroclasses A1 et A2, d’autres critères sont mesurés tels que le potentiel calorifique supérieur.


Page | 29

2.4

Résistance au feu

La résistance au feu est définie dans les normes de base comme la capacité d’un élément de construction à remplir, pendant une période de temps déterminée, les critères spécifiés pour l’essai normalisé de la sécurité incendie par rapport à la fonction portante, l’étanchéité aux flammes et/ou l’isolation thermique. La résistance au feu est exprimée selon le système de classement de la décision Européenne 2000/367/EG (Décision de la Commission du 3 mai 2000 mettant en œuvre la Directive 89/106/CEE du Conseil en ce qui concerne la classification des caractéristiques de résistance au feu des produits de construction, des ouvrages de construction ou de parties de ceux-ci) avec un symbole suivi par le temps en minutes (15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 ou 360 minutes) pour chaque critère de vérification dans la norme d’essai. Pour la fonction portante, on ne regarde que l’éventuel écroulement de la construction, indiqué par le symbole R, par exemple R60. La fonction séparatrice est déterminée par les critères de l’isolation thermique, désignée par le symbole I, et l’étanchéité aux flammes, désignée par E. Le critère pour l’isolation thermique est une augmentation de température limitée du côté non exposé au feu de l’élément séparateur de feu de 104° en moyenne et de 180° au maximum. En ce qui concerne l’étanchéité, il est regardé à la pénétration de flammes ou de gaz inflammables. Cette dernière est surtout pertinente pour les portes. Un produit qui dispose tant d’une fonction porteuse que d’une fonction séparatrice est jugé sur l’ensemble de ces 3 critères et obtient par exemple un REI60. Mais cet élément peut disposer d’une résistance au feu différente pour chacun de ces critères, par exemple R60 et EI30.


Page | 30

Figure 11 - Représentation des résistances au feu [6]

2.5

Performance en résistance au feu

Il existe deux moyens pour évaluer la performance en résistance au feu d’un élément de construction : Par le calcul (avec les Eurocodes) Par des essais (dans un laboratoire agréé)

2.5.1 Justification de la résistance au feu par le calcul Cette façon de justifier les éléments fait l’objet des chapitres suivants.


Page | 31

2.5.2 Justification de la résistance au feu par essais La justification par essais concerne tous les éléments qui doivent impérativement résister au feu pendant au moins une durée fixée réglementairement : Les éléments de second œuvre : cloisons et portes (éléments pleins ou vitrés), planchers, murs Les produits et systèmes destinés à protéger des éléments ou des parties d’ouvrages (par exemple des membranes (horizontales ou verticales), des produits de protection, de calfeutrement, etc) Les équipements de sécurité : ventilateurs, clapets, conduits, volets de désenfumage, etc. Les éléments de structure : poteaux, poutres, planchers, quand la justification par calcul n’est pas possible Les essais peuvent être réalisés dans des laboratoires agréés. A ce jour, seuls sont agréés les laboratoires suivants : Efectis France filiale du CTICM Le CSTB Les essais sont réalisés dans des fours de dimensions maximales 6 x 5 x 8 m (l x h x p) :

Figure 12 - Four d'essais de résistance au feu


Page | 32

Figure 13 - Four d'essais de résistance au feu

Les essais sur le produit donnent lieu à des PV expliquant les protocoles précis des essais et détaillant les résultats. L’Entreprise souhaitant utiliser ce produit doit alors respecter scrupuleusement les conditions des essais pour pouvoir justifier de la résistance au feu requise. En cas de dérive par rapport au PV, l’entreprise devra demander une extension de classement ou un avis de chantier ; il s’agit d’une procédure dérogatoire pour justifier de la résistance au feu d’un ouvrage. Cette procédure est typiquement française. Elle n’est pas harmonisée au niveau européen et ne peut être menée que par un laboratoire agréé français. Il revient en général au Contrôleur Technique de vérifier que l’Entreprise a respecté les conditions de mise en œuvre de l’élément.


Page | 33

Figure 14 - Essai de résistance au feu d’un poteau recouvert d'une peinture intumescente

A noter que les revêtements de tunnel, à cause des véhicules susceptibles d’y brûler, font l’objet d’une courbe spécifique :

Figure 15 - Courbe feu des revêtements de tunnel comparée à la courbe ISO 834


Page | 34

Figure 16 - Essai d'un bloc-porte en bois

2.6

Les résistances au feu minimales réglementaires

Les degrés de résistance au feu des éléments de construction sont définis dans l'arrêté du 22 mars 2004 relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d'ouvrages. Voici les symboles adoptés au niveau communautaire en matière de résistance au feu : Tableau 2 – Symboles européens des résistances au feu

R

Capacité portante

E

Étanchéité au feu

I

Isolation thermique

W

Rayonnement

M

Action mécanique

C

Fermeture automatique

S

Passage des fumées

G

Résistance à la combustion de la suie

K

Capacité de protection contre l’incendie


Page | 35

D

Durée de stabilité à température constante

DH

Durée de stabilité sous la courbe standard température-temps

F Fonctionnalité des ventilateurs extracteurs de fumées et de chaleur B

Fonctionnalité des exutoires de fumées et de chaleur naturels

Les classifications sont exprimées en minutes et non plus en heures, sauf indication contraire. Dans les règlements actuels, on trouve encore les anciennes notations : - SF signifie « stable au feu » - PF signifie « pare-flammes » - CF signifie « coupe-feu » Voici donc la correspondance entre l’ancienne et la nouvelle classification : Tableau 3 - Correspondance entre les résistances au feu notation française et européenne

Capacité portante

Étanchéité au feu

Isolation thermique

R

E

I

SF

x

PF

x

x

CF

x

x

x

CF : REI si éléments porteurs sinon EI PF : RE si éléments porteurs sinon E

2.6.1 Établissements recevant du Public (ERP) Un ERP est classé, en fonction du public qu’il peut admettre, de la 1ère à la 5° catégorie. La réglementation impose qu’un établissement recevant du public doive être isolé de tout bâtiment ou local occupé par des tiers afin d'éviter qu'un incendie ne puisse se propager rapidement de l'un à l'autre. Ainsi l'isolement latéral entre un établissement recevant du public et un bâtiment ou un local contigu occupé par des tiers doit être constitué par une paroi CF de degré deuxheures. Ce degré est porté à trois heures si l'un des bâtiments abrite une exploitation à risques particuliers d'incendie. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 36

A l’intérieur de l’établissement, on trouve les exigences suivantes pour les éléments principaux de l’ouvrage

Tableau 4 – Durée de résistance au feu minimale pour un ERP

- Simple rez-de-

Établissement occupant partiellement le bâtiment Établissement à un

chaussée -

seul niveau

Établissement occupant entièrement le bâtiment

Catégorie de l'établissement

Toutes catégories

Résistance au feu

Structure SF 1/2 h Plancher CF 1/2 h

e

- Différence de hauteur

2 catégorie

- Plancher bas du

entre les niveaux

3 catégorie

niveau le plus haut

extrêmes de

4 catégorie

situé à moins de

l'établissement

8 mètres du sol

inférieure ou égale à

e

Structure SF 1/2 h

e

Plancher CF 1/2 h

re

Structure SF 1 h

1 catégorie

8 mètres

Plancher CF 1 h

e

- Plancher bas du

- Différence de hauteur

2 catégorie

niveau le plus haut

entre les niveaux

3 catégorie

situé à plus de

extrêmes de

4 catégorie

8 mètres et jusqu'à

l'établissement

28 mètres y compris

supérieure à 8 mètres

e

Structure SF 1 h

e

Plancher CF 1 h

re

Structure SF 1h1/2

1 catégorie

Plancher CF 1h1/2

2.6.2 Bâtiments soumis au Code du Travail avec dernier plancher à plus de 8m Un bâtiment soumis au Code du Travail n’a pas d’exigence en ce qui concerne la résistance au feu des ses éléments si son plancher occupé le plus haut est à moins de 8m de haut par rapport à l’accès pompiers. A contrario, l’article R. 4216-24 précise qu’afin de prendre en compte l'augmentation des risques en cas de sinistre, les bâtiments dont le plancher bas du dernier niveau est situé à plus de huit mètres du sol extérieur ont une structure d'une stabilité au feu de degré une heure et des planchers coupe-feu de même degré. Ils sont isolés de tout bâtiment ou local occupé par des tiers, au minimum par des parois coupe-feu de degré une heure ou par des sas comportant des portes pare-flammes de degré une demi-heure munies de ferme-porte et s'ouvrant vers l'intérieur du sas.


Page | 37

2.6.3 Bâtiments d’habitations Les bâtiments d’habitations sont soumis à l’arrêté du 31 janvier 1986 modifié. Ces bâtiments sont classés, en fonction du nombre d’étages, de la 1ère à la 4° famille. Les articles 5, 6 et 8 indiquent les résistances au feu qui doivent être respectées Article 5. Les éléments porteurs verticaux des habitations doivent présenter les degrés de stabilité au feu ci-après Habitations de la 1ère famille :

¼ heure ;

Habitations de la 2ème famille :

½ heure ;


1 heure ;


1 ½ heure.

Article 6. Les planchers, à l'exclusion de ceux établis à l'intérieur d'un même logement doivent présenter les degrés coupe-feu ci-après Habitations de la 1ère famille :

¼ heure pour le plancher haut du sous-sol ;


½ heure ;i


1 heure ;


1 ½ heure.

Article 8. Les parois séparatives des habitations individuelles des première et deuxième familles jumelées ou réunies en bande doivent être coupe-feu de degré un ¼ heure. A l'exclusion des façades, les parois verticales de l'enveloppe du logement doivent être : Habitations de la 2ème et 3ème famille : Coupe-feu de degré ½ heure ; Habitations de la 4ème famille : Coupe-feu de degré 1 heure.

2.6.4 Immeubles de grande hauteur (IGH) Les immeubles de grande hauteur sont ceux dont la hauteur est ainsi définie : 50 mètres pour les immeubles à usage d'habitation. 28 mètres pour les autres immeubles. Ils sont soumis à l’Arrêté du 18 octobre 1977. L’article GH9 indique que la stabilité au feu des éléments de la structure de l'IGH (poteaux,

poutres, planchers, etc.) doit être de degré deux heures au moins.


Page | 38

L’article GH10 précise, lui, que les parois séparant l'immeuble d'un parc de stationnement doivent être de degré coupe-feu quatre heures au moins et ne comporter aucune communication directe ou indirecte. 2.6.5 Tunnels routiers Pour les tunnels routiers laissant transiter des véhicules légers et des poids lourds ne transportant pas de matières dangereuses, le degré de résistance au feu vis à vis de la stabilité mécanique a pour valeur de référence une heure et demie SF référence = 1h1/2 2.6.6 Tunnels autorisés au transit des matières dangereuses Dans le cas des tunnels autorisés au transit des matières dangereuses, la résistance au feu des éléments de structure est vérifiée, quels que soient les matériaux utilisés, en utilisant à la fois : la courbe ISO 834 pendant une durée maximale de quatre heures, la courbe hydrocarbure pendant une durée maximale de deux heures ; il y a lieu alors de s’assurer du non éclatement du béton. Si celui ci n’est pas garanti, la justification de la résistance au feu sera apportée par la réalisation d’essais.(voir figure 15) L'expérience a montré qu'un incendie de voiture dans un tunnel ne provoque généralement pas de dégâts aux structures. Par contre, un incendie de camion peut entraîner la destruction par fusion ou ramollissement de chemins de câbles en aluminium (température de fusion 650 °C) et une fissuration importante au droit du ferraillage de la dalle en plafond avec mise à nu des armatures. [7]. Un incendie long d'hydrocarbures pourrait menacer la structure principale. Des essais divers ont été réalisés pour simuler des cas réels d'incendie. On peut notamment citer ceux du Memorial Tunnel aux USA (1995) ainsi que ceux développés dans le cadre du projet EUREKA-FIRETUN (1994-1995). L'incendie du tunnel sous la Manche en 1996 présente également un grand intérêt.


Page | 39

2.7

Une nouvelle approche. L'ingénierie de la sécurité incendie

C’est le retour d’expérience qui a dicté les durées de stabilité au feu que l’on trouve dans les différents règlements. Il est important de préciser qu’il existe en ce moment des travaux novateurs pour mettre en place une véritable ingénierie de la sécurité incendie. Joël Kruppa, du CTICM, a publié en décembre 2008 dans le Moniteur du Bâtiment un plaidoyer très documenté engageant les pouvoirs publics à ne pas réclamer toujours plus de stabilité au feu (Voir l’annexe 2). Selon leurs promoteurs, le but de cette approche est de « développer en France la connaissance des méthodes modernes d’analyse de la sécurité des ouvrages en situation d’incendie. Ces méthodes sont qualifiées de « performancielles » par comparaison aux méthodes actuelles, essentiellement descriptives. ». On trouve de nombreuses informations concernant l’ingénierie de la sécurité incendie sur le site du CSTB dédié http://pnisi.cstb.fr.


Page | 40

Chapitre 3

3.1

PRESENTATION DES EUROCODES

Un peu d’histoire récente

Les Eurocodes sont nés d’un constat très ancien: dès 1971, la directive européenne 71/305/CEE avait identifié que la disparité des règlements nationaux était une entrave à la libre circulation des biens et des services [8]. Dès 1975 un collège d’experts est créé afin d’élaborer des règles de conceptions communes. Les premiers Eurocodes sont livrés au début des années 1980. En France, le Conseil général des ponts et chaussées leur a consacré de nombreuses séances. Un comité technique spécialisé, le CEN/TC 2520, a été chargé du processus de normalisation. A partir de 1990, les premières normes sont disponibles. En France l’AFNOR propose des règles expérimentales dont le symbole est XP. Ces règles étant provisoires, elles sont notées au niveau européen en ENV. C’est ainsi que 1991 voit sortir la XP ENV 1991 Eurocode 1 : bases de calcul et actions sur les structures et Document d'Application Nationale. Lorsque les Eurocodes sont apparus suffisamment matures pour être diffusés, dans les années 1996-1998, il a été décidé que les États devaient rester souverains dans leurs applications. On a donc inclus aux Eurocodes des « paramètres déterminés au niveau national » (les NDP : nationally determined parameters)

3.2

Nomenclature des Eurocodes Eurocode 0

Eurocodes structuraux - Bases de calcul des structures

Eurocode 1

Actions sur les structures

Eurocode 2

Calcul des structures en béton

Eurocode 3

Calcul des structures en acier

Eurocode 4

Calcul des structures mixtes acier-béton

Eurocode 5

Conception et calcul des structures en bois

Eurocode 6

Calcul des ouvrages en maçonnerie

Eurocode 7

Calcul géotechnique

Eurocode 8

Calcul des structures pour leur résistance aux séismes

Eurocode 9

Calcul des structures en aluminium


Page | 41

On trouve en annexe 1 l’état de leur nomenclature détaillée.

3.3

Mise en application des Eurocodes – Obligation de leur application

Une fois cet ensemble de règles élaboré, il reste à les mettre en œuvre. Les autorités françaises et allemandes ont décidé de passer à partir de 2005 à l’emploi systématique des Eurocodes pour les projets de ponts [8].

L'avant-propos de chaque Eurocode ou Partie d'Eurocode stipule que « toutes les normes nationales en contradiction devront être retirées au plus tard en mars 2010 ». Pour les marchés publics, il est obligatoire d'appliquer les normes françaises homologuées, et donc de se référer, lorsqu'elles existent, aux normes nationales transposant les Eurocodes. A ce propos l'observatoire économique de l'achat public (OEAP) vient de publier sur son site une recommandation sur l'utilisation des Eurocodes dans les marchés publics relatifs aux ouvrages de construction.

Quant aux marchés privés, l'application des Eurocodes est dans le principe volontaire. Les normes nationales transposant les Eurocodes seront pourtant un passage obligé pour diverses raisons. En particulier lorsqu'il est fait référence à la norme NF P 03-001 qui constitue le cahier des clauses administratives générales le plus utilisé en matière de marchés privés, l'application des normes françaises homologuées est rendue obligatoire. La norme s'analyse alors comme une règle imposée aux parties, c'est-à-dire qu'elles sont obligées de s'y conformer, faute de quoi leur responsabilité serait mise en jeu.

3.4

Principe de conception

Les principes généraux de conception et de calcul des constructions sont formulés dans l’Eurocode 0 : Base de calculs de structures.

La rédaction des Eurocodes distingue : les principes d’application ≠ des règles d’application.


Page | 42

Dans le texte, on trouve l’indication (P) derrière le numéro de paragraphe pour les principes d’application. Ces principes sont intangibles : aucune alternative ne peut être proposée. Les règles d’application sont données en respect des principes qu’elles suivent. Elles n’ont pas le caractère intangible des principes et peuvent être remplacées par d’autres règles. La conformité au principe doit toutefois alors être démontrée et les qualités atteintes ne sauraient être inférieures à celles atteintes par les règles.

Il faut retenir que tous les Eurocodes utilisent la méthode de vérification aux états limites. Ce sont les deux principes généraux suivants qui régissent les exigences de conception : Une structure doit, pour sa durée de vie supposée, résister à toutes les actions prévisibles et rester adaptée à l’usage défini. (2.1(1)P) Des évènements tels que chocs, explosions ou erreurs humaines ne doivent pas endommager la structure de façon disproportionnée. (2.1(4)P) Les règles ouvrent la porte à la gestion de la fiabilité : on peut baisser les valeurs des pondérations dans les calculs en améliorant, par exemple, le contrôle de la qualité du projet ou de l’exécution.

3.4.1 Une démarche Qualité Les exigences pour la construction s’expriment sous l’angle de la gestion de la qualité : ce sont les autorités publiques qui mènent une politique de gestion des risques. Ces autorités définissent des critères tels que des déformations maximales ou des occurrences de valeurs de contraintes dans la vie supposée d’un élément. La fiabilité structurale est définie comme « la capacité d’une structure ou d’un élément structural à satisfaire aux exigences spécifiées, y compris la durée d’utilisation du projet pour laquelle il a été conçu. La fiabilité s’exprime habituellement en termes de probabilités ». Les Eurocodes introduisent les notions de « niveau adéquat d'exécution des travaux » et de « gestion de la qualité ». L’assurance qualité vise en priorité à éviter les erreurs humaines, la fameuse « interface fauteuil-clavier ». La mise en œuvre d’une politique de la qualité demande qu’un PAQ (Plan DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 43

d’Assurance Qualité) soit élaboré, qu’il soit intégré au processus de fabrication et que l’ensemble des paramètres soit placé sous le contrôle du management du projet.

3.4.2 Durée de vie - Durabilité La notion de « durée d’utilisation du projet » (2.3) introduite aux Eurocodes prévoit que l’ouvrage bien entretenu n’a pas à être réparé durant des périodes données à titre indicatif : 10 ans pour des ouvrages provisoires 15 à 30 ans pour les bâtiments agricoles 50 ans pour un bâtiment courant 100 ans pour le génie civil

Lorsque le maitre d’ouvrage envisage une durée de vie supérieure, il devra améliorer les dispositions constructives, les protections, les propriétés des matériaux, la qualité de la main d’œuvre, le niveau des contrôles ou l’assurance qualité. La durabilité est également prise en compte. Au long cette durée, sa détérioration prévisible ne doit pas abaisser ses performances au-dessous du niveau escompté.

3.4.3 Méthodes probabilistes et semi-probabilistes Dans la démarche probabiliste, on considère qu’un ouvrage est sûr si sa probabilité de ruine avant la fin de sa durée de vie est inférieure à une certaine valeur. L’idée de sécurité à 100% est donc écartée. Dans cette méthode, il convient d’analyser les variables aléatoires concernant tous les facteurs présentant un risque d’incertitude : Caractéristiques des matériaux Dimensions des éléments construits Charges variables (exploitation, température, climatiques…) En analysant les milliers de constructions réalisées et de chantier en cours, ces fonctions aléatoires sont tout à fait caractérisables. Il faut ensuite définir la probabilité acceptable de ruine. L’ordre est 10-5 à 10-6.


Page | 44

Une fois ces variables établies, et après que les Autorités concernées aient donné leur aval aux probabilités envisagées, le dimensionnement peut s’effectuer : en effet, l’Eurocode 0, à son article 3.5(5), autorise explicitement d’user d’une telle méthode : il est loisible de baser directement le dimensionnement sur des méthodes probabilistes.

La démarche semi-probabiliste se base sur des estimations des valeurs présentant des risques d’incertitudes. On tient compte des dispersions statistiques connues : par exemple la valeur caractéristique des actions climatiques est basée sur une probabilité de 0,02 de dépassement de leur partie variable avec le temps, au cours d'une durée de référence d'un an. Pour les matériaux, la valeur caractéristique correspond généralement à un fractile spécifié de la distribution statistique supposée de la propriété concernée du matériau ou du produit.

Pour les calculs, on introduit les coefficients partiels qui sont des retours d’expérience, de campagnes d’essais ou de calculs de probabilités.

Pour expliciter la démarche, posons le problème de base pour lequel un ensemble d’actions doit être inférieur à une résistance. Aux Eurocodes on note les effets des actions E et les résistances R. On cherche à avoir E
revient à vérifier l’inégalité ..De son coté, la méthode probabiliste chercherait, elle, à définir la probabilité p(E

.

Au final il revient de vérifier que E fi,d ≤ R fi,d

Les Eurocodes 0 et 1 traitent le calcul des actions déterminant E fi,d Les Eurocodes 2 à 6 traitent le calcul de la résistance R fi,d


Page | 45

3.5

L’Eurocode 0 – Eurocodes structuraux

Officiellement, la dénomination Eurocode 0 n’existe pas. On parle de EN 1990 pour la partie générale et elle est désignée en France sous la référence NF P 06-100. Toutefois, cette dénomination étant très utilisée, on l’adoptera. Cette norme est ainsi décomposée :

3.5.1 EUROCODE 0 : EUROCODES STRUCTURAUX

NF EN 1990

P06-100-1

Bases de calcul des structures

P06-100-2

Annexe nationale à la NF EN 1990

NF EN 1990/A1

P 06-100-1/A1

Bases de calcul des structures Amendement A1

NF EN 1990/A1/NA

P 06-100-1/A1/NA

Annexe nationale à la NF EN 1990/A1

NF EN 1990

P06-100-1

Bases de calcul des structures

3.5.2 Termes et définitions

Le chapitre 1.5 de l’Eurocode 0 définit tous les termes qui sont utilisés généralement dans un projet. On y trouve entre autres les définitions suivantes qui précisent des concepts déjà bien connus : La nature de la construction indique son utilisation prévue, par exemple bâtiment d'habitation, mur de soutènement, bâtiment industriel ou pont-route. Le mode de construction indique le matériau principal de la structure. Le procédé d'exécution est la méthode utilisée pour l'exécution, par exemple coulé en place. Une structure est un assemblage de pièces conçu pour supporter des charges et assurer un degré suffisant de rigidité. Les critères de dimensionnement sont les formules quantitatives décrivant les conditions à satisfaire vis-à-vis de chaque état-limite. Les situations de projet sont les ensembles de conditions physiques représentant les conditions réelles qui se produisent au cours d'une certaine durée pour laquelle il sera démontré par le calcul que les états-limites concernés ne sont pas dépassés.


Page | 46

Le dimensionnement en cas d'incendie représente le dimensionnement d'une structure en vue d'obtenir la performance requise en cas d'incendie. Les états-limites ultimes (ELU) sont les états associés à un effondrement ou à d'autres formes similaires de défaillance structurale. Il est précisé en note que cette notion correspond généralement à la capacité portante maximale d'une structure ou d'un élément structural. Les états-limites de service (ELS) sont les états correspondant à des conditions au-delà desquelles les exigences d'aptitude au service spécifiées pour une structure ou un élément structural ne sont plus satisfaites. On associe à ces ELS le critère d'aptitude au service qui est le critère de dimensionnement pour un état-limite de service. On trouve également des termes associés à de nouveaux concepts ou à des facteurs jusqu’à présents non considérés : La durée d'utilisation de projet est la durée pendant laquelle une structure ou une de ses parties est censée pouvoir être utilisée comme prévu en faisant l'objet de la maintenance escomptée, mais sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des réparations majeures. Le danger potentiel représente, dans le cadre des Eurocodes, un événement grave et inhabituel, par exemple une action anormale, une influence anormale de l'environnement, une résistance insuffisante ou un écart excessif par rapport aux dimensions prévues. La fiabilité est la capacité d'une structure ou d'un élément structural à satisfaire aux exigences spécifiées, y compris la durée d'utilisation de projet, pour lesquelles il ou elle a été conçu(e). La fiabilité s'exprime habituellement en termes de probabilité. Il est précisé en note que la fiabilité recouvre la sécurité, l'aptitude au service et la durabilité d'une structure. Enfin, ce chapitre définit des termes afférant à la vie et à la gestion de l’ouvrage :

3.5.3 Les noms des variables Effets des actions E : E d Valeur de calcul de l'effet des actions E d,dst Valeur de calcul de l'effet des actions déstabilisatrices E d,stb Valeur de calcul de l'effet des actions stabilisatrices

Actions permanentes G : DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 47

G d Valeur de calcul d'une action permanente G k Valeur caractéristique d'une action permanente G kj Valeur caractéristique de l'action permanente j

Action variable Q : Q d Valeur de calcul d'une action variable Q k Valeur caractéristique d'une action variable individuelle Q k,1 Valeur caractéristique de l'action 1 variable dominante Q k,i Valeur caractéristique de l'action i variable d'accompagnement

Action accidentelle A Action accidentelle A d Valeur de calcul d'une action accidentelle

Résistance R R d Valeur de calcul de la résistance R k Valeur caractéristique de la résistance

Déplacements U Déplacement horizontal W Flèche verticale

L’annexe 3 reprend de façon exhaustive l’ensemble des termes utilisés dans les Eurocodes 1 à 9.

3.5.4 Exigences de base

La section 2 reprend les différentes exigences de base pour la conception et la réalisation d’une structure : Résistances aux actions prévisibles en vue de rester adaptée à sa destination Durabilité


Page | 48

En cas d'incendie, la résistance de la structure doit être de niveau approprié pendant la période de temps requise. L’endommagement doit être proportionné à des évènements tels qu’explosion, choc ou erreur humaine. Pour cela les législateurs ont privilégié certaines solutions : adapter le type de structure aux dangers potentiels ; utiliser un type de structure qui permet de « survivre » à la perte d’une partie de la structure ; prohiber les systèmes à rupture franche et soudaine ; solidarisation des différents éléments de la structure.

Il convient de choisir des matériaux et des dispositions constructives adaptés ; toutes les étapes de la conception à l’utilisation devront faire l’objet de contrôle.

Le contrôle est introduit au niveau de la supervision du projet; ainsi à chaque classe de fiabilité RC est associé un niveau de contrôle (inspection level ou IL) : IL3 : RC3

Contrôle par une tierce partie

IL2 : RC2

Contrôle conforme aux procédures

IL1 : RC1

Auto-contrôle

3.6

Combinaisons de calcul. Méthode des coefficients partiels

L’Eurocode 0, dans son annexe A1, fournit des règles et des méthodes pour établir des combinaisons d'actions pour les bâtiments : il est en préalable rappelé que les combinaisons d’actions qui ne peuvent physiquement pas exister simultanément ne doivent pas être prises en compte. De plus, il est ensuite indiqué que deux actions variables au plus devraient être prises en compte dans les combinaisons d’actions.


Page | 49

3.6.1 Calculs aux ELU

Aux Eurocodes, 4 états-limites ultimes différents sont définis. Les ELU correspondent à la vérification de la sécurité structurelle, c'est-à-dire à la défaillance de l’élément. Chacun des ces 4 états doit être vérifié pour tout ouvrage: EQU : Perte d'équilibre statique de ou d'une partie de la structure STR : Défaillance interne ou déformation excessive de ou d'éléments la structure GEO : Défaillance ou déformation excessive du sol. FAT : Défaillance de la structure ou d'éléments structuraux due à la fatigue. En ce qui concerne la vérification de la stabilité au feu, seuls les états EQU et STR sont à vérifier. La combinaison fondamentale ELU est Σ γ Gk + γQk,1 + Σ γ Ψ0 Qk La combinaison accidentelle est Σ Gk + Ad + Ψ1 ou 2 Qk,1 + Σ Ψ2 Qk Les coefficients partiels γ sont indiqués dans les deux tableaux n°5 et n°6. Les coefficients partiels Ψi sont indiqués dans le tableau n°7 Pour la vérification de l’équilibre d’un élément (EQU), les coefficients partiels sont : Tableau 5 - Coefficients pour les vérifications d'équilibre eux ELU

Coefficient

Valeur de γ

partiel γ Gk,sup

1,1

γ Gk,inf

0,9

γ Q1 défavorable

1,5

γ Q1 favorable

0

Lorsqu’il s’agît de vérifier la résistance d’un élément (STR), les coefficients partiels sont : Tableau 6 - Coefficients pour les vérifications structurelles aux ELU

Coefficient

Valeur de γ

partiel γ Gk,sup

1,35

γ Gk,inf

1,0

γ Q1 défavorable

1,5

γ Q1 favorable

0


Page | 50

3.6.2 Calculs eux ELS Les ELS correspondent à la capacité par l’ouvrage à fonctionner. Ils correspondent à la déformation maximale admissible (ou une fissuration exagérée pour le béton). On divise les États Limites de Service en fonction de la fréquence d’apparition d’un phénomène : la combinaison caractéristique est à considérer normalement pour les états limites à court terme, liés à une seule atteinte d’une certaine valeur. Cette combinaison rare est : Σ Gk + Qk,1 + Σ γ Ψ0 Qk la combinaison fréquente est à considérer pour des états limites à moyen terme. Cette combinaison fréquente est Σ Gk + Ψ1.Qk,1 + Σ Ψ2 Qk la combinaison quasi permanente est à considérer pour l’étude des effets à long terme des actions, liés à l’atteinte d’une certaine valeur par ces effets pendant une longue durée (par exemple pour l’étude du fluage d’une structure en béton). Cette combinaison quasi-permanente est Σ Gk + Σ Ψ2 Qk. Aux ELS, tous les coefficients partiels γ sont pris égaux à 1

Tableau 7 - Tableau des coefficients Ψ pour le bâtiment (valables aux ELU et aux ELS)

Exemples de combinaisons : G sup est une action défavorable G inf est une action favorable DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 51

Vérifications d’un équilibre (EQU) aux ELU : 1,1 G sup + 0,9 G inf + 1,5 Q + 1,5 Ψ0 Qk

Vérification d’une résistance (STR) aux ELU : 1,35 G sup + 1,15 G inf + 1,5 Q + 1,5 Ψ0 Qk

Vérification d’actions géotechniques (GEO) aux ELU : G sup + G inf + 1,3 Q + 1,3 Ψ0 Qk

On trouve dans le schéma suivant des exemples de combinaisons aux ELU, selon que le vent, la neige ou les charges d’exploitation soient le chargement dominant

Figure 17 - Exemples de cas de charge pour un bâtiment courant


Page | 52

3.7

Charges permanentes / Charges d’exploitation

L’Eurocode 1 définit la façon de calculer les actions sur les structures. La partie 1-1 de cet Eurocode 1 regroupe les 2 familles d’actions : les charges permanentes et les charges d’exploitation. 3.7.1 Charges permanentes

La partie 1-1 de l’Eurocode 1 traite de façon particulièrement complète les poids volumiques des différents matériaux que l’on peut rencontrer dans les ouvrages. L’annexe A de cet Eurocode (voir en annexe) récapitule ces valeurs

3.7.2 Charges d’exploitation Les types d’usage ont été regroupés ainsi : Tableau 8 - Décomposition de l'exploitation en catégories d'usage

Catégorie A B C D E F G H I K

Usage Lieux de vie domestique. Habitation Lieux de travail : bureaux Lieux de réunion : salles de réunion, de spectacle, de sport… Aires de commerce : boutiques et grandes surfaces Aires de stockage : entrepôts et archives Surfaces de stationnement et de circulation automobiles Surfaces de stationnement et de circulation de camions moyens Toitures inaccessibles Toitures accessibles Hélistations

On trouve en annexe les décompositions de chacun de ces types d’usage ainsi que les valeurs des charges. A noter que certaines de ces charges sont représentées par des intervalles. Ce sont les vestiges des difficultés qu’ont eu les groupes de travail à s’entendre et l’impossibilité à harmoniser ce qui représente des particularités locales. Sont précisées dans les annexes nationales les valeurs adoptées en France.


Page | 53

Pour chaque type d’usage, on définit deux types de valeurs : Une charge répartie qK exprimée en kN/m² et devant être appliquée sur l’ensemble de la surface concernée Une charge ponctuelle Qk exprimée en kN permettant de vérifier les conditions de poinçonnement

Les deux charges permettent des vérifications successives et ne doivent pas être cumulées.

Exemples de charges :

Balcons d’habitation :

qK = 3.5 kN/m²

Qk = 2 kN

Commerces de détail courants :

qK = 5 kN/m²

Qk = 5 kN

3.8

L’Eurocode 1 partie 1-2. Actions sur les structures exposées au feu

Cette norme traite des actions thermiques et mécaniques sur les structures exposées au feu. On y trouve les méthodes de calculs de ces actions ; elle est destinée à être utilisée avec les autres Eurocodes qui, eux, définissent les règles de calcul de résistance au feu des structures

Dans une première partie sont redéfinis les termes tels que résistance au feu, fonction porteuse (R), étanchéité (E) et isolation (I), ou bien encore mur coupe-feu, etc.

On y définit ensuite les différentes étapes qui jalonnent une étude au feu : sélection des scénarios de feu de calcul pertinents ; détermination des feux de calcul correspondants ; calcul de l'évolution de la température à l'intérieur des éléments structuraux ; calcul du comportement mécanique de la structure exposée au feu.

On y définit également explicitement au chapitre 2.3 que les actions sur les structures à partir de l'exposition au feu sont classées comme des actions accidentelles.


Page | 54

3.8.1 Principe fondamental des calculs au feu La section 3 définit le principe fondamental des calculs au feu : le transfert thermique (la chaleur…) se propage de l’incendie aux éléments structuraux par deux moyens en plus de la conduction par contact des éléments entre eux. Le premier est la convection ; un corps qui se déplace emmène avec lui l'énergie qu'il contient. Le second est le rayonnement ; tous les corps émettent de la lumière, en fonction de leur température, et sont eux-mêmes chauffés par la lumière qu'ils absorbent. Il n’y a dans ce dernier cas, pas besoin de contact ou de support, le rayonnement pouvant se déplacer dans le vide. Dans le cas d’un incendie, l’élément qui se déplace et qui amène la chaleur est l’air chauffé par l’incendie pendant que les produits en train de bruler émettent un rayonnement. Les apports en chaleur sur un élément se déterminent donc en termes de flux. On définit ainsi le flux thermique net à la surface de l'élément h net, qui s’exprime en Watt par m² [W/m²] et qui permet de calculer les actions thermiques. On doit pour cela tenir compte du transfert thermique par convection h net,c et du transfert thermique par rayonnement h net,r . Alors il vient simplement que le flux thermique est : h net = h net,r + h net,c Le restant de la section définit la façon de calculer ces flux et les courbes température/temps dans le cas suivants : feu normalisé feu extérieur feu d’hydrocarbures 3.8.2 Feu normalisé – Courbe ISO 834 Pour les différentes méthodes de calcul et de résolution abordées dans cet ouvrage, c’est la courbe dite conventionnelle que nous utiliserons. La courbe température-temps conventionnelle, dite ISO 834, est définie dans l’arrêté du 21 Avril 1983. Elle est représentée sur la figure suivante et définie par l’équation suivante : T = T0 + 345 log (8t + 1)

où T est la température (°C) et t le temps (min) et To la température ambiante initiale.


Page | 55

Figure 18 - Courbe "ISO 834" Température-Temps

Cette courbe peut se détailler dans le tableau suivant :

Tableau 9- Température en fonction du temps - ISO 834

temps (min) 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

température (°C) 20 739 842 902 945 979 1006 1029 1049 1067 1082 1097 1110 1122 1133 1143 1153

3.8.1 Combinaison de calcul au feu La section 4 de l’Eurocode 1 partie 1-2 intitulée « Actions pour l'analyse structurale » précise la façon dont les combinaisons doivent être calculées. Il y est précisé que pour obtenir les effets voulus des actions E fi,d,t pendant l'exposition au feu, il faut combiner les actions mécaniques pour les situations de calcul accidentelles. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 56

La valeur représentative de l'action variable Q 1 peut être considérée comme la valeur quasipermanente ψ2,1Q 1 ou bien comme la valeur fréquente ψ1,1Q 1. L'utilisation de ψ2,1Q 1 est recommandée par les Eurocodes. Toutefois, il faut bien noter qu’en France, la valeur représentative de l’action variable Q1 est considérée comme la valeur fréquente ψ1,1Q 1

3.8.2 Combinaison de calcul simplifiée Afin de simplifier les calculs, on peut déterminer simplement les actions en situation d’incendie noté E fi,d à partir des actions en température normale noté E d ainsi : E fi,d = µ fi . E d Où µ fi est défini dans les Eurocodes des différents matériaux et est voisin de 0,65


Page | 57

Chapitre 4

L’EUROCODE 2 - CALCUL DES STRUCTURES EN BÉTON

L’Eurocode 2 est constitué de 8 parties (voir en annexe) dont les parties 1.2 et 1.2/NA qui expliquent les façons de calculer au feu les ouvrages en béton. A noter que le site internet ba-cortex [9] propose une série de cours en ligne pour permettre l’apprentissage de l’utilisation de l’Eurocode 2. 4.1

Les matériaux L'Eurocode béton (EC2) s'applique aux bétons de résistance allant de 20 MPa jusqu'à 95 MPa (et inclut donc les bétons hautes performances), de masse volumique comprise entre 2000 et 2600 kg/m3 (cf. norme NF EN 206-1). Le béton léger est traité à part (chap. 14 de l'EC2). Les bétons de fibres ne sont pas couverts. L’EC2 s’applique pour des aciers à haute adhérence dont la limite d’élasticité est comprise entre 400 et 600 MPa.

4.2

Comparaison BAEL / EUROCODES

Les Eurocodes n’étant pas nées ex-nihilo, leurs concepteurs se sont largement inspirés des méthodes de calculs aux états limites existantes pour établir ces nouvelles règles. On peut trouver toutefois des différences majeures entre cet Eurocode Béton et notre BAEL 91 modifié en 1999. Dans son ouvrage sur le sujet, Henry Thonnier fait une comparaison rapide: Similitudes : On conserve les états limites ELS et ELU, les coefficients 1,35 et 1,5 pour les charges permanentes et variables et 1,5 et 1,15 pour les matériaux béton et acier et le diagramme parabole rectangle Différences regrettables ≠ Le calcul des poutres et des dalles entre nus des appuis ≠ Le calcul des poutres continues avec la méthode de Caquot ≠ Le calcul simple des poteaux l<70 ( Nu = a [Br Fc 28...], remplacé par des méthodes complexes en flexion composée ≠ le calcul simplifié des panneaux de dalles rectangulaires

Les changements importants sont :


Page | 58

≠ le calcul des poutres et des dalles avec portée à l'axe en retenant le moment au nu de l'appui ≠ le calcul des poteaux ≠ le calcul des longueurs d'ancrage et de recouvrement devient complexe ≠ la disparition du coefficient 0,85 pour le béton aux ELU On peut également ajouter les deux points suivants : ≠ Un nouveau concept de classes d’exposition gouverne la maîtrise de la fissuration et de la durabilité des ouvrages. ≠ On doit ajouter à l’enrobage minimal cmin une tolérance Dcdev (0 à 10 mm). 4.3

Enrobages

Avec l’apparition de le norme sur les bétons NF EN 206.1, il est devenu possible d’affiner les exigences d’enrobage des armatures. On trouve ainsi, regroupés dans le tableau suivant, les résultats des calculs en prenant en compte une tolérance de 10mm supplémentaire obligatoire. Tableau 10 - Valeurs des enrobages minimaux de béton

Type d'élément

A l'abri de la pluie sans condensation

A l'abri de la pluie avec condensatio n

Extérieur avec paroi verticale à la pluie

Classe d'exposition

XC1

XC3

XC4/XF1

XC4/XF3

XD3

XC2

XS1

XS3

Fck

20

25

25

30

35

20

30

35

Cmin,dur

15

25

30

30

45

25

35

45

Dalles

20

30

-

35

50

-

40

50

Poutres

25

35

40

40

-

-

45

55

Poteaux

25

35

40

-

-

-

45

55

Voiles

25

35

40

-

-

35

45

55

-

-

-

-

-

35

-

-

Fondations

4.4

Extérieur Parking avec paroi horizontale à la pluie

Fondat < 1km ions de la côte

< 100m de la côte

Principe de calcul aux états limites

On trouve au Chapitre 3 les coefficients à appliquer pour pouvoir calculer les sollicitations dans l’ouvrage, que ce soit aux ELU ou aux ELS, puis dans les cas de vérifications d’équilibre (EQU) ou structurelles (STR).


Page | 59

Dans son ouvrage d’application de l’Eurocode 2 [10], Jean-Armand CALGARO développe sa vision de la notion d’états limites selon l’Eurocode 2 : « À titre de simplification, on répartit les états limites en deux catégories : les états limites ultimes et les états limites de service, dans le but d’unifier, dans chaque catégorie, avec plus ou moins de précision, les probabilités d’occurrence des états limites ou des effets des actions correspondants, afin que la plus grande partie des applications soit commune au plus grand nombre possible de calculs justificatifs. » 4.4.1 Calcul aux ELU Les états limites ultimes sont associés à une rupture entraînant l’effondrement total ou partiel de la structure considérée, et mettant en cause la sécurité des personnes et/ou des biens. La combinaison d’actions fondamentales est définie grâce aux valeurs indiquées dans le tableau suivant :

Tableau 11 - Coefficients de calculs aux ELU pour le béton Actions variables

Actions permanentes Action variable défavorables

EQU

favorables

dominante

d’accompagnement principales autres (le cas échéant)

1,10 Gkj,sup

0,9 Gkj,inf

1,5 Qk,1

1,5 ψ0,iQk,i

1,35 Gkj,sup

1,0 Gkj,inf

1,5 Qk,1(ou 0 si

1,5 ψ0,iQk,i

STR/GEO

favorable)

(ou 0 si favorables)

4.4.2 Calcul aux ELS Comme il a été expliqué auparavant, les états limites de service sont associés à des états de la structure lui causant des dommages limités mais rendant son usage impossible dans le cadre des exigences définies lors de son projet. Par exemple les vibrations excessives ou la formation de fissures et leur réouverture dans une structure en béton ne provoquent pas la ruine mais peuvent rendre l’ouvrage impropre à sa destination. On sait également que les déformations excessives provoquent des dommages aux cloisons d’un bâtiment ; les tassements et autres déplacements d’appuis


Page | 60

entraînent l’apparition de déformations ou de fissurations préjudiciables à l’aspect ou à la durabilité. Dans les combinaisons d’actions pour les états limites de service, il n’y a pas de symboles désignant des coefficients partiels. En effet, ils sont égaux à 1. La situation d’incendie est une situation accidentelle. 4.5

Calcul du comportement au feu

L’EUROCODE 2 partie 1-2 « Règles générales - calcul du comportement au feu » précise les principes, les exigences et les règles de dimensionnement des bâtiments exposés au feu. Il y est proposé trois méthodes de vérification de la résistance au feu des structures : Méthode tabulée Méthode simplifiée Méthode avancée. Chaque structure peut est être analysée de trois façons différentes : Analyse par éléments (poteaux, poutres, dalles…) Analyse de parties de structure Analyse globale de la structure Chaque méthode n’est pas possible avec chaque type d’analyse. On trouve dans le tableau récapitulatif suivant les compatibilités des méthodes de calculs.


Page | 61

Tableau 12 - Compatibilité des méthodes de calculs et les types d'analyses

4.5.1 Analyse par éléments Comme il a déjà été expliqué, il y a deux méthodes pour calculer les sollicitations dans la structure : 1ère façon de déterminer les actions Il convient de déterminer l'effet des actions au temps t = 0 en utilisant les facteurs ψ 1,1 ou ψ 1,2

2ème façon de déterminer les actions Les effets des actions peuvent être déduits de ceux déterminés dans le calcul à température normale E fi,d,t = E fi,d = ηfi · E d où : • E d est la valeur de calcul des effets pertinents des actions à partir de la combinaison fondamentale • E fi,d est la valeur de calcul constante correspondant à la situation d'incendie ; • ηfi est un coefficient de réduction pour le béton armé, il convient de prendre :


Page | 62

Pour le béton armé, à titre de simplification, une valeur recommandée de η fi = 0,7 peut être utilisée. Les coefficients d’activités Ψ se trouvent dans le tableau n°7 4.5.2 Combinaison de calcul On rappelle que la situation d’incendie est une situation accidentelle E fi,d = G + Ψ1,1Q1 + Σ Ψ2,i Qi (i >1) Exemple. : Surface de bureaux avec une charge d’exploitation Q, considérée comme la variable prépondérante E fi,d = G + 0,5 Q Surface de bureaux avec une charge de vent W, considérée comme la variable prépondérante E fi,d = G + 0,2 W + 0,3 Q

4.6

Méthode tabulée de calcul d’un poteau

C’est la méthode la plus simple, uniquement valable pour l’analyse par élément. On calcule la structure à froid. Elle doit satisfaire à certaines conditions minimales d’épaisseur de paroi et de distance à l’axe. Cette méthode donne des solutions de dimensionnement reconnues pour l'exposition au feu normalisée jusqu'à 240 min. Les tableaux ont été établis sur une base empirique confirmée par l'expérience et l'évaluation théorique de résultats d'essais. La règle générale de dimensionnement est

d,i <1,0 d,i


Page | 63

Figure 19 - Courbes de résistance des aciers de construction en fonction de la température

La méthode tabulée permet de satisfaire les conditions de résistance de l’élément à : -

la compression

-

la flexion

-

le cisaillement

-

la torsion

-

l’ancrage des armatures

L’éclatement est aussi vérifié sous réserve de disposer d’un treillis de peau (espacement 100mm et dia. 4mm) pour des enrobages à l’axe supérieurs à 70mm [10].

A noter qu’afin de respecter le critère d’isolation I, les joints creux doivent avoir une épaisseur d’au plus 20mm et une profondeur d’au maximum la moitié de l’épaisseur de l’élément.

Figure 20 - Définition de la distance a de l'axe au parement

4.7

Méthode tabulée pour le calcul d’un poteau

4.7.1 Dimensionnement des poteaux. Méthode A. Exemple de calcul. La première étape consiste à calculer les sollicitations « à froid »dans le poteau. Contrairement au BAEL, il n’existe pas de façon simple et rapide de calculer un poteau en béton armé. Les Eurocode proposent des méthodes de flexion composée inexploitable « à la DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 64

main ». Pour les vérifications, ou pour appréhender la réalité des efforts, on propose une méthode simplifiée pour calculer l’effort normal maximal admissible par un poteau. Cette méthode est proposée par Henry Thonier dans un de son ouvrage : Conditions d’emploi -

section rectangulaire ou circulaire

-

poteau bi-articulé sous charges centrées

-

élancement ≤ 120

-

20 ≤ fck ≤ 50 MPa

-

épaisseur dans le sens du flambement : h ≥ 0,15 m

-

distance d’ des aciers à la paroi la plus proche ≤ Min[0,30 h ; 100 mm]

-

armatures symétriques, par moitié sur chaque face

-

chargement à au moins 28 jours

La longueur efficace peut être prise à 0,5L < l 0,fi < 0,7L pour un bâtiment contreventé.

Formule du type :

NRd = α . kh . ks . Ac [fcd + ρ . fyd]

Tableau 13 - Méthode de calcul d'un poteau à froid

Poteau de section rectangulaire NRd = kh . ks . α . [b . h . fcd + As . fyd] α=

0,86  λ  1+    62 

 32  α=    λ 

2

Poteau de section circulaire NRd = kh . ks . α. [

0,84

si λ ≤ 60

α=

si 60 < λ ≤ 120

 27  α=    λ 

1,3

kh = (0,75 + 0,5 h) . (1 – 6 ρ . δ) pour h< 0,50

 λ  1+    52 

f yk 500

pour fyk > 500 et λ > 40

si λ ≤ 60

1,24

si 60 < λ ≤ 120

kh = (0,7 + 0,5 D) . (1 – 8 ρ . δ) pour D< 0,60

sinon kh = 1 ks = 1,6 – 0,6

2

πD 2 . fcd + As . fyd] 4

sinon kh = 1 ks = 1,6 – 0,65

sinon ks = 1

f yk 500

pour fyk > 500 et  λ > 30

sinon ks = 1

Avec les variables classiques suivantes : -

b = largeur du poteau rectangulaire


Page | 65

-

D = diamètre de la section circulaire

-

h = épaisseur du poteau rectangulaire dans le sens du flambement

-

Lo = longueur de flambement

-

fcd = fck / 1,5

-

As = section totale des aciers situés à la distance d’ des parois, disposés en deux lits pour

;

fyd = fyk / 1,15

une section rectangulaire ou en six barres réparties pour une section circulaire -

δ= d’ / h

-

λ = Lo

enrobage relatif

12 / h élancement pour une section rectangulaire de côté h dans le sens du

flambement -

λ = 4 . Lo / D

élancement pour une section rectangulaire de diamètre D

-

ρ = As / b . h

% d’acier total pour une section rectangulaire ≤ 3 %

-

ρ = As / (

πD 2 ) % d’acier total pour une section circulaire ≤ 3 % 4

Remarque. Si l’on ne connaît pas les valeurs de ρ et δ , on peut prendre, à titre conservatoire : -

kh = 0,77

pour les sections rectangulaires lorsque h < 0.50 m

-

kh = 0,70

pour les sections circulaires lorsque D < 0.60 m.

Tableau 14 - Coefficient α pour un dimensionnement rapide des poteaux

λ=

0

20

40

60

80

100

120

α=

0.860

0.779

0.607

0.444

0.304

0.227

0.179

Une fois le poteau calculé « à froid », les Eurocodes proposent une première méthode de vérification, dite « Méthode A ». Cette méthode s’applique dans les limites suivantes : -

longueur efficace du poteau en conditions d'incendie : l 0,fi ≤ 3 m,

-

excentricité du premier ordre en conditions d'incendie : e = M 0Ed,fi / N 0Ed,fi ≤ e max =0,15h,

-

quantité d'armatures : A s < 0,04 A c .


Page | 66

Tableau 15 - Conditions de stabilité au feu d'un poteau béton. Méthode A

On trouve au chapitre 9.1.6 de ce document un exemple de calcul de poteaux aux Eurocodes 4.7.2 Dimensionnement des poteaux. Méthode B On définit le niveau de chargement n=N0Ed,fi/(0,7(Ac Fcd + As Fyd)) Où N0Ed,fi est la charge axiale en conditions d’incendie. Le ratio mécanique d’armatures à température normale se calcule alors :

ω =


Page | 67

Tableau 16 - Conditions de stabilité au feu d'un poteau béton. Méthode B

4.8

Dimensionnement des voiles

4.8.1 Voiles non porteurs Le premier cas à considérer est celui des voiles non porteurs (ou cloisons). Les seuls critères exigés sont l’isolation thermique I et l’étanchéité E. Les aciers n’étant pas nécessaires pour justifier la stabilité de l’élément, il n’y a pas d’exigence minimale concernant l’enrobage des armatures Tableau 17 - Conditions de stabilité au feu d'une cloison en béton


Page | 68

4.8.2 Voiles porteurs Pour les voiles porteurs, les conditions pour un voile non porteur doivent être respectées (voir ci-dessus), ainsi que celle du tableau suivant, dans lequel μ fi est calculé de la même façon que les poteaux dans la méthode A. Tableau 18 - Conditions de stabilité au feu d'un mur porteur en béton

4.9

Vérification des poutres

La résistance au feu des poutres en béton armé ou précontraint peut être supposée satisfaite si les valeurs des tableaux et des règles suivants sont appliquées. A noter cette particularité : l'épaisseur de l'âme est désignée uniquement selon la classe WA en France. Les tableaux s'appliquent aux poutres qui peuvent être exposées au feu sur 3 côtés, c'est-àdire que la face supérieure est isolée par des dalles ou d'autres éléments qui conservent leur fonction d'isolation thermique pendant la totalité de la durée de résistance au feu.

Figure 21 - Définition de la largeur d'une poutre

Des règles plus précises s’appliquent aux poutres en I


Page | 69

Tableau 19 - Conditions de stabilité au feu des poutres sur appuis simples sans moment sur appui


Page | 70

Tableau 20 - Conditions de stabilité au feu des poutres sur appuis simples avec moment sur appui (poutres ontinues)


Page | 71

Chapitre 5

L’EUROCODE 3 - CALCUL DES STRUCTURES EN ACIER

L’Eurocode 3 est constitué de 35 parties (voir en annexe). Chacune de ces parties permet de déterminer de façon précise des éléments particuliers : éléments à 700 MPa, ponts, pylônes, réservoirs, canalisations, palplanches…. Les parties 1.2 et 1.2/NA expliquent les façons de calculer au feu les ouvrages en acier. En France, le Centre Technique industriel de la Construction Métallique (C.T.I.C.M.), créé en 1962, est « le » grand centre de recherche national. Il est régi par les articles L342.1 à L342.13 du Code de la Recherche ; c’est un "Établissement d’utilité publique" de droit privé, dont l’objet est de promouvoir le progrès des techniques, de participer à l’amélioration du rendement et de garantir la qualité dans l’industrie de la construction métallique. Le CTICM est placé sous la tutelle du Ministère de l’Économie, des Finances et de l’Emploi. Toutefois, il est à noter que la part marchande de ses activités représente environ 40 % du chiffre d’affaires. 5.1

Détermination de la température des structures métalliques

L’Eurocode 1 Partie 2.2 «actions sur les structures en cas d’incendie» et l’Eurocode 3 Partie 1.2 «règles de calcul en cas d’incendie » permettent de vérifier les moyens à mettre en œuvre pour satisfaire un degré de stabilité au feu exigé. Daniel Joyeux, dans son article [12], rappelle que l’incendie est considéré comme une action accidentelle. L’incendie n’intervient pas comme une charge supplémentaire dans les combinaisons d’actions, mais agit de manière indirecte par réduction des propriétés des matériaux. Cette réduction ou modification des propriétés des matériaux est fonction de la température atteinte par ceux-ci.

5.2

Détermination du flux thermique net

Dans le cadre de l’Eurocode 1 partie 2.2, l’action thermique déterminant la stabilité au feu d’éléments de structure selon l’incendie conventionnel est déterminé par un flux thermique net h.net,d à la surface exposée de l’élément. On définit le flux thermique net comme la valeur représentant la quantité d’énergie qui arrive à la surface de l’élément moins la


Page | 72

quantité d’énergie qui repart. On différencie dans ce flux la partie convective de la partie radiative :

h .net,d = γn,ch .net,c + γn,rh .net,r Que l’on réduit, après remplacements, au flux thermique net : h .net,d = 25 . (θc – θs) + 0,5 . 5,67 10–8 [(θc + 273)4 – (θs + 273)4] équation dans laquelle : θc est la température conventionnelle (°C) θs est la température de surface de l’élément métallique (°C)

5.3

Détermination de la stabilité au feu

Plusieurs méthodes de calcul sont développées dans les Eurocodes. Trois niveaux d'approche sont possibles pour les modèles de vérification du comportement au feu des structures : les valeurs tabulées, ou la durée de résistance au feu d'un élément structural est donnée en fonction de ses dimensions géométriques, pour quelques niveaux de chargement, les méthodes de calcul simplifiées faisant appel à des formules analytiques de résolution aisée, les méthodes de calcul dites avancées, permettant, par exemple, de prendre en compte l'interaction des éléments avec l'ensemble de la structure.

5.4

Présentation des méthodes de résolution

Le CTICM a publié un ensemble d’articles réalisés par deux de ses ingénieurs Daniel JOYEUX, Chef du Département Incendie au CTICM et Christophe RENAUD Ingénieur au département Incendie du CTICM. [12] et [13]. Ces articles expliquent d’une part la méthode pour estimer l’action d’un incendie sur un élément en acier, et d’autre part une méthode permettant de dimensionner un élément sans protection pour atteindre une stabilité ¼ heure ou ½ heure. La première étape est de déterminer la température atteinte au temps voulu par le profilé métallique étudié. Pour cela il est nécessaire de connaitre le facteur de massiveté de l’élément. Une fois cela fait on peut choisir entre deux méthodes, celle de la température forfaitaire ou celle du taux de chargement : DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 73

Étape 1 : Détermination du facteur de massiveté de l’élément Étape 2 : Calcul de la température d’échauffement Étape 3 : Choix de la méthode Méthode de la température forfaitaire ou Méthode du taux de chargement

L’action appliquée en situation d’incendie n’est pas une action mécanique mais une action thermique produisant l’échauffement du matériau. C’est cette action thermique qui est déterminée dans ces méthodes. Les combinaisons d’actions mécaniques sont donc celles du cas accidentel. Il convient de ne pas prendre en compte la diminution des charges imposées du fait de la combustion et l’on peut évaluer individuellement les cas où il est inutile de tenir compte des charges de neige du fait de sa fonte. De plus, les actions résultant d'opérations industrielles ne doivent pas être prises en compte. Il n'est pas nécessaire de prendre en compte la simultanéité avec d'autres actions accidentelles indépendantes.

5.5

Facteur de massiveté (≠ massivité)

Le facteur de massiveté A/V exprime le rapport entre la surface exposée au flux thermique A[m²] et le volume d’un élément par unité de longueur V[m3]. Dans le cas où les éléments métalliques sont exposés sur 4 faces, le facteur de massiveté est déterminé par le rapport de son périmètre en section et la surface de la section. Quelques formulations simples pour les éléments usuellement utilisés sont données dans l’Eurocode 3 partie 1.2 (Voir tableaux n°23 à n°27). Sa valeur influence très sensiblement le comportement au feu de l’élément de structure considéré. Un élément présentant un quotient A/V [m-1] de faible valeur subira un échauffement bien plus lent qu’un élément ayant un facteur de massiveté élevé. Il aura ainsi une résistance au feu plus grande. Exemples :

profilé IPE 100 exposé 4 faces A/V = 389 profilé IPE 500 exposé 4 faces A/V = 150.


Page | 74

Figure 22 - Représentation de la massiveté [6]

Il peut exister des configurations différentes telles que certaines faces ne soient pas exposées au feu. C’est en particulier le cas pour des poutres situées en sous face de plancher. Le facteur de massiveté est alors défini par le rapport de la partie du périmètre de l’élément exposée au feu par sa surface.

Par exemple, une poutre en IPE 500 localisée en sous face d’un plancher présente un périmètre total de 1,74 m, mais le périmètre exposé au feu ne représente qu’une longueur de 1,53 m. Sa surface en section étant de 116 cm2, le facteur de massiveté de la poutre sera de 132 m–1. On notera donc une réduction du facteur de massiveté de cette poutre exposée sur 3 côtés, par rapport au facteur de massiveté de 150 m–1 si celle-ci était exposée sur 4 côtés.

A noter que pour les éléments protégés par peinture ou projection, le facteur de massiveté de l’élément protégé est identique au facteur de massiveté de l’élément non protégé.

Pour les éléments protégés par des caissons, le rapport Ap/V est déterminé en utilisant pour Ap le périmètre interne exposé au feu de la protection, et V la section de l’élément métallique.


Page | 75

5.6

Calcul de la température d’échauffement

5.6.1 Propriétés thermiques de l’acier

Afin de dérouler les calculs, il est nécessaire de déterminer les propriétés thermiques de l’acier : la première est la chaleur spécifique de l’acier, qui est fonction de la température. On rappelle que la chaleur spécifique, qu'il convient d'appeler capacité thermique massique, est déterminée par la quantité d'énergie à apporter par échange thermique pour élever d'un degré la température de l'unité de masse d'une substance. C'est donc une grandeur intensive égale à la capacité thermique rapportée à la masse du corps étudié. Le pic de chaleur spécifique à 735°C s’explique par des modifications chimiques de l’acier.

Figure 23 - Chaleur spécifique et conductivité thermique

La conductivité thermique est, elle, une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert thermique par conduction. Elle représente la quantité de chaleur transférée par unité de surface et par une unité de temps sous un gradient de température. La chaleur spécifique est prise à 600 J/kg/K pour les calculs simplifiés La conductivité thermique est prise à 45 W/m/K pour les calculs simplifiés

5.6.2 Équations générales de l’échauffement de l’acier non protégé La vérification se fait par élément. L’acier étant très conducteur, l’élément métallique est considéré à température homogène en section. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 76

h .net,d.Am représente le taux d’énergie apportée

CaρaV représente le taux d’énergie nécessaire pour l’accroissement de la température En égalisant les 2 taux, l’élévation de température de l’élément sur un intervalle de temps Δt est alors déterminée par l’équation suivante :

Δθa,t =

/

!"#,

%$On rappelle que pour les taux de massiveté inférieurs à 10m-1, cette équation ne s’applique plus et que l’expérimentation est obligatoire. En effet pour de tels éléments, la température dans la section ne peut plus du tout être considérée homogène. Le calcul peut alors se faire par itérations, le pas de temps devant être au maximum de 5s. Un exemple de calculs est présenté en annexe VI.1. 5.6.3 Résolution graphique Les équations générales d’échauffement permettent de définir les abaques suivants. Ceux-ci permettent de déterminer la température de l’élément étudié en fonction d’une part de sa massiveté et d’autre part de la durée d’incendie :

Figure 24 - Température d'un profilé en fonction de sa massiveté et de la durée d'incendie

Exemple d’utilisation de l’abaque :


Page | 77

Quelle sera la température d’un profilé IPE500 exposé sur 4 faces après 1/2 heure d’incendie ? IPE500 : Sa surface exposée au feu par unité de longueur Am est 1,74m²/m Son volume par unité de longueur V est 11.600cm3/m (0,0116 m3/m) Son facteur de massiveté est alors

&,'( ),)&&*

+ 150/0&

On lit alors sur l’abaque 800°C

5.7

Méthode de la température forfaitaire

Cette première méthode, très simple, est basée sur le principe de températures à ne pas dépasser pour un élément. Cette température critique forfaitaire n’est pas la même selon que l’élément étudié est une poutre encastrée à un ensemble hyperstatique ou bien qu’il soit une poutre isostatique ou un poteau. Les températures critiques forfaitaires suivantes sont adoptées dans l’Eurocode 3 partie 1.2 «Comportement au feu des structures en acier» et précisées dans son Document d’Application Nationale : Tableau 21 - θcritique de l'EC 3 1.2 DAN

Position de l’élément étudié

θcritique

Poutres hyperstatiques

570 °C

Poutres isostatiques et éléments tendus

540 °C

Éléments comprimés

500 °C

Éléments soumis à la flexion et à la compression 500 °C axiale Éléments de classe 4

350 °C

On rappelle que les sections transversales de Classe 4 sont celles pour lesquelles il y a un risque de voilement local avant même que les autres instabilités se soient manifestées. Par lecture inverse de l’abaque précédent, et en limitant la température d’échauffement à la température critique, on arrive au tableau suivant :


Page | 78

Tableau 22 - Facteur de massiveté maximal pour atteindre la stabilité au feu

Stabilité au feu

Stabilité au feu

¼ heure

½ heure

131

41

116

37

99

32

99

32

55

19

Poutres hyperstatiques Poutres isostatiques et éléments tendus Éléments comprimés Éléments soumis à la flexion et à la compression axiale Éléments de classe 4

Ce tableau définit donc les facteurs de massiveté maximaux qu’auront à respecter les profilés non protégés devant atteindre une stabilité de ¼ heure ou ½ heure.

5.8

Méthode du taux de chargement

5.8.1 Taux de chargement en situation d’incendie µ0 Le taux de chargement en situation d’incendie µ0 est déterminé par :

1 23,

µ0= 23,

où Efi, d est l’action mécanique appliquée à l’élément en situation d’incendie et Rfi, d, 0 est la résistance de l’élément en situation d’incendie à t = 20 °C C’est le rapport entre les efforts appliqués et la capacité de résistance de l’élément

Pour déterminer les actions mécaniques en situation accidentelle d’incendie, on peut : -

Utiliser les combinaisons accidentelles Σ Gk + Ad + Ψ1 ou 2 Qk,1 + Σ Ψ2 Qk

-

Multiplier par 0.64 (0.69 pour les bâtiments de catégorie E au sens de l’Eurocode 1 partie 1.1) la charge mécanique aux ELU.

5.8.2 Taux de chargement en conditions normales d’utilisation µELU. Exemple de calculs. µELU est le taux de chargement en conditions normales d’utilisation et est égal à : 4

µELU=45, moment appliqué ou moment résistant.


Page | 79

&

Alors il vient que µ0=0.64 (ou 0.69) &,& µELU

Comme pour la méthode précédente, on vérifie la stabilité d’un élément en comparant la température d’échauffement avec la température critique : θéchauffement ≤ θcritique

Au lieu d’être une valeur fixée réglementairement, dans cette méthode la température critique θcritique se calcule en fonction du taux de chargement :

θcritique=39,19.678

& ),9*'(:;<,=<<

> 1?+482

A partir de cette équation, et des courbes massiveté/durée de stabilité, il a été possible de réaliser l’abaque suivant :

Figure 25 - Taux de chargement maximal

L’utilisation de cette courbe a permis de définir le taux maximal d’utilisation en conditions normales d’utilisation pour les différents profilés de type I, H et U échauffés sur 4 faces utilisés en éléments tendus ou éléments en flexion simple de classe 1 à 3. Celui-ci est présenté dans les tableaux suivants pour les degrés de stabilité au feu 1/4 heure et 1/2 heure.

Tableau 23 - Taux de chargement maximal des profilés IPE

Profil IPE A IPE IPE A

100 100 120

Massiveté

µELU

A/V

15 minutes

30 minutes

465.6 399.03 438.44

0.210 0.217 0.212

0.097 0.098 0.097


Page | 80

IPE IPE A IPE IPE A IPE IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O IPE A IPE IPE O

120 140 140 160 160 180 180 180 200 200 200 220 220 220 240 240 240 270 270 270 300 300 300 330 330 330 360 360 360 400 400 400 450 450 450 500 500 500 550 550 550 600 600 600

368.81 417.62 342.42 391.84 317.57 362.3 297.87 265.68 334.46 276.96 250.18 305.73 260.17 235.03 283.27 242.22 219.17 271.51 232.16 200.03 253.98 220.36 190.99 234.01 205.23 178.87 216.07 190.29 166.12 205.19 177.93 157.33 191.56 166.07 140.86 175.78 154.07 131.38 163.34 142.69 123.93 149.95 131.79 105.99

0.222 0.215 0.228 0.218 0.235 0.223 0.242 0.258 0.230 0.251 0.268 0.239 0.261 0.281 0.248 0.275 0.298 0.254 0.284 0.325 0.266 0.297 0.341 0.282 0.317 0.366 0.302 0.342 0.400 0.317 0.368 0.428 0.339 0.400 0.497 0.374 0.440 0.547 0.408 0.488 0.593 0.456 0.545 0.729

0.098 0.097 0.099 0.098 0.099 0.098 0.100 0.101 0.099 0.101 0.102 0.100 0.101 0.103 0.100 0.102 0.104 0.101 0.103 0.105 0.102 0.104 0.106 0.103 0.105 0.108 0.104 0.106 0.110 0.105 0.108 0.112 0.106 0.110 0.117 0.108 0.113 0.120 0.111 0.116 0.124 0.114 0.120 0.138

Tableau 24 - Taux de chargement maximal des profilés en H

Profil HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB

100 100 100 100 120 120 120 120 140 140 140 140 160 160 160 160 180 180 180

Massiveté

µELU

A/V

15minutes

30 minutes

367.692 274.011 225.806 120.210 371.752 275.454 207.880 114.290 350.738 259.389 192.272 108.987 305.336 240.392 174.009 102.628 285.792 232.044 162.912

0.222 0.253 0.290 0.619 0.221 0.252 0.313 0.662 0.226 0.262 0.338 0.704 0.239 0.276 0.378 0.757 0.247 0.284 0.410

0.098 0.101 0.103 0.126 0.098 0.101 0.105 0.130 0.099 0.101 0.106 0.135 0.100 0.102 0.109 0.141 0.100 0.103 0.111


Page | 81

HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB HEM HEAA HEA HEB

180 200 200 200 200 220 220 220 220 240 240 240 240 260 260 260 260 280 280 280 280 300 300 300 300 360 400 400 400 400 450 450 450 450 500 500 500 500 550 550 550 550 600 600 600 600 650 650 650 650 700 700 700 700 800 800 800 800 900 900 900

98.411 263.086 216.794 151.383 93.983 248.348 199.876 142.904 90.562 231.037 182.847 133.962 74.950 219.661 175.651 130.068 73.588 209.433 169.031 126.256 72.231 196.941 156.711 119.249 61.960 62.108 164.571 123.145 99.747 62.922 159.717 115.562 95.046 63.864 155.077 109.165 90.989 64.769 145.353 106.468 89.335 65.632 141.255 103.929 87.741 66.483 137.372 101.531 86.203 67.273 131.692 97.927 83.747 68.042 124.119 96.221 82.735 69.206 115.385 91.981 79.801

0.793 0.259 0.301 0.451 0.829 0.270 0.325 0.487 0.856 0.285 0.357 0.532 0.953 0.297 0.374 0.555 0.958 0.310 0.392 0.578 0.963 0.330 0.431 0.626 0.991 0.991 0.405 0.599 0.782 0.989 0.420 0.653 0.821 0.987 0.437 0.703 0.853 0.985 0.476 0.725 0.866 0.983 0.495 0.746 0.877 0.981 0.514 0.766 0.888 0.979 0.545 0.797 0.905 0.977 0.592 0.811 0.911 0.974 0.654 0.845 0.929

0.146 0.101 0.104 0.113 0.153 0.102 0.105 0.116 0.159 0.103 0.107 0.119 0.198 0.104 0.108 0.121 0.203 0.104 0.109 0.123 0.208 0.106 0.112 0.127 0.263 0.262 0.110 0.125 0.145 0.256 0.111 0.129 0.151 0.250 0.112 0.135 0.158 0.245 0.115 0.137 0.161 0.240 0.116 0.140 0.164 0.235 0.118 0.143 0.167 0.231 0.120 0.147 0.173 0.227 0.124 0.150 0.175 0.222 0.130 0.156 0.183

Tableau 25 - Taux de chargement maximal des profilés IPN

Profil IPN IPN

120 140

µELU

Massiveté A/V

15 minutes

30 minutes

325.211 291.038

0.232 0.245

0.099 0.100


Page | 82

IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN IPN

160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 450 500 550

264.649 241.649 223.054 206.532 192.321 178.837 166.525 156.290 146.847 138.824 130.516 124.168 117.898 105.279 95.196 87.830

0.258 0.275 0.293 0.315 0.338 0.366 0.399 0.432 0.469 0.507 0.552 0.592 0.635 0.735 0.819 0.877

0.101 0.102 0.103 0.105 0.106 0.108 0.110 0.112 0.115 0.117 0.121 0.124 0.128 0.138 0.151 0.164

Tableau 26 - Taux de chargement maximal des profilés UAP

Profil UAP UAP UAP UAP UAP UAP UAP UAP UAP

80 100 130 150 175 200 220 250 300

µELU

Massiveté A/V

15 minutes

30 minutes

309.270 290.730 267.420 239.050 227.270 213.880 205.120 187.670 167.520

0.237 0.245 0.257 0.277 0.289 0.304 0.317 0.347 0.396

0.100 0.100 0.101 0.102 0.103 0.104 0.105 0.107 0.110

Tableau 27 - Taux de chargement maximal des profilés UPN

Profil UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN UPN

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 350 380 400

µELU

Massiveté A/V

15 minutes

30 minutes

862.222 991.111 1012.000 1027.273 1134.545 1138.333 1141.538 1232.308 1228.571 1226.667 1225.000 1156.571 1340.000 1426.250 1346.667

0.195 0.194 0.193 0.193 0.192 0.192 0.192 0.191 0.191 0.191 0.191 0.192 0.191 0.190 0.191

0.095 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094

On trouve au chapitre 9.2.5 de ce document un exemple de calcul de poutres aux Eurocodes. 5.9

Exemples d’utilisation des méthodes

Dans leurs articles, MM Daniel JOYEUX et Christophe RENAUD proposent des exemples d’utilisation des méthodes de calcul


Page | 83

5.9.1 Exemple d’utilisation de la méthode de la température forfaitaire Pour un élément de type comprimé fléchi, la méthode du taux de chargement ne s’applique pas. Dans cette situation, la température critique forfaitaire est de 500 °C, conduisant à des facteurs de massiveté maximum de : – pour une stabilité au feu 1/4 heure de : 99 m-1 – pour une stabilité au feu 1/2 heure de : 32 m-1. Ainsi, au regard des tableaux détaillés dans la méthode du taux de chargement donnant les facteurs de massiveté, il apparaît que : – un profil de type HEM 180 permet de conduire à une stabilité au feu 1/4 heure – aucun profil exposé sur 4 faces ne permet d’atteindre une stabilité au feu 1/2 heure. 5.9.2 Exemples d’utilisation de la méthode du taux de chargement Prenons le cas d’une poutre de type IPE 400 en flexion simple pour un bâtiment de catégorie A à D. Si celle-ci est exposée sur ces 4 faces, le tableau conduit à un facteur de massiveté de 178 m-1 et des taux maximums d’utilisation en conditions normales d’utilisation de : – pour une stabilité au feu de 1/4 heure : 0.368 – pour une stabilité au feu de 1/2 heure : 0.108. Si celle-ci est en sous face de plancher, le profilé IPE 400 présente un facteur de massiveté pour 3 faces exposées de : 152 m-1. En se reportant à la courbe, ou bien en recherchant un profilé de même facteur de massiveté (HEB 200 présente sur 4 faces un facteur de massiveté de 151.4 m-1) le taux maximum d’utilisation en conditions normales est alors de : – pour une stabilité au feu de 1/4 heure : 0.451 – pour une stabilité au feu de 1/2 heure : 0.113.

Pour un élément en flexion simple de type IPE 400 utilisé en bâtiment de catégorie E, la démarche précédente doit être appliquée, mais le taux maximum d’utilisation en conditions normales est alors réduit de 10 %, soit : Pour une exposition sur 4 faces : – une stabilité au feu 1/4 heure est atteinte pour un taux maximum d’utilisation de : 0.331 – une stabilité au feu 1/2 heure est atteinte pour un taux maximum d’utilisation de : 0.097. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 84

Pour une exposition sur 3 faces : – une stabilité au feu 1/4 heure est atteinte pour un taux maximum d’utilisation de : 0.405 – une stabilité au feu 1/2 heure est atteinte pour un taux maximum d’utilisation de : 0.101.


Page | 85

Chapitre 6

L’EUROCODE 5 - CALCUL DES STRUCTURES EN BOIS

Depuis le 1er juin 2007, CTBA et AFOCEL ont fusionné pour devenir FCBA. L'AFOCEL était l’Association Forêt Cellulose et concernait le service des entreprises de la forêt et de la pâte à papier. Le CTBA était le Centre Technique du Bois et de l'Ameublement. Le sigle FCBA signifie l'Institut Technologique Forêt Cellulose Bois-construction Ameublement. Cet institut a publié un document permettant le calcul simplifié des structures en bois [14] intitulé Manuel simplifié 6.1

Les termes et abréviations des charpentiers

Aubier : L’aubier est la zone extérieure de l’arbre, physiologiquement active au moment de l’abattage riche en éléments nutritifs et sujette aux attaques d’insectes ou de champignons. Cet aubier est peu résistant aux attaques mais il est très facilement imprégnable.

Bois parfait : Le bois parfait est la zone intérieure de l’arbre, physiologiquement inactive à l’abattage chargée en tanins et en résine. Il peut être duraménisé, c’est-à-dire qu’il se distingue visuellement de l’aubier. Les bois duraménisés sont généralement peu imprégnables mais résistants

BM : Bois massif

BMR: bois massif reconstitués ou bois contrecollés. La norme est actuellement en préparation. Le bois massif reconstitué (BMR) correspond à des éléments linéaires reconstitués par collage de lames de bois massifs de forte épaisseur aboutées ou non au moment de la fabrication, de section reconstituée maximum de 260 x 320 mm. Les poutres sont fabriquées à partir de 2 à 5 lames pour des lames d’épaisseurs inférieures ou égales à 80 mm et supérieures à 45 mm, ou de 2 à 3 lames pour des lames d’épaisseurs inférieures ou égales à 45 mm

BLC: Bois Lamellé Collé


Page | 86

Contreplaqué : Panneau constitué de plusieurs couches de placages de bois collées les unes sur les autres. Les fils du bois sont croisés

LVL : Le lamibois est le terme français pour LVL (abréviation de l'anglais " laminated veneer lumber "). Selon le site internet du CRIT, le lamibois est constitué de lamelles ou de placages déroulés jointés bout à bout et collés fil sur fil, contrairement au contreplaqué où les fils sont croisés. Le principe de fabrication est le même que pour le lamellé-collé, les planches de bois aboutées étant remplacées par des placages. Ce matériau se présente essentiellement sous forme de poutres. Il est très répandu en Amérique du Nord. En Europe, il est fabriqué dans une seule usine, en Finlande. Il est utilisé pour des applications structurelles et en menuiserie.

OSB : Le terme OSB est l'abréviation de Oriented Strand Board. Il se présente sous la forme de panneaux de 6 à 25 mm d'épaisseur, composés de copeaux de bois orientés dans des directions spécifiques, et collés ensemble par une résine

6.2

Un matériau sensible à l'humidité

Par sa nature, le bois est particulièrement sensible aux variations hygrométriques ambiantes

Outre les fendages qui peuvent apparaître, les variations hygrométriques ont pour conséquences les phénomènes de fluage et de variations dimensionnelles.

L'humidité peut également favoriser les attaques biologiques : les champignons se développent si la substance nutritive du bois permet leur germination, si l’humidité est suffisante, et si l’oxygène et la température sont favorables. Il y a risque à partir d’un taux d’humidité de 22% dans les bois dont la durabilité (naturelle ou conférée) est insuffisante. Les champignons sont de deux types : -

les pourritures qui entraînent des dégradations mécaniques des bois.

-

les moisissures qui occasionnent des modifications de couleur et d’aspect.


Page | 87

Lutter contre ces micro-organismes, revient à protéger le bois contre des niveaux hygroscopiques élevés.

6.3

Classes d'emploi – Classes de service

La norme EN 335 distingue 5 classes d’emploi.

Les classes biologiques d’emploi définissent le milieu dans lequel est mis en œuvre le bois. On les différencie selon la norme : Classe d’emploi 1 : Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est sous abri, entièrement protégé des intempéries et non exposé à l'humidification. Classe d’emploi 2 : Situation dans laquelle le bois ou produit à base de bois est sous abri et entièrement protégé des intempéries, mais où une humidité ambiante élevée peut conduire à une humidification occasionnelle mais non persistante. Classe d’emploi 3 : Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois n'est ni abrité, ni en contact avec le sol. Il est, soit continuellement exposé aux intempéries, ou soit à l'abri des intempéries mais soumis à une humidification fréquente. Classe d’emploi 4 : Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est en contact avec le sol ou de l'eau douce et est ainsi exposé en permanence à l'humidification. Classe d’emploi 5 : Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est en permanence exposé à de l'eau salée.

Les classes de services sont, elle, définies à l'Eurocode 5NF EN 1995-1. Il y est précisé que les structures doivent être affectées à l'une des classes de service données (voir plus loin).

La classe d'emploi ne doit pas être confondue avec la classe de service. 6.4

Principe de calculs

Comme pour l'acier et le béton, le principe de vérification d’une structure ou d’éléments porteurs, soumis à des charges extérieures, repose sur 2 critères : la résistance (ELU) et la déformation (ELS).


Page | 88

Ces critères doivent être vérifiés pour des combinaisons d’actions statistiquement connues et répertoriées. Or, le bois a un comportement variable selon son hygrométrie. L’Eurocode 5 prend en compte cette particularité du bois par les classes de service (structurales).

Les valeurs de référence pour les justifications sont dites valeurs caractéristiques. Elles résultent de l’analyse statistique des échantillons de valeurs des propriétés mécaniques obtenues lors d’essais réalisés selon les normes.

6.4.1 Classes de durée de chargement

On trouve dans la norme ce tableau définissant les classes de durée, avec exemples

Tableau 28 - Tableau des classes de durées

n°

Classe de durée

Ordre de grandeur de la

Exemple d’action

durée de la charge caractéristique 1

permanente

plus de 10 ans

poids propre

2

long terme

six mois à 10 ans

stockage

3

moyen terme

une semaine à 6 mois

charges d’exploitation

4

court terme

moins d’une semaine

vent & neige

5

instantanée

un court instant

action accidentelle

6.4.2 Classes de services

Les structures doivent être affectées à l'une des classes de service données dans la norme : Classe de service 1 : elle est caractérisée par une humidité dans les matériaux correspondant à une température de 20 °C et une humidité relative de l'air environnant ne dépassant 65 % que quelques semaines par an. Dans la classe de service 1, l'humidité moyenne dans la plupart des bois résineux n'excède pas 12 %. C’est le cas par exemple des structures situées dans des locaux chauffés. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 89

Classe de service 2 : elle est caractérisée par une humidité dans les matériaux correspondant à une température de 20 °C et une humidité relative de l'air ne dépassant 85 % que quelques semaines par an. Dans la classe de service 2, l'humidité moyenne dans la plupart des bois résineux n'excède pas 20 %. C’est le cas par exemple des structures situées dans des locaux non chauffés en permanence.

Classe de service 3 : conditions climatiques amenant des humidités supérieures à celles de la classe de service 2.

6.4.3 Influences de l'humidité et de la durée de chargement sur la résistance Les Eurocodes imposent et permettent de prendre en compte l'influence de la durée de chargement et l'humidité des éléments sur leur résistance. On définit pour cela deux coefficients Kmod et Kdef : Kmod Le coefficient kmod permet de prendre en compte la variation de résistance du bois selon la durée d’application d’une action et le taux d’humidité de la structure. Ce coefficient est défini pour trois classes de service et cinq classes de durée d’application d’une action. Ce paramètre est un coefficient de réduction de la résistance. Son calcul, fastidieux, est pris en compte sans être explicité dans les méthodes de calcul simplifié.

Kdef Kdef est un coefficient qui définit forfaitairement les effets dus au fluage dans le bois. Il dépend uniquement de la classe de service et s’applique à la part permanente des actions.

Tableau 29 - Tableau des classes de service

Classe de service 1

2

3

BM, BLC, LVL, BMR

0,6

0,8

2

Contreplaqué

0,8

1

2,5

OSB 3 & 4

1,5

2,25

interdit


Page | 90

6.5

Calculs aux Etats Limites

6.5.1 Calcul du bois aux ELU

Le calcul aux ELU est destiné aux vérifications des contraintes. La contrainte admissible est variable en fonction du bois

Tableau 30 - Contrainte admissible en flexion du bois

Bois massif

Fm,d

Bois lamellé collé

C20

C24

C27

C35

C45

D30

GL24k GL24h GL28k GL28h GL36k GL36h

12,0

14,0

16,0

23,0

30,0

17,0

16,0

16,0

18,5

18,5

24,0

24,0

6.5.2 Calcul du bois aux ELS

Le calcul aux ELS est destiné à la vérification de la déformation. Pour un dimensionnement à la flèche, notre annexe nationale précise que pour un bâtiment, les valeurs suivantes doivent être respectées : -

1/300° de la portée sous Q

-

1/200° de la portée sous G+Q

Tableau 31 - Module d'élasticité moyen du bois

Bois massif

Bois lamellé collé

C20

C24

C27

C35

C45

D30

GL24k GL24h GL28k GL28h GL36k GL36h

E0

9500

11000

12000

13000

15000

10000

11000

6.6

Incendie

11000

12000

12000

14000

14000

Le bois est combustible mais, correctement dimensionné, il offre une résistance à l’incendie comparable à d’autres matériaux de construction. La température d’ignition du bois (c’est-à-dire la température qu’il faut atteindre pour qu’il s’enflamme) est de 250 °C pour la plupart des résineux et de 350 °C pour les feuillus. Le bois ne brûle que de 0,7 mm par minute (4,2 cm par heure) et la couche carbonisée forme une protection pour le cœur du bois. Dans cette couche, le flux de chaleur est réduit de plus de moitié. Le bois est mauvais conducteur de la chaleur et ne se dilate que peu. À l'issue d’un DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 91

incendie, sous sa surface carbonisée, le bois intact préserve sa capacité portante, au contraire des armatures du béton armé qui se sont déformées, dilatées, voire le plus souvent ont fait effondrer la structure. Lors d’un incendie, le bois ne produit pas de fumées toxiques, au contraire d'autres matériaux comme les menuiseries en PVC qui, en brûlant, dégagent de l'acide chlorhydrique, des isolants en polyuréthane qui, eux, produisent de l'acide cyanhydrique. Attention toutefois aux panneaux en bois : lors d’un incendie, le taux de formaldéhyde dégagé est très important. 6.6.1 Principe du calcul au feu L’annexe F de la partie 1-2 de l’Eurocode 5 décrit un organigramme de la méthodologie à suivre pour calculer une structure en bois au feu. Pour mémoire cette annexe contient également la méthode de calcul des assemblages. L’annexe nationale précise, elle, que la méthode dite de la section réduite, qui est explicitée en 4.2.2 de cette même partie 1-2 est adoptée. Il y est également explicitement indiqué que l'application de la méthode des propriétés réduites, exposée en 4.2.3, est exclue en France.


Page | 92

Figure 26 - Organigramme de calcul au feu

6.6.2 Calcul de la résistance mécanique R d

Le principe de la méthode est de calculer une section efficace en diminuant la section initiale de la profondeur de carbonisation efficace def.


Page | 93

La profondeur de carbonisation efficace def se définit ainsi :

def = d char,n + k0d0

6.6.3 Calcul de la profondeur de carbonisation Cette partie résume le chapitre 3.4.2 de la norme. On y définit les valeurs de dchar,0 et dchar,n. Dans les deux cas, la vitesse de carbonisation est simplement linéaire en fonction du temps. A noter que l’on appelle également le premier cas la vitesse de combustion unidimensionnelle: profondeur de carbonisation : d char,0 = β0 . t (voir les valeurs de β0 ci-dessous) la profondeur de carbonisation fictive : d char,n = βn . t (voir les valeurs de βn ci-dessous) Cette dernière est à préférer car elle tient compte de l’effet des arrondis en coin et des fentes. On peut utiliser la méthode de combustion uni-dimensionnelle pour des éléments ayant une section minimale bmin. Il faut dans ce cas prendre en compte la combustion à proximité des coins. Si d char,0 ≥ 13mm, alors bmin = 2 d char,0 + 80 Si d char,0 < 13mm, alors bmin = 8,15 . d char,0 Donc, si la plus petite dimension de la section de bois est inférieure à bmin, il faut alors utiliser la profondeur de carbonisation fictive. Dans le cas de la méthode de combustion uni-dimensionnelle, la combustion à proximité des coins est prise en compte en prenant un rayon égal à la profondeur d char,0

Figure 27 - Représentation des carbonisations uni-dimensionnelle et fictive


Page | 94

6.6.4 Calcul de la résistance mécanique Une fois le profondeur de carbonisation calculée, la méthode de la section réduite permet de calculer la section efficace en diminuant la section initiale de la profondeur de carbonisation efficace d ef. def = d char,n + k0d0 avec : d char,n calculé auparavant

d0 = 7 mm k0 se définit ainsi, pour les surfaces non protégées : t < 20 minutes alors k0 = t/20 t > 20 minutes alors k0 = 1,0 Enfin, pour les calculs, il est précisé en 4.2.2 (5) qu’il convient d'utiliser k mod,fi = 1,0 pour le calcul des propriétés de rigidité et de résistance de la section efficace. Tableau 32 - Vitesses de combustion pour le bois massif, le LVL et les panneaux

La vitesse de combustion du bois est donc de l’ordre de 1 à 1,5cm par quart d’heure.

La contrainte admissible du bois se déduit à partir de l’équation : 2@)

F d = kmod 423 Où ABC est fixé par l’annexe nationale à 1 et kmod est pris égal à à 1,0.


Page | 95

Le fractile à 20% se déduit du fractile à 5% en multipliant par 1,25 pour le bois massif et par 1,15 pour le lamellé collé. D’où une contrainte admissible de 30 MPa pour du bois massif C24 et 27,6 MPa pour du lamellé collé GL24. 6.6.5 Calcul des actions. Exemple de calcul E d,fi est la valeur de calcul de l'effet des actions en situation de feu. Par simplification, on considère que E d,fi est égal à : E d,fi = µ fi E d avec E d est la valeur de calcul de l'effet des actions pour une conception en température normale et µ fi le facteur de réduction pour la valeur de calcul de l'action en situation de feu est pris égal à µ fi = 0,6 sauf pour les charges de catégorie E (stockage) pour lequel µ fi = 0,7.

Un exemple de calcul détaillé d’une poutre en bois est développé au chapitre 9.3.6


Page | 96

Chapitre 7 7.1

PRÉSENTATION DES RÈGLES ANCIENNES DE CALCUL AU FEU

Anciennes règles béton. Règles FB

Avant la parution des Eurocodes, la méthode de prévision par le calcul de la résistance au feu d'un élément en béton armé était le DTU NF - P 92-701 de décembre 1993 dit « Règles FB »(Feu Béton). L'arrêté du 22 mars 2004 publié au journal officiel du 1er avril 2004, transpose dans la réglementation française la classification européenne pour la résistance au feu des produits de construction. Les critères actuels R, E et I (voire W pour le rayonnement, non utilisé en France) sont devenus officiels. Mais jusqu'à cette date, seules les classes de résistance au feu suivantes étaient définies et étaient indiquées en heure (CF 1h, SF, 1h ½, etc.) : -

CF coupe feu

-

SF stable au feu

-

PF Pare-flamme

L’évaluation de ces durées dépendait de plusieurs critères : la résistance mécanique, l'étanchéité aux flammes et aux gaz chauds ou inflammables, l'isolation thermique dans le cas d'éléments séparatifs (dans ce cas limitation de l'échauffement de la face non exposée au feu à 140 °C en moyenne ou 180 °C en un point). Les catégories étaient donc ainsi définies : stables au feu (SF) pour lesquels le critère 1 est seul requis ; (qui est remplacé par le critère R pour Résistance au feu) pare-flammes (PF) pour lesquels les critères 1 et 2 sont requis ; (qui est remplacé par le critère E pour Étanchéité au feu) coupe-feu (CF) pour lesquels les critères 1, 2 et 3 sont requis. (qui est remplacé par le critère I pour Isolation au feu) Dans ces règles comme aujourd’hui aux Eurocodes, la notion d'enrobage est remplacée par la distance utile u qui est définie comme la distance entre l'axe de l'armature et le nu du parement le plus proche :

Figure 28 - Définition de la distance utile u DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 97

7.1.1 Une méthode de calcul basée sur l'expérimentation

La méthode de calcul proposée par le DTU FB repose sur le principe suivant : Un élément en béton exposé au feu d'un incendie s'échauffe en surface puis la température se diffuse dans la masse de l'élément. Lorsque l'élévation de la température du béton arrive à la profondeur où se situent les armatures en acier, il y a échange de chaleur par contact et les armatures voient également leur température s'élever. Or les caractéristiques de résistance de l'acier chutent lorsque la température augmente. La capacité de résistance de l’élément chute alors. La température du béton d'un ouvrage est connue directement lorsqu'on dispose de résultats expérimentaux d'essais effectués sur des dispositions géométriques identiques. De nombreuses campagnes d'essais ont été réalisées. Les essais ont été effectués au CSTB, à l'initiative de la Commission d'études, entre 1976 et 1978. Un exemple de résultat est fourni par le schéma suivant : les courbes représentent les températures atteintes par les armatures positionnées à une distance u dans une dalle pleine soumise à un incendie conventionnel :

Figure 29 - Température des aciers d'une dalle pleine


Page | 98

On voit sur cette figure la courbe normalisée, identique à celle utilisée aux Eurocodes. 7.1.2 Méthode de calcul La stabilité d'un ouvrage doit être assurée pendant la durée déterminée par le critère d'exigence. Le projeteur doit démontrer que les contraintes restent, passé ce délai, au moins égales aux contraintes dues aux efforts qui lui sont appliqués (compte tenu de l'amoindrissement des caractères mécaniques des matériaux dû à l'action du feu). Il s 'agit donc de vérifications aux ELU pour lesquelles la sollicitations à prendre en compte est la suivante : G + Q + 0,8 (W ou Sn) 7.1.3 Méthode de la distribution de la température dans le béton Cette méthode s'appuie sur des essais, qui ont déterminé la façon et la vitesse à laquelle la température d'un incendie se diffuse à l'intérieur d'une section en béton et influence ainsi les armatures. La section est décomposée en petits éléments plans de dimensions 3cm x 3cm.

Figure 30 - Décomposition en petits éléments du talon d'une poutre

Le règlement fournit un tableau qui indique les températures atteintes pour chaque largeur de talon (12, 18 et 24cm) :


Page | 99

Tableau 33 - Tableau des élévations de températures des aciers

Exemple : Dans le 2ème carré en partant de gauche de la 3ème colonne en partant du bas, la température sera de 650° au bout de 90 minutes, 7.1.4 Règles simples : Le DTU définit également des règles simples qui permettent au projeteur de se dispenser de tout calcul à chaud, en définissant les hypothèses de calcul et les dispositions constructives qui doivent être respectées pour cela lors du calcul à froid de l'ouvrage.


Page | 100

7.2

Anciennes règles acier. Règles FA

Avant l'apparition des Eurocodes, les calculs au feu des ouvrages en acier étaient menées conformément au « DTU FEU » de l'acier, la norme NF P 92-702 de décembre 1993 dite « règles FA » Cette norme s'applique aux éléments de structure en acier protégés ou non et permet de vérifier par le calcul la stabilité au feu des éléments à section constante. 7.2.1 Une méthode de calcul basée -elle aussi- sur l'expérimentation Les justifications sont basées sur des campagnes d'essais menées avec un feu conventionnel décrit pas une courbe température-temps normalisée (ISO 834).

Des essais ont permis d'estimer la perte de résistance mécanique de l'acier en fonction de sa température que l’on appelle variation des caractéristiques mécaniques des aciers de construction en fonction de la température. La courbe suivante a ainsi pu être constituée :

Figure 31 - Courbe température-contrainte admissible de l’acier


Page | 101

De même, la perte des caractéristiques d'élasticité a ainsi pu être déterminée et rapportée sur la courbe suivante :

Figure 32 - Courbe température-élasticité de l’acier

Les questions liées à la dilatation thermique sont particulièrement importantes à prendre en compte en construction métallique. En effet, des déplacements imposés par les dilatations peuvent avoir comme conséquence, en cas de blocage, des contraintes directement proportionnelles aux déplacements. La courbe suivante, représentant l'allongement en fonction de la température, a pu être définie :

Figure 33- Courbe température-allongement de l’acier


Page | 102

7.2.2 Principe de la justification

Comme il est habituel en acier, les vérifications doivent être menées systématiquement sous plusieurs combinaisons afin de déterminer les actions les plus défavorables. En cas d'incendie les combinaisons à prendre en compte sont les suivantes :

A = 1,1 G + 0,8 Q n A = 1,1 G + Q a A = 1,1 G + 0,7 Q n + 1 W + 0,5 S A = 1,1 G + 0,8 Q a + 1 W + 0,5 S A = 1,1 G + 0,7 Q n + 1 S A = 1,1 G + 0,8 Q a + 1 S où : A = actions extérieures G = charges permanentes Q n = charge d'exploitation normale Q a = charge d'exploitation accidentelle W = vent normal S = neige normale

Le scénario d'incendie est le suivant : l'élévation de la température dans le local échauffe les structures en acier; celles-ci perdent en qualité de résistance mécanique. On considère que la stabilité au feu d'un élément de structure acier cesse d'être assurée lorsque la résistance mécanique de cet élément diminue jusqu'à devenir égale aux sollicitations auxquelles il est soumis. Les annexes fournissent les méthodes de calcul des facteurs de massivité de plusieurs profilées. On y trouve également les facteurs de massiveté des différents types de poutrelles (UAP, IPN, IPE, H, ronds creux, hexagonaux...).


Page | 103

7.3

Anciennes règles bois. Règles BF

Pour ce qui concerne le bois, avant l'apparition des Eurocodes, les règles de calculs à appliquer en France étaient réunies sous le nom de Règles BF 88 (BF étant les initiales pour Bois Feu). C'est le surnom donné au DTU P92-703 de février 1988 intitulé Méthode de justification par le calcul de la résistance au feu des structures en bois ainsi que son Erratum de septembre 1988.

Le règlement précise que ces règles s'appliquent plus spécialement aux bâtiments d'usage courant (c’est-à-dire principalement les bâtiments d'habitation ou de bureaux, les bâtiments scolaires ou hospitaliers). Concernant les éléments de ces bâtiments, ce règlement s'applique aux bâtiments à structures en bois et panneaux dérivés du bois apparents ou non. Il ne s'applique pas aux structures en voile porteur, réalisées en panneaux sandwiches isolants.

7.3.1 Un matériau combustible

Le chapitre 3 des règles BF explique les différents termes utilisés (bois, contreplaqué, panneau de particules, fibres, etc. ) et les documents normatifs qui s'y appliquent. Le chapitre 4 traite de l'évolution des caractéristiques physiques du bois en fonction de la température dans un local en feu. Les principes généraux de la stabilité au feu des structures en bois y sont édictés. En particulier il est clairement indiqué que le bois, matériau organique, est combustible et qu'il n'est pas possible de le rendre incombustible. Par contre l'ignifugation limite le risque de démarrage du feu mais que l'ignifugation par sels, peintures ou vernis n'apporte qu'une contribution négligeable à la stabilité d'une structure en bois soumise à un incendie. De fait, si l'on veut limiter la combustion du bois, il faut avoir recours à une protection thermique : soit, par un enrobement (plâtre projeté, etc.) soit, par un revêtement épais (plaque de plâtre, panneau, etc.). DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 104

7.3.2 Une vitesse de combustion connue

Toujours dans le chapitre 4, on définit la vitesse de combustion β0. Celle-ci varie en fonction du type d'élément et de la nature du bois; pour du bois massif ou lamellé-collé, β0 = 0,7mm / min alors que la vitesse est de 1,3mm / min pour des panneaux de contre-plaqué. Des coefficients minorateurs et majorateurs K1 et K2 sont également définis. Ils permettent de prendre en compte la position et l'inclinaison des éléments par rapport au feu. Il est également précisé que les coins des pièces s'arrondissent sous l'effet d'un incendie. Ce phénomène, sans incidence jusqu'à 30 minutes d'incendie, doit être évalué et pris en compte pour des durées supérieures.

Figure 34 - Épaisseur de carbonisation et effet d'arrondi des angles

On détaille également dans ce chapitre la durée de protection amenée par des plaques de plâtre en fonction de leur épaisseur.


Page | 105

7.3.3 Méthode de calcul

Le chapitre 5 traite le calcul des charpentes en bois en cas d'incendie. Il est d'ailleurs indiqué que ce chapitre pourrait être modifié lorsque les Règles de calcul Bois aux Etats Limites « CBEL » seront publiées. On sait aujourd'hui que ces règles n'ont jamais été rédigées (en tout cas jamais publiées). En préambule, les règles affirment que la stabilité au feu de 1/4 h d'une charpente est assurée si les pièces de bois principales qui les composent ont une section ≥ 60 × 160 mm et les poteaux une épaisseur ≥ 100 × 100 mm. Le principe de justification est le suivant : les sollicitations et contraintes sont calculées grâce aux règles bois en situation normale, mais on admet les dépassements de la contrainte admissible suivants : Pour les solives, poutres et autres pièces travaillant en flexion : 2,25 fois la contrainte admissible si l'épaisseur résiduelle de la pièce est ≥ 30 mm, 1,75 fois la contrainte admissible si l'épaisseur résiduelle de la pièce est < 30 mm ; Pour les pièces travaillant en traction : 2,25 fois la contrainte admissible ; Pour les montants verticaux, poteaux et autres pièces travaillant en compression : 2 fois la contrainte admissible si l'épaisseur résiduelle de la pièce est ≥ 30 mm, 1,5 fois la contrainte admissible si l'épaisseur résiduelle de la pièce est < 30 mm.

Les limites de cette méthode sont que l'on ne peut pas justifier des pièces exposées 2 faces de moins de 40mm pour 1/4h de stabilité et de moins de 60mm pour 1/2h de stabilité.

Les combinaisons à prendre en compte dans les calculs sont les suivantes : 1,1 G + 0,8 P 1,1 G + 0,7 P + PC Q la charge d'exploitation est appelée P dans ces règles Pc est la charge climatique normale, égale à la charge de neige ou égale au vent normal ajouté à la demi-charge de neige.


Page | 106

La section à prendre en compte pour le calcul est la section initiale diminuée des épaisseurs de carbonisation. 7.3.4 Exemple de calcul

Un exemple de calcul d’un élément de solivage est donné par le règlement : Caractéristiques de l’élément essence : résineux (Sapin, Epicéa, Pin Sylvestre), classe BS, selon Cahier n° 124 du CTB-A , section : 65 × 180 mm nominal, 63 × 170 réel en oeuvre, portée de chaque solive : 4 mètres sur 2 appuis, écartement des solives d'axe en axe : 0,35 m, Conditions du dimensionnement déformation admissible : 1/400, charges et surcharges d'exploitation : poids propre des solives : 14 kg/m², poids propre du panneau CTB-H 22 mm : 13,2 kg/m² surcharge 150 kg/m² dont 20 % permanente = 30 kg/m² 80 % temporaire = 120 kg/m² Justification de stabilité au feu d'une solive destruction latérale : (βo = 0,7 mm) × 30 = 21 mm, sur chaque face. destruction inférieure : [(βo = 0,7 mm) × (K1 = 1,6)] × 30 = 33,6 mm. section résiduelle de la solive : 21 × 136,40 mm. l/v restant = 65,117 cm3 Sollicitation = 1,1 (G) + 0,8 (P) = 1,1 (14 + 13,2) + 0,8 (150) = 149,92 kg/m² » 150 kg/m² Vérification en contrainte : σ f = (105 × 100)/65,117 = 161 da.N/cm² = 16,1 MPa. La contrainte admissible doit être multipliée par 1,75 car l'épaisseur résiduelle est inférieure à 30 mm. σ f = 109 × 1,75 = 190,75 daN/cm² = 19,08 MPa. La stabilité au feu d'1/2 heure de la solive est assurée.


Page | 107

Chapitre 8

8.1

MÉTHODES D’AUSCULTATION ET DE RÉPARATION APRES UN INCENDIE

Les méthodes d’auscultation du béton

Après un incendie, il est primordial de faire un état zéro des structures. Il existe pour cela des méthodes destructives et non destructives. C’est un assemblage des différentes méthodes qui permet d’avoir une idée précise des dommages subis et ainsi de préconiser au mieux les travaux adaptés. 8.1.1 Les méthodes destructives d’investigation du béton Afin de déterminer avec précision les positions des armatures leur diamètre et leur état après l’incendie, il est nécessaire de réaliser un décroutage des surfaces des parements endommagés. Afin de s’assurer de leur nuance, il peut être nécessaire de prélever quelques barres et de les faire caractériser par un essai de traction. De la même façon, si une contrainte particulière du béton est nécessaire, on pourra faire prélever un carottage de béton et faire réaliser un essai d’écrasement.

8.1.2 Les méthodes non destructives d’investigation du béton Pour diagnostiquer un ferraillage, la méthode la plus aisée à mettre en œuvre est l’utilisation d’un détecteur magnétique, connu sous son nom commercial de Ferroscan (Hilti). C’est un détecteur d’armatures fonctionnant à l’aide d’un flux magnétique : la production d’un champ magnétique et les modifications de la résonance magnétique dues à la présence de barres métalliques sont la base de la mesure. L’appareil est réputé permettre d’effectuer des mesures jusqu’à une profondeur de 180 mm dans le béton. Il livre ses résultats sous forme de vue en plan et d’analyses précisant les positions, la profondeur et les diamètres des armatures. Les résultats de ces mesures sont très précis en ce qui concerne la position des armatures. Par contre en ce qui concerne la profondeur et le diamètre de ces armatures, on ne peut se fier aux valeurs brutes des mesures. Des investigations destructives doivent impérativement venir conforter les valeurs obtenues. La méthode lourde est la radiographie (rayons X). C’est une technique très fiable si l’on sait en réserver l’usage à la recherche des informations qu’elle est capable de révéler (pas


Page | 108

d’oxydation de pièces métalliques, …). Cette technique nécessite un accès aux deux faces de la structure à étudier. Elle est courante jusqu’à une épaisseur de 60 cm, mais l’utilisation des rayons X à haute énergie produits par les accélérateurs permet d’atteindre 1,20 m.[15]

En ce qui concerne les bétons, les scléromètres permettent, eux d’avoir une approximation de la dureté du matériau.

8.2

Les méthodes de réparation du béton

Après un incendie, la plupart du temps, les faces de béton exposées au feu sont très détériorées. Les lits d’armatures sont très dégradés voire ont disparu. Toutefois, du fait du haut degré d’hyperstaticité des structures, il arrive très souvent qu’aucune ruine ne soit à déplorer. Il est donc économique de réparer les éléments endommagés. La technique la plus courante est la projection du béton : après décroutage des parements endommagés, on remet en place des armatures puis on projette un béton. L’élément ainsi réparé est réputé réagir de façon identique à un élément neuf réalisé de façon traditionnelle.

8.2.1 Projection de béton – Réparation du tunnel sous la manche Le 11 septembre 2008, un incendie se déclarait dans le tunnel sous la Manche : une navette ferroviaire transportant des camions dans le tube nord prenait feu et endommageait la voute en béton sur 760m et l'endommageait très sérieusement sur 100m environ. Une réparation rapide s’est avérée nécessaire. La technique retenue a été celle de la projection de béton. La Revue Technique des Travaux Publics publie dans son article n°865 un article sur ce chantier [16]. Dans cette technique, quatre grandes phases se succèdent : -

Diagnostic de la voute

-

Mise en sécurité

-

Hydrodécapage

-

Ferraillage et projection de béton

Diagnostic de la voute DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 109

Un diagnostic visuel a permis de faire les premières constations : la zone endommagée s’étendait sur une longueur de 760 mètres. Une zone plus touchée de 90 m et une zone extrêmement touchée (avec parfois disparition quasi complète d’une partie du voussoir) s'étendaient, elles, sur une longueur de 16 m Ce diagnostic visuel a été complété d'essais en laboratoire, de relevés géométriques et d'essais sur site. En effet, il était nécessaire de connaître avec précision la qualité du sol alentour (de la craie) et les modifications physico chimiques des armatures soumises à l'incendie (essais réalisés avec un microscope à balayage). Les relevés géométriques, réalisés à l'aide d'un scanner, ont permis de relever les anomalies du parement. Ces constatations ont permis de réaliser les études préalables aux réparations. Ces études avaient 2 objectifs majeurs : s'assurer de la stabilité du tunnel après l'incendie et vérifier que les réparations envisagées par béton projeté assureraient une tenue correcte à l'ouvrage. On voit sur la figure ci-dessous une coupe de principe sur le tube (diamètre intérieur 7,60m). Les épaisseurs de béton manquant sont indiquées.

Figure 35 - Coupe de principe du tunnel sous la Manche


Page | 110

Mise en sécurité A la suite de ces investigations, une mise en sécurité a été réalisée : les équipes ont alors procédé à un clouage des zones endommagées. Ce clouage permettait d'une part de maintenir les voussoirs afin qu'ils ne chutent pas pour les moins endommagés d'entre eux, et d'autre part de maintenir les terrains en place pour les zones les plus endommagées. Ce clouage a été réalisé à partir de barres longues de 3m et de diamètre 20 et 22mm. Les barres sont ensuite munies de boulons pour assurer la transmission des efforts des voussoirs vers les clous. 1072 clouages ont ainsi été réalisés pour permettre aux équipes de travailler en sécurité.

Hydrodécapage Des robots ont été mis à l'œuvre pour décaper la zone sinistrée. Ce sont ainsi 12.000m² de voute qui ont été décapés en seulement 21 jours. 900 tonnes de gravats ont été extraites de cette seule opération.

Ferraillage et projection de béton La première phase de cette étape a été la mise en place des 39.000 connecteurs permettant de maintenir les armatures et surtout de transmettre les efforts tranchants dans l'épaisseur de l'anneau. La seconde phase est la mise en place des treillis soudés 120x120 avec fils diamètre 8mm et 12mm; ce sont 49 tonnes de TS qui ont été posées. Enfin 4.000 tonnes de béton ont été projetées. Le béton est du 55 MPa, comme prévu lors des calculs initiaux du tunnel (celui en place a été mesuré à 80 MPa). La technique la plus répandue est celle de la voie sèche : le ciment et les granulats sont transportés jusqu’à la lance par air comprimé. Une canalisation d’eau est incorporée dans la lance, là ou s’effectue le mélange. L’avantage est que le béton n’étant pas mélangé, il ne sèche pas et l’on peut arrêter et reprendre les travaux autant de fois que l’on veut. Ce procédé s’oppose à la voie humide : dans ce cas c’est le béton déjà mélangé (par exemple venant de centrale) qui est projeté. L’avantage de cette technique est l’assurance de connaitre la qualité du béton utilisé. Seulement 4 mois ont été nécessaires pour ce chantier.


Page | 111

8.2.2 Reprise par fibres de carbone ou plats collés Dans le cas de reprises après un petit sinistre, certaines entreprises proposent de mettre en œuvre des bandes de TFC (Tissus en Fibre de Carbone) ou des plats collés. Cette technique n’est envisageable que pour les sinistres n’ayant engendré que de faibles désordres, sans déformation significative des parements. Il faut signaler que l’on sort de l’avis technique de ces procédés qui sont considérés non traditionnels. Une assurance particulière est donc à prévoir. 8.3

Les méthodes de réparation de l’acier

Après un incendie, les structures métalliques sont bien souvent très endommagées. On rencontre ce cas surtout lorsque les structures ne sont pas protégées ou protégées par un flocage soufflé lors d'une explosion. Du fait de leur échauffement rapide, les éléments ont tendance à se déformer de façon trop importante pour pouvoir être conservés. Leur remplacement est alors la seule solution envisageable. Il arrive aussi que les structure soient déformées de façon acceptable mais que les surfaces des éléments aient été endommagées. On doit alors recourir à un renforcement par plats métalliques. Ces plats peuvent être soient soudés soit boulonnés à l'élément existant. En l'absence de caractérisation de l'état de l'élément précise, il est préférable de rajouter l'équivalent de l'âme et des semelles qui ont été en contact au feu.

Figure 36 - Réparation de profilés métallique par ajout de plats et de cornières [17]

8.4

Les méthodes de réparation du bois

Les structures en bois, paradoxalement, résistent assez bien au feu. Avec une vitesse de carbonisation de l'ordre de 4cm par heure, les éléments les plus massifs des charpentes DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 112

soumises au feu ne sont pas ruinés. De plus, la faible capacité thermique du bois ralentit la montée en température du centre de la section qui reste sain. Il est alors possible de conserver ces éléments en les renforçant. La technique la plus connue est celle du moisage. Cette opération consiste à doubler le profilé endommagé d'un profilé métallique ou d'une section en bois. Lorsque l'on choisit de doubler la section par du bois, il est plus simple de reprendre par des sections équivalentes à celles d'origine. Par exemple, une poutre en bois de section 20x35ht pourra-t-elle sans risque être renforcée par deux poutres bois 10x35ht disposées de part et d'autre de l'élément endommagé. La liaison entre les trois éléments est réalisée par des boulons en acier dimensionnés pour reprendre l'effort tranchant dans la poutre. On peut également reconstituer les épaisseurs disparues : il faudra bien sûr s'assurer de faire transiter les efforts entre parties tendues et comprimées de la poutre bois par des connecteurs métalliques. La stabilité au feu peut alors se dégrader. Lorsque l'on choisit de moiser la poutre bois endommagée par un profilé métallique, les calculs reviennent à ajouter les caractéristiques des sections efficaces de l'élément conservé et aux caractéristiques des poutres métalliques moisées. Là aussi, les boulons (les moises) métalliques doivent être dimensionnés pour faire transiter l'effort tranchant. La stabilité au feu doit dans ce cas être assurée par protection rapportée (flocage ou encaissement plâtre).

Figure 37 - Réparation de poutres bois par ajout de plats métalliques [17]


Page | 113

Chapitre 9 9.1

ANALYSE DE SINITRES RECENTS

Copropriété l'Îlot au 78 rue Paul Chevalier à Marseille. Structure Béton Armé.

9.1.1 Contexte réglementaire L’ouvrage est un parc de stationnement de 3 niveaux enterrés attenant à des logements. Ce parc est soumis à l’arrêté du 31 janvier 1986. Celui-ci, à son article 81, impose les stabilités au feu suivantes : « Stables au feu de degré une heure et demie pour les parcs de plus de deux niveaux ... Les planchers séparatifs doivent être coupe-feu de degré une heure et demie. Toutefois, les dalles de ces planchers constituant des éléments secondaires de la structure peuvent être coupe-feu de degré une heure seulement. »

9.1.2 L’incendie En janvier 2008, un incendie de véhicule s’est déclenché dans la nuit. Le véhicule se trouvait dans une cellule de 2 places. En l’absence de détection et de passage, l’incendie a eu le temps de se développer mais aucun véhicule n’était garé sur la place mitoyenne. Les flammes ont eu le temps d’endommager très fortement la dalle au dessus du véhicule, au point de faire éclater l’enrobage de béton et d’attaquer les armatures en acier de la dalle.

Figure 38 - Incendie rue Paul Chevalier. Dalle B.A. endommagée.


Page | 114

9.1.3 Les mesures conservatoires Pendant l’incendie, les pompiers gèrent tous les aspects de l’intervention : mise à l’écart du public, évacuation éventuelle des occupants de l’immeuble de logements mitoyens, déviation de la circulation automobile. Mais très rapidement les spécialistes de la construction sont appelés en renfort pour donner leur avis : que ce soient les experts d’assurance ou d’assuré, les employés de service technique préfectoral ou municipal ou le propriétaire de l’établissement, ils demandent systématiquement à un ingénieur spécialisé des structures de venir sur site. A ce dernier de se prononcer, dans l’urgence, sur la dangerosité de la structure sinistrée, parfois alors que l’incendie n’est pas encore totalement maitrisé. L’ingénieur doit donner des directives claires qui concernent la stabilité du closcouvert, des planchers où interviennent les pompiers et la stabilité des ouvrages mitoyens. Dans le cas de l’incendie de la rue Paul Chevalier, le plancher sinistré supporte une zone de jardin, de charges surfaciques importantes : de l’ordre de 1 t/m² pour 50cm de terre. Le risque d’une ruine du plancher était donc grand. Il a été décidé d’étayer le plancher dès que les pompiers le permettraient.

Figure 39 - Incendie rue Paul Chevalier. Étaiement d'urgence.

La zone limitée du sinistre n’a pas fait craindre de péril pour la stabilité générale du bâtiment ou des mitoyens. 9.1.4 Le diagnostic de la structure Dans le cas d’un diagnostic, il est important d’être exhaustif quand aux risques induits par l’incendie : confirmer si la dalle est en béton armé ou en béton précontraint, s’assurer que DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 115

la perte de résistance de la dalle n’affecte pas la stabilité vis-à-vis des efforts horizontaux, estimer l’incidence de la perte de continuité sur les éléments liés… Pour ce cas, il est intéressant d’observer que le dispositif a parfaitement joué son rôle : on n’observe pas de fléchissement de la dalle et le feu ne s’est pas propagé au niveau supérieur. Donc les fonctions de stabilité au feu et de coupe-feu ont toutes deux été respectées.

Le diagnostic s’est focalisé sur deux points : l’étendue en surface et l’étendue en profondeur des dommages. Pour l’étendue surfacique, la sous-face a été auscultée et sondée avec un marteau sur l’ensemble des 2 places de stationnement. Toute zone comportant des épaufrures a demandée à être décroutée jusqu’aux aciers. Pour l’étendue en profondeur, il est évident que les 5 premiers centimètres, localement disparus, devaient également être décroutés sur la zone surfacique identifiée comme sinistrée. Pour le béton plus en profondeur, une analyse aurait permis de connaitre plus précisément l’étendue verticale des dégâts : un prélèvement par carottage envoyé à un laboratoire permet de connaitre ses caractéristiques physiques. Toutefois, l’expert chargé des réparations a préféré ne pas aller plus loin dans ses investigations et intégrer ce paramètre d’inconnu dans les travaux de réparation. La raison principale est le risque d’endommager le complexe d’étanchéité situé au-dessus de la dalle sinistrée. 9.1.5 Étude structurelle de la reconstruction Le choix de la solution de réparation s’est portée sur du béton projeté. Cette solution a l’avantage de ne pas nécessiter d’intervenir par le haut de la dalle avec les risques sur l’étanchéité. Cela permettait également de rendre rapidement les places de stationnement au propriétaire alors qu’une démolition de la dalle n’était pas envisageable. 9.1.6 Comparaison Eurocodes et DTU. On se propose de comparer les dimensionnements de poteaux en BA avec les règles BAEL et aux Eurocodes. Le poteau étudié a pour hauteur 2.6m. Afin que les résultats soient significatifs, on fait varier la largeur du poteau de 15x15cm à 40x40cm avec un pas de 5cm. Le ferraillage minimal mis en œuvre est celui du BAEL, c'est-à-dire 4cm²/m de parement.


Page | 116

Nous détaillons un exemple de calcul : Capacité de charge maximale d’un poteau 25x25 calculé aux Eurocodes Voir le chapitre 4.7 de ce document pour les détails de la méthode A NRd = kh . ks . α . [b . h . fcd + As . fyd] b=0.25m h=0.25m λ = 36,0 kh = 0.870 kS = 1 α = 0.643 AS = 4,5.10-4 m² @

Fcd = 25 = 16.67 MPa D

Fyd =

F)) &.&F

= 435 MPa

NRd = 0,870 x 1 x 0,643 x (0,25*0,25*16,67 + 4,5.10-4 x 435) = 0.692 MN La capacité portante de ce poteau est donc 69.2 tonnes aux ELU. On calcule de cette façon la capacité portante maximale à froid pour chacune de ces sections. Ce résultat est comparé avec la capacité portante calculée au BAEL :

Tableau 34 - Comparaison DTU/Eurocodes « à froid » d’un poteau béton

Ferraillage

DTU

Eurocodes

Barre/cm²

N maxi (MN)

N rd (MN)

Δ 15x15

4 HA 10

3.1

0.215

0.183

-15 %

20x20

4 HA 12

4.5

0.466

0.408

-12 %

25x25

4 HA 12

4.5

0.765

0.692

-10 %

5.7

1.177

1.086

-8 %

5.7

1.643

1.550

-6%

6.8

2.220

2.134

-4%

7.6

2.867

2.810

-2%

6 HA 10 30x30 + 2 HA 8 6 HA 10 35x35 2 HA 8 40x40

6 HA 12 4 HA 12

45x45 + 4 HA 10


Page | 117

On observe une perte de capacité portante entre les deux méthodes variant de 15% pour une section 15x15 jusqu’à une différence de 2% pour une section 45x45cm.

Chacun des 2 règlements précise des dimensions minimales pour atteindre la stabilité au feu voulue. Le tableau suivant compare les tenues au feu des poteaux étudiés auparavant chargés à leur capacité maximale. Tableau 35 - Comparaison DTU/Eurocodes d’un poteau béton en cas d'incendie

SF ½ h

SF 1 h

SF 1 h ½

SF 2 h

SF 3 h

SF 4 h

DTU

EuCo

DTU

EuCo

DTU

EuCo

DTU

EuCo

DTU

EuCo

DTU

EuCo

15x15

√

X(!)

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

20x20

√

√

√

X(!)

X

X

X

X

X

X

X

X

25x25

√

√

√

√

√

X(!)

X

X

X

X

X

X

30x30

√

√

√

√

√

X(!)

√

X(!)

X

X

X

X

35x35

√

√

√

√

√

√

√

√

X

X

X

X

40x40

√

√

√

√

√

√

√

√

√

X(!)

X

X

45x45

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

X(!)

Une coche √ indique que la section est stable au feu de la durée indiquée en haut de colonne. Une coche X indique que la section n’est pas suffisante. La coche X ( ! ) indique que la section est suffisante au DTU mais pas aux Eurocodes.

On conclut de cette étude les points suivants : 1. La capacité de résistance à froid d’un poteau BA est réduite aux Eurocodes (10% pour un poteau classique 25x25). 2. De nombreuses sections de poteaux qui sont réputés stables au feu au BAEL + DTU ne le sont pas vis-à-vis des Eurocodes.


Page | 118

9.2

Cinéma du 72,74 et 76 La Canebière à Marseille. Structure Acier.

9.2.1 Contexte réglementaire L’ouvrage sinistré est un cinéma d’une centaine de places. Cet effectif le classe en 4ème catégorie de type L. Il est imbriqué dans un ensemble hétérogène constitué d’immeubles de logements, d’une pharmacie, d’un magasin, d’un restaurant ainsi que d’un central informatique. Cet établissement est soumis à l’arrêté du 25 juin 1980. A son article CO7, il est précisé que « L'isolement latéral entre un établissement recevant du public et un bâtiment ou un local contigu occupé par des tiers doit être constitué par une paroi CF de degré deuxheures ». A l’article CO9, il est indiqué que « Dans le cas de superposition d'un établissement recevant du public et d'un tiers, le plancher séparatif d'isolement doit présenter les qualités de résistance au feu CF de degré une heure » 9.2.2 L’incendie En novembre 2007, un incendie se déclare dans la salle, probablement à cause d’une cigarette, se propageant rapidement à la cabine de projection. Les bobines de cinéma sont extrêmement inflammables. L’embrasement devient général. L’isolement coupe-feu entre le cinéma et les établissements mitoyens fonctionnent correctement, sauf celui commun avec le magasin : l’incendie se propage alors dans cet établissement qui est un simple rdc surmonté d’un immeuble de logements de 8 niveaux. La paroi coupe-feu séparant le magasin des logements a, elle, bien fonctionné empêchant ainsi l’extension de l’incendie à l’immeuble de logements.


Page | 119

Figure 40 - Incendie du 72 à 76 La Canebière. Charpente de la couverture

9.2.3 Les mesures conservatoires L’importance de l’incendie a mobilisé plusieurs services dont ceux de la Santé au Travail( CRAM). Au vu des risques de chutes de poutres métalliques d’une hauteur importante, ses inspecteurs ont estimé que les travailleurs ne pouvaient pas travailler en sécurité. Ils ont donc interdit l’accès à la partie la plus sinistrée. Or, il était nécessaire d’enlever plusieurs éléments et déblayer pour pouvoir mettre en place un confortement définitif. Mais les structures étaient trop imbriquées pour que l’inspecteur ait une lisibilité de leur stabilité. Il a donc été décidé 2 mesures exceptionnelles : -

L’intervention d’alpiniste pour intervenir par le haut pour mettre en place des palées de stabilité provisoire en tête.

-

L’utilisation de robots munis de bras « croqueur » pour aller découper les poutres métalliques et les ramener aux zones considérées comme non dangereuses pour les travailleurs.

Une fois le déblaiement réalisé, des tours d’étaiement ont été mises en place pour soutenir un logement au dernier niveau et pour permettre l’accès de la couverture aux travailleurs.


Page | 120

Figure 41 – Incendie du 72 à 76 La Canebière. Tours d’étaiement du logement suspendu.

Une fois que ce confortement provisoire a été réalisé, un système de surveillance des mouvements de structures a été mis en place. Le rôle de ce système était de vérifier que les travailleurs pouvaient intervenir en sécurité dans la zone sinistrée pendant la phase de confortement définitif. 9.2.4 Le diagnostic de la structure Les experts savaient que les travaux de reconstruction seraient très longs. Ils ont donc demandé que soit mis en place un confortement définitif au sens qu’aucun entretien particulier ou surveillance continue ne devait être ensuite nécessaire. Le diagnostic s’est porté sur 2 points principaux : -

Juger des éléments structurels qui pouvaient être conservés. Cela passait par une auscultation des éléments et au besoin d’essais sur les matériaux.

-

Conserver le fonctionnement des structures particulièrement complexe à cause de l’imbrication des différents ouvrages. Pour cela les inerties des éléments


Page | 121

endommagés et supprimés devaient être systématiquement recrées par des palées de stabilités ou des tirants-poussants. Une fois le diagnostic établi, un BET de structures a été désigné. Pour chaque élément supprimé, le BET a élaboré des plans et des notes de calculs justificatives. L’Entreprise a, elle, mis au point une méthodologie d’intervention. 9.2.5 Étude structurelle de la reconstruction. Exemples de calculs Le promoteur de l'opération de reconstruction souhaite réaliser une surface de commerces à louer. Deux niveaux seront affectés au public sans connaitre la future exploitation. L'annexe nationale impose dans ce cas d'utiliser comme charge d'exploitation le cas D1 correspondant à 500 kg/m².

Géométrie Dimensions en plan de la reconstruction : 12,0mx15,0m. Une poutre intermédiaire en béton recoupe la portée : 3 travées de 5m 25x40ht. La portée isostatique des poutres acier sera 7,5m. Continuité et encastrement impossibles. Stabilité au feu Concernant les exigences de sécurité incendie, l'établissement se verrait classé en 4ème catégorie de type M. La stabilité au feu alors imposée est 1/2h. Charges Dalle BA 18cm : 450 kg/m² Revêtement scellé 7cm : 14 kg/m² Cloisons : 50 kg/m² Au total G=514 kg/m² Exploitation : Q= 500 kg/m² Les entraxes variant de 3m à 6m avec un pas de 1m sont étudiés pour les gammes de profilés IPE, HEA et HEB en nuance S235 qui sont les plus courants pour ce type de construction. Les sections ont été vérifiées en prenant en compte que le non-déversement était assuré grâce aux dalles en BA. Nous détaillons un exemple de calcul :


Page | 122

Vérification d’un profilé HEA450 calculé aux Eurocodes Caractéristiques du profilé L = 7,5m, articulé sur ses 2 appuis. Le déversement est empêché. HEA450 en nuance S235 E = 210 000 MPa I = 63 722 cm4 I/V = 2900 cm3 Charges g = 3084 kg / ml q = 3000 kg / ml pp = 140 kg / ml P ELS = 6224 kg / ml P ELU = 8987 kg / ml Facteurs de sécurité partiels γ M0 = 1,1 γ M1 = 1,1 Vérification du moment résistant Melu = 0.631 MN.m M / I/V = 217 MPa ( < 235 MPa donc OK) Vérification de la déformation f=5

HIJ DK( 1 L

f g+q+pp = 19,1 mm = l / 392 (< l / 200 donc OK)

Les résultats de dimensionnement sont donnés dans le tableau suivant : Tableau 36 - Tableau de calcul à froid de profilés métalliques

Entraxe(m)

g (kg/ml)

q (kg/ml)

IPE

HEA

HEB

6

3084

3000

600

450

400

5

2570

2500

550

400

360

4

2056

2000

500

360

320

3

1542

1500

450

320

280


Page | 123

On étudie ensuite la tenue au feu des profilés calculés auparavant : Entraxe 6m IPE600 (σ=198 MPa soit µ ELU =0.84) L'IPE600 étant protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, Son A/V est égal à 1,80/156.10-4 =115m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.13 maxi pour 1/2h.

HEA450 (σ=217 MPa soit µ ELU =0.92) L'HEA450 étant protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, Son A/V est égal à 1,71/178.10-4 =96m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.15 maxi pour 1/2h.

HEB400 (σ=216 MPa soit µ ELU =0.92) L'HEB400 étant protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, Son A/V est égal à 1,63/197,8.10-4 =82m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.17 maxi pour 1/2h.

Les taux d’utilisation µ ELU des profilés désignés sont nettement supérieurs aux µ ELU maxi ce qui autoriserait leur utilisation pour une stabilité au feu 30minutes. Les profilés calculés précédemment ne sont donc pas stables au feu 1/2h. On se propose donc de sur-dimensionner les profilés et observer leur tenue au feu : IPE600 Hauteur maximale déjà atteinte dans sa gamme.

HEA450 remplacé par un HEA600 L'HEA600, protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, a pour A/V est égal à 2,01/226,5.10-4 =89m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.16 maxi pour 1/2h. La contrainte descend alors à 127 MPa, soit µ ELU =0,54. Toutefois cette valeur reste supérieure au 0,16 maximum.

HEB400 remplacé par un HEB600 L'HEB600, protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, a pour A/V est égal à 2,02/270.10-4 =75m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.20 maxi pour 1/2h. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 124

La contrainte descend alors à 107 MPa, soit µ ELU =0,45. Toutefois cette valeur reste supérieure au 0,20 maximum.

Il n’est donc pas possible, en conservant cet entraxe, de trouver dans ces gammes IPE, HEA et HEB des profilés stables au feu. On étudie ensuite les solutions admissibles pour l’entraxe 3m :

Entraxe 3m IPE450 remplacé par un IPE600 L'IPE600, protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, a pour A/V la valeur 1,80/156.10-4 =116m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.13 maxi pour 1/2h. La contrainte serait alors 99 MPa, soit µ ELU =0,42. Toutefois cette valeur reste supérieure au 0,16 maximum.

HEA320 remplacé par un HEA600 L'HEA600, protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, a pour A/V la valeur 2,01/226,5.10-4 =89m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.16 maxi pour 1/2h. La contrainte descend alors à 64 MPa, soit µ ELU =0,27. Toutefois cette valeur reste supérieure au 0,16 maximum.

HEB280 remplacé par un HEB600 L'HEB600, protégé sur sa face supérieure par la dalle BA, a pour A/V la valeur 2,02/270.10-4 =75m-1. Cette massiveté correspond à un µ ELU = 0.20 maxi pour 1/2h. La contrainte serait alors 57 MPa, soit µ ELU =0,25. Bien que proche, cette valeur reste supérieure au 0,20 maximum. On conclut qu’aucune des gammes de profilés ne peut être utilisée dans le cas étudié.

On recherche alors, par calculs successifs, quel entraxe devrait être respecté pour obtenir une stabilité au feu 1/2: le HEB600 est choisi pour sa faible massiveté. Son µ ELU maxi pour 1/2h est égal à 0.20. Ce taux correspond à une contrainte maximale de 47MPa qui, dans notre cas, équivaut à une charge pelu = 3,8 t/m. Soit un entraxe de 230cm. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 125

Le calcul à froid donne pour profilé minimum dans cette gamme le HEB260.

Figure 42 - Vue en plan du plancher créé

9.2.6 Comparaison des solutions Au lieu de comparer les stabilités au feu calculées au DTU et aux Eurocodes, une approche originale a été envisagée : l’acier est réputé n’être pas résistant au feu ; la comparaison s’est donc portée sur l’économie réalisée avec le calcul aux Eurocodes par rapport à une structure floquée. Ces deux solutions sont comparées du point de vue économique: 1 solution avec poutres protégées (flocage) et une solution avec poutre acier SF 1/2h.

Données économiques de base Prix de l’acier mis en œuvre : 3€ /kg HT Prix du flocage : 65 €/m² HT. Ce prix comprend l’installation de chantier, la préparation du support, la pose d’un grillage d’accroche ainsi que la projection de fibre minérale. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 126

Solution avec protection rapportée (flocage) Acier : Nombre de poutres HEB260 : 2X5 L=7.35m Poids HEB260 : 93kg /ml soit 6840 kg d’acier Prix unitaire acier 3€ /kg HT Prix acier : 6840*3= 20.520 € HT Surface de projection Nombre de poutres HEB260 : 2X5 L=7.35m Surface de projection (3 faces) : 1.34 m²/m soit 98.5m² Prix unitaire flocage : 65 €/m² HT Prix flocage : 98.5*65= 4.453 € HT Soit un cout total de 20 520 + 4 453 = 24 973 € HT

Solution avec stabilité au feu intrinsèque (stable au feu 1/2h) Acier : Nombre de poutres HEB600 : 2X5 L=7.35m Poids HEB600 : 212kg /ml soit 15582 kg d’acier Prix unitaire acier 3€ /kg HT Soit un cout total de 15 582*3= 46 746 € HT

Le surcout pour la solution SF 1/2h intrinsèque est de +88%

On conclut de cette étude les points suivants : 1. La stabilité 1/2h au feu d’une structure impose de faire le choix de profilés dont le facteur de massiveté est bas. 2. Il est économique de rendre une structure métallique stable au feu par projection rapportée.


Page | 127

9.3

Immeuble du 38 bd Gambetta à Nîmes. Structure Bois.

9.3.1 Contexte réglementaire L'ouvrage est constitué de 2 petits ERP en rdc avec activité de type M, TamTam et Schlecker ainsi que d’un immeuble de logements. Ces deux établissements sont traversants du boulevard Gambetta jusqu'à la rue de la Ferrage. Ces magasins sont situés en dessous d’un immeuble de logements du R+1 au R+3. L'ouvrage est un ancien hôtel particulier. Les parties non sinistrées présentent un très bon état de conservation et d'entretien. Les murs sont des maçonneries traditionnelles. Les planchers sont en bois.

Figure 43 – Incendie bd Gambetta. Vue de la cour intérieure de l'immeuble incendié.

Les magasins, en simple rdc et de surface accessible au public inférieure à 500m², sont soumis à l’arrêté du 25 juin 1980 pour les établissements de la 5ème catégorie. Celui-ci, à son article PE6, impose le degré d’isolement suivant : « Les établissements doivent être isolés de tous bâtiments ou locaux occupés par des tiers par des murs et des planchers coupe-feu de degré 1 heure... Les dispositions sont aggravées si une autre réglementation impose un degré d'isolement supérieur. »


Page | 128

9.3.2 L’incendie Un incendie s'est déclenché dans la soirée du dimanche 14 septembre 2008 dans le magasin Tamtam. Le feu a atteint les réserves contenant un important potentiel calorifique. Le feu s'est ensuite développé dans les étages. Lors de notre visite du lundi 15 septembre 18h on observait encore des fumerolles à l'intérieur de l'ouvrage :

Figure 44 - Incendie bd Gambetta. Façade sur magasin TamTam

9.3.3 Les mesures conservatoires Les pompiers ont fait évacuer les immeubles mitoyens. L’école située en vis-à-vis de la façade rue Ferrage n’est distante que de 5m. Elle a été évacuée pour les risques d’une extension de l’incendie. Elle l’a été également par crainte que l’effondrement de l’ouvrage incendié n’affecte l’école proche. Devant ces interrogations, les Autorités ont demandé à la Mairie de faire établir un diagnostic rapide sur la stabilité de l’ouvrage. 9.3.4 Le diagnostic de la structure Nous avons pu effectuer, en urgence, une visite accompagnés des pompiers ayant combattu le feu. Nous reproduisons ci-dessous les détails du compte-rendu de la visite du lundi 15 :


Page | 129

-

La façade Gambetta présente d'importantes traces de l'incendie. Toutefois on n'observe pas de désordres importants (fissures, déformation).

-

La façade Cour intérieure présente également d'importantes traces de l'incendie. Les menuiseries des 1er et 2ème étages sont très endommagées. Toutefois on n'observe pas de désordres importants (fissures, déformation).

-

La façade Ferrage présente aussi d'importantes traces de l'incendie et les menuiseries des 1er et 2ème étages sont très endommagées. On observe plusieurs fissures : principalement sous les fenêtres du 2ème niveau et au rdc. Ces fissures ont affecté l'enduit et ne semblent pas concerner les maçonneries en profondeur.

-

Les cages d'escalier ne présentent pas de désordres importants. Toutefois, nous attirons l'attention des intervenants sur la fragilité des volées de l'escalier coté Sud (rue Ferrage).

-

Les caves sont constituées de voûtes maçonnées. Elles sont partiellement inondées (quelques centimètres d'eau en divers endroits). On n'observe aucun désordre.

-

Les planchers sont particulièrement endommagés. Toutefois l'importance varie en fonction des zones : o Les planchers des logements situés à l'ouest de la cage d'escalier (c'est à dire au dessus du magasin Schlecker) n'ont pas subi de désordres visibles importants. o Les planchers des logements situés au nord de la cage d'escalier (c'est-à-dire au dessus du magasin TamTam) n'ont pas non plus subi de désordres importants en R+2 et R+3 mais n'étaient pas visitables en R+1. o Les planchers des logements situés au sud de la cage d'escalier (c'est à dire au dessus des réserves du magasin TamTam) sont entièrement effondrés en haut du rdc et haut du 1er étage.


Page | 130

Figure 45 - Incendie bd Gambetta. Vestiges du plancher ht du 1er

Le maire de Nîmes nous a demandé d’être précis dans nos conclusions : le diagnostic que nous avions à rendre ne pouvait pas être trop alarmiste pour ne pas dérégler inutilement le fonctionnement des personnes vivant ou travaillant à proximité de l’immeuble sinistré, situé dans le cœur de ville. Toutefois il n’était pas question de prendre le moindre risque vis-à-vis de la stabilité de l’ouvrage. Nos conclusions ont donc été ainsi détaillées :

Pour le confortement d’urgence : -

Les ouvertures des façades Cour intérieure et Ferrage devront être étrésillonnées pour bloquer la maçonnerie dans son plan.

-

La façade Ferrage devra être butonnée. Le système peut-être soit un ensemble de tirants-poussants ancrés dans la façade de l'école en vis-à-vis, soit un portique fondé sur le sol de la rue Ferrage laissant libre le passage.

-

Une fois que l'intérieur sera rendu accessible, mettre en place des tirants-poussants recréant le diaphragme des planchers effondrés.


Page | 131

Pour les investigations complémentaires : -

Un technicien devra refaire une visite après que l'incendie soit entièrement éteint. Il devra vérifier que les fissures observées le 15/09/08 sur la façade Ferrage n'ont pas évolué.

-

Bien que ne présentant pas de désordres visibles, le plenum et le plancher au-dessus du magasin Schlecker devront être inspectés et au besoin ou en cas de doute une file d'étai devra être mise en place.

-

Un technicien devra accéder à la terrasse par la façade ouest et confirmer le bon état apparent de la toiture. L'état du probable sous-œuvre sous cette façade devra être estimé.

Pour les éléments annexes -

Il est nécessaire de purger les façades Gambetta, Cour intérieure et Ferrage. En particulier les fenêtres et les volets endommagés devront être déposés. Un polyane devra protéger de la pluie.

-

Nous avons également visité l'immeuble mitoyen Est. On n'observe pas de désordres dans la maçonnerie sur la façade ouest au-dessus du mitoyen. A l'opposé, on observe des fissures sur les plâtres intérieurs du mur mitoyen.

A partir de ces conclusions, des entreprises ont mis en place les confortements préconisés. Ces sécurités ont été suffisantes pour protéger les immeubles mitoyens ainsi que pour permettre l’intervention d’équipes dans l’immeuble pour le déblaiement avant travaux.

9.3.5 Étude structurelle de la reconstruction

Le vide laissé entre murs porteurs après la ruine des planchers hauts des rdc, 1er et 2ème étage a pour dimension en plan 6,5m x 15m.

Pour la reconstruction, plusieurs solutions sont étudiées :


Page | 132

la première solution envisageable est la reconstruction à l'identique, la seconde solution est la création de plancher en béton armé. Le choix de la solution doit tenir compte des contraintes liées au cadre règlementaire et à l'existant.

Des contraintes réglementaires

Les études de ces solutions devront prendre en compte les différentes contraintes réglementaires dont la sécurité incendie, et également l'acoustique, le thermique et l'accessibilité aux handicapés. Pour la sécurité incendie, si une mise aux normes actuelles n'est pas souhaitée par le maitre d'ouvrage ou imposée par les autorités, c'est la circulaire du 13 décembre 1982 qui s'applique; celle-ci pose pour principe de ne pas dégrader les conditions de sécurité existantes. Il revient donc de diagnostiquer le degré de stabilité au feu des planchers avant l'incendie et de recréer au moins cette stabilité. Pour ce cas, nous conseillons de respecter les stabilités au feu et degrés coupe-feu exigibles pour du neuf, à savoir : Plancher d'isolement entre le magasin TamTam et le 1er étage : Coupe-feu 1h. Planchers d'isolement entre logements : Coupe-feu 1/2h.

Des contraintes liées aux éléments existants

Pour le choix de la solution, en plus des contraintes liées à la réglementation, il faut tenir compte de la capacité des structures existantes à supporter la solution envisagée. Le poids du plancher existant est l'ordre de 350 kg/m² y compris le revêtement. Le poids d'un plancher en béton armé avec un revêtement collé est de l'ordre de 550 kg/m². Dans le cas d'un remplacement par un plancher en béton armé, une étude de faisabilité préalable est nécessaire : on calcule que la contrainte due aux charges permanentes et d'exploitation en pied de mur est de 0,37 MPa et que l'accroissement de contrainte due aux charges ajoutées est de 0,05 MPa. Cette augmentation nécessite des investigations complémentaires pour s'assurer que DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 133

les murs et leurs fondations pourront supporter cette modification importante : il faudra à minima faire réaliser une étude géotechnique incluant une reconnaissance des fondations et demander une caractérisation des pierres de la maçonnerie. Dans le cas d'un remplacement par un plancher bois à l'identique, l'augmentation des charges, inévitable, peut être considérée sans risque pour ce type de maçonnerie.

9.3.6 Comparaison des solutions Le plancher proposé est le plancher traditionnel de la région marseillaise, constitué de poutres de section variable sur leur longueur. La tradition dit que cette particularité est due à la provenance des poutres, à savoir les mats de bateaux. Ces poutres ont un espacement de l’ordre de 60-70cm pour que les planches disposées entre elles, l’enfustage, ne nécessitent pas de structure secondaire. Ce type de plancher est à opposer au plancher « à la française » qui est constitué de poutres espacées de 4-5m et supportant une structure secondaire, les solives, distantes elles d’environ 40cm. Description d’un niveau courant : Cloisons : 50 kg/m² Parquet (3cm) : 27 kg/m² Chape (6cm) : 132 kg/m² Enfustage (4cm) : 36 kg/m² Poutre bois 100x300ht : 20 kg/ml Faux-plafond isolé : 27 kg/m² Exploitation : 150 kg/m² Pour le choix de la solution de reprise, différentes solutions ont été comparées. Les poutres ont été calculées stables au feu avec les Eurocode et avec les anciennes règles FB. Les sections ont été choisies parmi la gamme standard. Pour les ouvrages réalisés en bois massif structural, Le CTBA propose un tableau décrivant les sections standardisées de bois résineux :


Page | 134

Tableau 37 - Sections courantes et normalisées pour les bois résineux

En plus de cette gamme, on trouve couramment les sections 300x75 et 300x100. Méthodes de calcul pour SF 30 minutes Calcul à froid -

Limitation de la flèche au 300° de la portée sous la charge d’exploitation Limitation de la flèche au 200° de la portée sous les charges permanentes et d’exploitation

Calcul au feu aux Eurocodes -

Contrainte de flexion calculée aux ELU minorés Majoration de la contrainte admissible à 1,25. .σ

Calcul au feu aux BF -

Vérification de la contrainte sous les charges 1,1g + 0,8q Majoration de la contrainte à 2,25.σ (24,5MPa) ou 1,75.σ (19,1 MPa)

Nous détaillons un exemple de calcul : Vérification d’une poutre C24 100x300ht calculé à froid aux Eurocodes Voir le chapitre 6.4 de ce document pour les détails de la méthode de calcul. Caractéristiques de la poutre a = 0,10 m h = 0,30 m E = 11.000 MPa I = 22.500 cm3 I/V = 1.500 cm3


Page | 135

Charges g = 272 kg/m² q = 150 kg/m² entraxe = 0.65 m PP = 20 kg / ml P ELS = 284,3 kg / ml P ELU = 398,4 kg / ml Vérification du moment résistant M ELU = 0,021 MN.m M / I/V = 14 MPa (<=14 MPa donc OK) Vérification de la déformation f=5

HIJ DK( 1 L

f g+q+pp = 26,7 mm = l / 243 (< l / 200 donc OK) f q = 9,5 mm = l / 710 (< l / 300 donc OK)

Vérification de la stabilité 1/2h d’une poutre C24 100x300ht calculé aux Eurocodes Voir le chapitre 6.5 de ce document pour les détails de la méthode de calcul. Profondeur de carbonisation d char,n = 0,8 x 30min = 24mm (bois résineux massif) def = dchar,n + k0d0 où k0 = 1 et d0 = 7mm donc def = 31mm Propriétés de la section a3o minutes = 10 -3,1x 2 = 3,8 cm h3o minutes = 30 – 3,1 = 26,9 cm I = 6164 cm4 I/V = 458 cm3 Contrainte admissible σ feu = 24*1,25 = 30 MPa Vérification du moment résistant M FEU = 0,6 x M ELU = 0,6 x 0,021 MN.m = 0,0126 MN.m DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 136

M / I/V = 27,5 MPa (< 30 MPa donc OK) L’étude comparative propose de calculer les sections nécessaires pour le plancher 6,5m en faisant varier l’entraxe des poutres de 65cm à 40cm. Les sections 100x300ht et 75x100ht sont successivement étudiées et comparées. Pour chaque section on calcule μ le coefficient d’utilisation. En s’exprimant en pourcent, ce coefficient permet d’estimer la marge de sécurité de la section vis-à-vis du feu (à 100%, toute la sécurité est utilisée et il n’y a donc plus de marge) Les résultats sont présentés dans les 2 tableaux suivants : Section 100x300ht Tableau 38 - Tableau de calcul de poutres bois 100x300ht en situation d'incendie Calcul au feu Eurocodes Calcul à froid Calcul au feu conforme en situation conforme au Portée / Fleche sous g+q d’incendie aux DTU Bois Feu entraxe Eurocodes (Contrainte Contrainte contrainte ELU) admissible contrainte

6,5m / 0,65m

1/243° (14,0MPa)

27,5 MPa

6,5m / 0,6m

1/263° (13,0MPa)

25,5 MPa

6,5m / 0,5m

1/313° (10,9MPa)

21,4 MPa

6,5m / 0,4m

1/387° (8,8MPa)

17,3 MPa

DTU Bois feu

Comparaison Eurocode/DTU Bois feu

Contrainte admissible

Ratios d’utilisation

24,5 MPa

-3%

24,5 MPa

-3%

24,5 MPa

-2%

24,5 MPa

-2%

21,8 MPa 30 MPa

μ = 92%

μ = 89% 20,2 MPa 30 MPa

μ = 85%

μ = 82% 17,0 MPa 30 MPa

μ = 71%

μ = 69% 13,8 MPa 30 MPa

μ = 58%

μ = 56%

L’intérêt de la méthode utilisée dans le tableau ci-dessus est de comparer les ratios d’utilisation des sections. On constate ainsi que le ratio d’utilisation est de 2% à 3% supérieur aux Eurocodes par rapport au DTU feu.


Page | 137

Section 75x300ht Tableau 39 - Tableau de calcul de poutres bois 75x300ht en situation d'incendie

Calcul à froid Portée / entraxe

Calcul au feu conforme aux Eurocodes

Calcul au feu conforme au DTU Bois Feu

contrainte

contrainte

Fleche sous g+q

6,5m / 0,65m

1/182° (18,7 MPa) dépassement f

6,5m / 0,6m

1/197° (17,3 MPa) dépassement f

6,5m / 0,5m

1/213° (14,5 MPa) dépassement σ

6,5m / 0,4m

1/290° (11,7 MPa)

50,6 MPa dépassement σ

24,2 MPa

6,5m / 0,3m

1/380° (9,0 MPa)

38,6 MPa dépassement σ

16,9 MPa

6,5m / 0,2m

1/550° (6,2 MPa)

26,7 MPa

12,8 MPa

Dans le cas d’une utilisation d’un profilé 75x100ht, il faut donc utiliser un entraxe – improbable- de 20cm. Pour un plancher de dimensions en plan 15m x 6,5m il est donc nécessaire d’adopter une de ces deux solutions : -

26 poutres 100x300ht entraxe 60cm soit 5,1 m3 de bois 76 poutres 75x300ht entraxe 20cm soit 11,1 m3 de bois (+117%)

On conclut de cette étude les points suivants : 1. Afin d’atteindre une stabilité au feu de 30 minutes, il est économique d’utiliser des largeurs de poutre de largeur importante. 2. Le calcul des poutres bois aux Eurocodes sous actions de feu est équivalent au DTU Bois Feu dans le cas de sections suffisantes.


Page | 138

CONCLUSION

Les effets dévastateurs du feu ont jalonné l’histoire de drames humains et de pertes économiques. Démarrant d’un petit foyer, le feu grandit et, à la faveur d’un apport d’oxygène suffisant, l’embrasement devient général et s’étend à l’ensemble du local. En France, 400 personnes perdent leur vie tous les ans au cours d’incendies. Afin de prévenir les pertes humaines et de permettre aux équipes de secours d’intervenir évacuer et protéger – les autorités de chaque pays ont édicté leurs propres règlements de sécurité incendie pour les différents types d’exploitation. Ceux-ci permettent l’estimation du temps nécessaire à l’évacuation des occupants et à l’intervention des secours. La stabilité au feu minimale des ouvrages est ainsi imposée règlementairement. Depuis Mars 2010, les Eurocodes sont les codes de calculs en vigueur en France. Très détaillées, ces règles homogénéisent la façon de calculer pour tous les matériaux de construction dans l’Union Européenne. En particulier, la façon d’aborder le flux thermique et donc les effets de l’incendie est précisée. La base du calcul au feu est le feu conventionnel qui diffère de façon importante du feu réel. L’ingénieur dispose ainsi de tous les paramètres et de méthodes de calcul performantes pour justifier la résistance au feu d’un ouvrage. Bien que changeant profondément nos façons de nommer et de calculer, les Eurocodes n’entrainent pas de bouleversements dans le résultat des dimensionnements des structures : On note pour le dimensionnement des poteaux en béton armé une perte de capacité résistante à froid de l’ordre de 10% ; à chaud, les sections minimales forfaitaires sont augmentées. Toutefois, le béton armé reste un matériau facile à rendre stable au feu. Il est la solution pour résister aux incendies de longues durées. L’acier dispose de méthodes de calcul au feu simplifiées très pratiques mais ne parvient pas à résister à un feu conventionnel au-delà du quart d’heure ; il est plus économique de construire des ouvrages en acier rendus stables au feu par protection rapportée. Le bois, en se calcinant en surface, s’auto-protège du feu. En privilégiant des sections importantes, ce matériau permet d’assurer des durées de stabilité au feu intéressantes. Les Eurocodes permettent ainsi de calculer la stabilité des ouvrages avec une précision inédite tandis que les règlements imposent, eux, des résistances au feu intangibles.


Page | 139

Le diagnostic d’un ouvrage permet de s’assurer que les conditions de résistance au feu sont bien respectées. Il existe pour cela plusieurs méthodes d’investigation sur les matériaux permettant d’affirmer la conformité aux Eurocodes. Quand le diagnostic est imposé à la suite d’un sinistre, il convient de mettre en œuvre tous les moyens nécessaires à une bonne connaissance de l’ouvrage et des dommages cachés pour assurer la sécurité de l’exploitation future. Les règlements de sécurité contre l’incendie ont démontré leur bien-fondé en réduisant considérablement les conséquences des incendies. Il est maintenant nécessaire que l’harmonisation européenne s’étende aux mesures à adopter face au feu; et les législateurs doivent s’interdire le « toujours plus » de résistance au feu, les surcouts pouvant être plus efficaces dans d’autres moyens de sécurité. Une voie prometteuse est de s’ouvrir à l'Ingénierie de la Sécurité Incendie. Celle-ci se qualifie de performancielle par comparaison aux règlements actuels qui sont descriptifs. Elle permettra de prescrire des stabilités au feu avec la même rigueur que celle que l’ingénieur doit avoir pour ses calculs.


Page | 140

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 - Liste des Eurocodes publiés par l’AFNOR Annexe 2 - Stabilité au feu des structures : lettre ouverte aux réglementeurs Annexe 3 – Liste des termes utilisés dans les Eurocodes Annexe 4 – Charges des matériaux Annexe 5 – Charges d’exploitation Annexe 6 – Exemple de calcul d’un profilé métallique au feu


Page | 141

Annexe 1 - Liste des Eurocodes publiés par l’AFNOR (juin 2010) [18]

Eurocode 0 Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN

NF EN 1990

NF P06-100-2 mars 2003

Eurocodes structuraux - Bases de calcul des structures

IC : P06-100-1

(juin 2004) NF EN 1990/A1/NA

NF EN 1990/A1 juil. 2006

Annexe A2 à la NF EN 1990 - Applications aux ponts

IC : P06-100-1/A1/NA

IC : P06-100-1/A1 (décembre 2007)

Eurocode 1 : Actions sur les structures Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN NF P06-111-2

NF EN 1991-1-1 + mars 2003

Actions générales - Poids volumiques, poids propres,

(juin 2004)

mars 2009

charges d’exploitation des bâtiments

NF P06-111-2/A1

corrigendum IC : P06-111-1 (mars 2009) NF EN 1991-1-2

NF EN 1991-1-2/NA juil. 2003

Actions générales - Actions sur les structures exposées

mars 2009

au feu

+ corrigendum

IC : P06-112-2

IC : P06-112-1

(fév. 2007)

NF EN 1991-1-3

NF EN 1991-1-3/NA avril 2004

+ corrigendum

Actions générales - Charges de neige

IC : P06-113-1/NA

mars 2009 IC : P06-113-1

(mai 2007) NF EN 1991-1-4/NA

NF EN 1991-1-4 nov. 2005

Actions générales - Actions du vent

IC : P06-114-1/NA

IC : P06-114-1 (mars 2008) NF EN 1991-1-5

NF EN 1991-1-5/NA mai 2004

+ corrigendum

Actions générales - Actions thermiques

IC : P06-115-1/NA

mars 2009 IC : P06-115-1

(fév. 2008)

NF EN 1991-1-6

NF EN 1991-1-6/NA nov. 2005

+ corrigendum

Actions générales - Actions en cours d’exécution

IC : P06-116-1/NA

juil. 2008 IC : P06-116-1


(mars 2009)

Page | 142

Annexe Nationale Norme NF EN

Titre

Publication

à la NF EN NF EN 1991-1-7/NA NF EN 1991-1-7 fév. 2007

Actions générales - Actions accidentelles

IC : P06-117/NA

IC : P06-117 (sept. 2008) NF EN 1991-2/NA NF EN 1991-2 mars 2004

Actions sur les ponts, dues au trafic

IC : P06-120-1/NA

IC : P06-120-1 (mars 2008) NF EN 1991-3/NA NF EN 1991-3

Actions induites par les appareils de levage et les avril 2007

IC : P06-130

IC : P06-130/NA machines (janv. 2010) NF EN 1991-4/NA

NF EN 1991-4 mai 2007

Silos et réservoirs

IC : P06-140/NA

IC : P06-140 (nov. 2007)

Eurocode 2 : Calcul des structures en béton Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN

NF EN 1992-1-1

NF EN 1992-1-1/NA oct. 2005

+ corrigendum

Règles générales et règles pour les bâtiments

IC : P18-711-1/NA

janv. 2008 IC : P18-711-1

(mars 2007) NF EN 1992-1-2/NA

NF EN 1992-1-2 oct. 2005

Règles générales - Calcul du comportement au feu

IC : P18-712-1/NA

IC : P18-712-1 (oct. 2007) NF EN 1992-2/NA NF EN 1992-2 mai 2006

Ponts en béton - Calcul et dispositions constructives

IC : P18-720-1/NA

IC : P18-720-1 (avril 2007) NF EN 1992-3/NA NF EN 1992-3 déc. 2006

Silos et réservoirs

IC : P18-730/NA (juillet

IC : P18-730 2008)

Eurocode 3 : Calcul des structures en acier


Page | 143


Titre

Publication

à la NF EN NF EN 1993-1-1 + AC 2006 + AC 2009 IC : P22-311-1

oct. 2005 fév. 2006

NF EN 1993-1-1/NA Règles générales et règles pour les bâtiments

sept. 2009

IC : P22-311-1/NA (mai 2007)

NF EN 1993-1-2

NF EN 1993-1-2/NA nov. 2005

+ corrigendum

Règles générales - Calcul du comportement au feu

IC : P22-312-1/NA

déc. 2005 IC : P22-312-1

(octobre 2007) NF EN 1993-1-3/NA

NF EN 1993-1-3

Règles générales - Règles supplémentaires pour les mars 2007

IC : P22-313

IC : P22-313/NA profilés et plaques formés à froid (octobre 2007) NF EN 1993-1-4/NA

NF EN 1993-1-4

Règles générales - Règles supplémentaires pour les fév. 2007

IC : P22-314

IC : P22-314/NA aciers inoxydables (mars 2008)

NF EN 1993-1-5

NF EN 1993-1-5/NA mars 2007

+ corrigendum

Plaques planes

IC : P22-315/NA

avril 2009 IC : P22-315 NF EN 1993-1-6 + corrigendum IC : P22-316

(octobre 2007)

juillet 2007

Résistance et stabilité des structures en coque

sept. 2007

Résistance et stabilité des structures en plaques

avril 2009

planes chargées hors de leur plan

NF EN 1993-1-7

NF EN 1993-1-7/NA

+ corrigendum

IC : P22-317/NA

IC : P22-317

(août 2008)

NF EN 1993-1-8

NF EN 1993-1-8/NA

+ corrigendum

déc. 2005

Calcul des assemblages

IC : P22-318-1/NA

IC : P22-318-1

(juillet 2007)

NF EN 1993-1-9

NF EN 1993-1-9/NA

+ corrigendum

déc. 2005

Fatigue

IC : P22-319-1/NA

IC : P22-319-1

(avril 2007)

NF EN 1993-1-10

NF EN 1993-1-10/NA

+ corrigendum

déc. 2005

Choix des qualités d’acier

IC : P22-380-1


IC : P22-380-1/NA (avril 2007)

Page | 144


Titre

Publication

à la NF EN NF EN 1993-1-11/NA NF EN 1993-1-11 avril 2007

Calcul des structures à câbles ou éléments tendus

IC : P22-381/NA

IC : P22-381 (décembre 2007) NF EN 1993-1-12/NA NF EN 1993-1-12

Règles additionnelles pour l’utilisation de l’EN 1993 août 2007

IC : P22-382

IC : P22-382/NA jusqu’à la nuance d’acier S700 (août 2008) NF EN 1993-2/NA

NF EN 1993-2 mars 2007

Ponts métalliques

IC : P22-320

IC : P22-320/NA (décembre 2007) NF EN 1993-3-1/NA

NF EN 1993-3-1 mars 2007

Tours, mâts et cheminées - Pylônes et mâts haubanés IC : P22-331/NA

IC : P22-331 (juillet 2008) NF EN 1993-3-2/NA

NF EN 1993-3-2 avril 2007

Tours, mâts et cheminées - Cheminées

IC : P22-332

IC : P22-332/NA (juillet 2008)

NF EN 1993-4-1 + corrigendum IC : P22-341

nov. 2007 Silos avril 2009

NF EN 1993-4-2 juillet 2007

Réservoirs

juillet 2007

Canalisations

IC : P22-342 NF EN 1993-4-3 IC : P22-343 NF EN 1993-5/NA NF EN 1993-5 août 2007

Pieux et palplanches

IC : P22-350/NA

IC : P22-350 (août 2008) NF EN 1993-6 sept. 2007

Chemins de roulement

IC : P22-360


Page | 145

Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN NF EN 1994-1-1/NA

NF EN 1994-1-1 juin 2005

Règles générales et règles pour les bâtiments

IC : P22-411-1/NA

IC : P22-411-1 (avril 2007) NF EN 1994-1-2 + corrigendum

NF EN 1994-1-2/NA

fév. 2006 Règles générales - Calcul du comportement au feu juil. 2008

IC : P22-412-1 NF EN 1994-2 + corrigendum

IC : P22-412-1/NA (octobre 2007) NF EN 1994-2/NA

fév. 2006 Règles générales et règles pour les ponts juil. 2008

IC : P22-420-1

IC : P22-420-1/NA (mai 2007)

Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois


Titre

Publication

à la NF EN

NF EN 1995-1-1 nov. 2005 + corrigendum

NF EN 1995-1-1/NA Généralités - Règles communes et règles pour les

juin 2006 IC : P21-711-1

IC : P21-711-1/NA bâtiments

oct. 2008

(avril 2007)

NF EN 1995-1-2

sept. 2005

NF EN 1995-1-2/NA

+ corrigendum

juin 2006

IC : P21-712-1

mars 2009

NF EN 1995-1-1/A1

Généralités - Calcul des structures au feu

IC : P21-712-1/NA (avril 2007) NF EN 1995-2/NA

NF EN 1995-2 mars 2005

Ponts

IC : P21-720-1/NA

IC : P21-720-1 (avril 2007)


Page | 146

Eurocode 6 : Calcul des ouvrages en maçonnerie Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN Règles communes pour ouvrages en

NF EN 1996-1-1

mars 2006

IC : P10-611-1

maçonnerie armée et non armée Règles générales - Calcul du comportement

NF EN 1996-1-2

sept. 2006

IC : P10-612-1

IC : P10-612-1/NA

au feu

(septembre 2008)

Conception, choix des matériaux et mise en

NF EN 1996-2

juin 2006

IC : P10-620

NF EN 1996-1-2/NA

NF EN 1996-2/NA IC : P10-620/NA

oeuvre des maçonneries

(décembre 2007)

NF EN 1996-3

juin 2006

Méthodes de calcul simplifiées pour les

IC : P10-630

sept. 2009

ouvrages de maçonnerie non armée

Eurocode 7 - Calcul géotechnique Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN NF EN 1997-1/NA

NF EN 1997-1 juin 2005

Règles générales

IC : P94-251-1/NA

IC : P94-251-1 (sept. 2006) NF EN 1997-2 sept. 2007

Reconnaissance des terrains et essais

IC : P94-252

Normes complémentaires à la NF EN 1997-1 et de son annexe nationale Norme

Publication

NF P94-282

mars 2009

NF P94-270

juillet 2009

Intitulé Calcul géotechnique - Ouvrages de soutènement - Ecrans Ouvrages de soutènement - Calcul géotechnique - Remblais renforcés et massifs en sol cloué


Page | 147

Eurocode 8 - Calcul des structures pour leur résistance aux séismes Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN NF EN 1998-1/NA

NF EN 1998-1

Règles générales, actions sismiques et règles pour sept. 2005

IC : P06-030-1

IC : P06-030-1/NA les bâtiments (décembre 2007) NF EN 1998-2/NA

NF EN 1998-2 déc. 2006

Ponts

IC : P06-032/NA

IC : P06-032 (octobre 2007) NF EN 1998-3/NA NF EN 1998-3 déc. 2005

Evaluation et modernisation des bâtiments

IC : P06-033-1/NA)

IC : P06-033-1 (janvier 2008) NF EN 1998-4/NA NF EN 1998-4 mars 2007

Silos, réservoirs et canalisations

IC : P06-034/NA

IC : P06-034 (janvier 2008) NF EN 1998-5/NA NF EN 1998-5

Fondations, ouvrages de soutènement et aspects sept. 2005

IC : P06-035-1

IC : P06-035-1/NA géotechniques (octobre 2007) NF EN 1998-6/NA

NF EN 1998-6 déc. 2005

Tours, mâts et cheminées

IC : P06-036-1/NA

IC : P06-036-1 (octobre 2007)


Page | 148

Eurocode 9 - Calcul des structures en aluminium Annexe Nationale Norme NF EN

Publication

Titre à la NF EN

NF EN 1999-1-1 IC : P22-151

août 2007

Règles générales

NF EN 1999-1-2 juin 2007 Calcul du comportement au feu

+ corrigendum oct. 2009 IC : P22-152 NF EN 1999-1-3 IC : P22-153

sept. 2007

Structures sensibles à la fatigue

NF EN 1999-1-4 juin 2007 + corrigendum

Tôles de structure formées à froid nov. 2009

IC : P22-154 NF EN 1999-1-5 juin 2007 + corrigendum

Coques nov. 2009

IC : P22-155


Page | 149

Annexe 2 - Stabilité au feu des structures : lettre ouverte aux réglementeurs Joël Kruppa, CTICM | 10/12/2008 [19] Les trois principaux matériaux de construction, béton, acier et bois, sur lesquels portent les exigences réglementaires de stabilité au feu, ont des comportements différents en situation d'incendie. Les éléments de structures en béton, qui doivent incorporer des aciers d'armature ou de précontrainte pour résister aux efforts de traction, ont leur stabilité au feu assurée tant que la température de ces aciers ne dépasse pas une valeur critique, de l'ordre de 500/600°C pour les armatures et de 400°C pour les aciers de précontrainte. Compte tenu d'un enrobage moyen de ces aciers de 20 à 30 mm, les structures en béton ont donc a priori un degré de résistance au feu de 1 h à 1 h 30 min. à condition toutefois qu'il n'y ait pas de phénomènes d'éclatement/écaillage du béton qui pourraient mettre à nu ces aciers. Des degrés de 3 h ou 4 h peuvent également être obtenus en augmentant fortement l'épaisseur d'enrobage, mais d'un point de vue économique il est généralement préférable d'utiliser une protection thermique afin de limiter l'accroissement des températures internes des éléments.

Les éléments de structures en acier, compte tenu de la bonne conductivité de ce matériau, voient leur température évoluer de façon assez proche de celle de l'incendie avoisinant. Dans ces conditions, en considérant une température critique voisine de celle des armatures des éléments en béton armé (500/600°C), la durée de résistance au feu est de l'ordre de 10 à 20 minutes. Pour présenter des degrés de résistance de 1h, 2h, voire 3 ou 4h, il est généralement nécessaire de recourir à une protection thermique dont l'épaisseur variera de quelques millimètres à 50/60 mm selon la nature de la protection et différents facteurs d'influence.

Les éléments de structures en bois massif et en lamellé collé, en fonction de la surépaisseur de matériau mise en œuvre par rapport à celle strictement nécessaire pour supporter les actions de dimensionnement présentent, en situation d'incendie, des degrés de résistance au feu qui peuvent atteindre 1h. À condition toutefois que la stabilité d'ensemble soit assurée par des éléments de même degré de résistance au feu. Pour des degrés de résistance au feu supérieurs, le recours à des protections thermiques est généralement nécessaire. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 150

Bien évidemment, le fait de recourir à une protection thermique conduit à une augmentation du coût des structures, ce surcoût pouvant atteindre 50 % du coût initial.

Ce bref rappel des possibilités offertes par les différents matériaux de construction ne fait toutefois référence qu'à l'incendie conventionnel (aussi appelé "incendie normalisé" ou "courbe ISO") qui est encore la référence pour toute exigence réglementaire de stabilité au feu. Il faut donc être conscient qu'un élément de construction présentant un degré de stabilité au feu R60 sous incendie conventionnel aura généralement une durée de résistance au feu bien différente sous incendie réel. Si, en outre, on veut s'intéresser au comportement global des structures en situation d'incendie réel, ce qui est la finalité de toute analyse de risques pour un bâtiment donné, d'autres paramètres doivent être pris en compte comme l'interaction des éléments de construction entre eux et donc le comportement au feu des assemblages entre ces éléments. Il est en effet nécessaire d'avoir une réelle liaison entre les éléments et non pas de simples conditions d'appui. Mais les connaissances en la matière varient notablement selon les matériaux. En effet, certaines méthodes de calcul du comportement au feu des éléments de construction présentées dans les Eurocodes Structuraux, les normes EN 1993-1.2 et EN 1995-1.2 relatives aux structures acier et bois, donnent des règles de dimensionnement des assemblages alors que d'autres, telle que la norme EN 1992-1.2, relative au structures béton, n'abordent pas ce sujet.

Dans ces conditions, les exigences formulées par les réglementations en matière de résistance au feu ont des conséquences différentes, principalement d'un point de vue économique, selon les matériaux. Il est donc impérativement nécessaire que toute exigence dans ces réglementations soit minutieusement pesée et justifiée en termes d'impact sur le niveau global de sécurité de l'ouvrage, compte tenu des objectifs de sécurité recherchés.

S'il n'est pas discutable de disposer d'un degré de résistance au feu suffisamment important pour éviter tout effondrement prématuré des bâtiments multi-étagés, en particulier ceux de grande hauteur, la résistance au feu des bâtiments à simple rez-de-chaussée est généralement inutile. Ce type de bâtiment à simple rez-de-chaussée ne répond pas au principe : "accroissement de la résistance au feu" = "augmentation du niveau de sécurité de DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 151

l'ouvrage"; il doit, en fait, être analysé avec les outils de l'ingénierie de la sécurité incendie si l'on ne veut pas préconiser des mesures de protection coûteuses et totalement inefficaces en terme de réduction des risques.

Lorsque les réglementations demandent un renforcement de la stabilité au feu d'un bâtiment multi-étagé c'est, dans la majorité des cas, pour assurer la sécurité des personnes (occupants et services de secours situés au-dessus de l'étage incendié) et ainsi la sauvegarde des biens. Mais dans un bâtiment à simple rez-de-chaussée, il n'y a personne au-dessus de l'unique niveau incendié ! Il est donc nécessaire d'analyser les risques différemment pour ce type d'ouvrage : - D'abord il faut rappeler que l'augmentation de température dans une cellule ou un compartiment incendié est due au fait qu'une partie du contenu combustible (et dans certains cas du contenant) est en feu. Ce ne sont pas les seuls éléments structuraux (même dans le cas des éléments massifs en bois) qui peuvent conduire au développement de l'incendie, surtout s'ils sont incombustibles comme le béton ou l'acier. Donc, penser qu'un accroissement de stabilité au feu de la structure améliorera la protection du contenu est une erreur manifeste de raisonnement. - Ensuite, en matière de sécurité des personnes, il faut prendre en compte des facteurs pertinents et non pas s'en tenir à une ou deux inéquations simplistes du type "durée d'évacuation" ou "durée d'intervention des sapeurs pompiers" inférieure à "la durée de stabilité au feu du bâtiment à simple rez-de chaussée". Pour les personnes, le danger ne se mesure pas en termes de durée mais en termes de toxicité des fumées et d'effet thermique des gaz chauds. Il faut rappeler qu'une couche de gaz chauds à 500°C émet un flux thermique voisin de 20 kW/m2 et à 700°C d'environ 50 kW/m2 ; pour de telles conditions les brûlures vont apparaître en moins de 1 minute. En général, il est admis que le seuil de tenabilité pour les personnes est de 2,5 kW/m2, donc bien inférieur au flux reçu lorsque les éléments de structures peuvent présenter un risque d'effondrement. - En matière de lutte contre l'incendie, là également, ce n'est pas la durée de stabilité au feu de la structure qui fera la différence, car le risque d'effondrement intervient à des températures qui ne sont plus supportables par les services de secours, mais l'état du développement du feu lorsque les services de secours seront prêts à intervenir afin qu'ils puissent ou non pénétrer dans le bâtiment. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 152

- Surtout, il faut se soucier du comportement global de la structure du bâtiment. Le risque d'effondrement en chaîne ne doit pas apparaître afin d'éviter que l'effondrement local de la structure, en raison d'un incendie localisé, ne mette en danger des personnes, voire des biens, situés dans une zone encore à l'abri des gaz chauds et fumées.

Les réglementations qui ont été développées dans les années 80, ont bien pris en compte cette spécificité. L'article CO 14 de l'arrêté du 25 juin 1980 pour les établissements recevant du public ne demande aucune stabilité au feu pour des bâtiments à simple rez-de-chaussée pouvant contenir plusieurs milliers de personnes, à condition que la structure soit visible et que le matériau utilisé pour les structures soit incombustible ou en bois massif. La circulaire de 1987 pour les entrepôts soumis à déclaration ne préconise également aucune stabilité au feu pour les bâtiments à simple rez-de-chaussée de moins de 10 m de hauteur. Au début des années 90, le code du travail est même allé plus loin en n'imposant une durée de stabilité au feu que pour les bâtiments ayant un plancher haut à plus de 8 m du sol. Ainsi, depuis plus de 20 ans sont construits en France (ainsi que dans beaucoup d'autres pays industrialisés) des bâtiments à simple rez-de-chaussée sans exigence particulière de stabilité au feu et les retours d'expériences sur les sinistres n'ont jamais démontré qu'il y avait eu de ce fait un risque supplémentaire.

En outre, une inquiétude qui s'était faite jour lors de la rédaction de la circulaire de 1987 pour les entrepôts, selon laquelle les bâtiments à simple rez-de-chaussée de grande hauteur pouvaient présenter un risque d'effondrement sur le côté de nature à mettre en danger le voisinage, d'où l'imposition d'une exigence de stabilité au feu de ½ h, n'a, par le retour d'expériences sur les sinistres, absolument pas été confirmée. Ceci a depuis été démontré par une analyse de risques prouvant, qu'en matière de sécurité des occupants et des services de secours, ce type de bâtiments offre un niveau de sécurité supérieur à celui de bâtiments moins hauts, en raison d'une couche supérieure de gaz chauds plus éloignée des personnes. Il est donc incompréhensible que la tendance actuelle conduise à imposer des durées de stabilité au feu de plus en plus importantes pour les bâtiments d'un ou deux niveaux. C'est par exemple le cas des parcs à voitures pour lesquels l'arrêté du 6 mai 2006 demande une stabilité au feu de 1 h pour les bâtiments R+1 alors que précédemment ½ h était suffisante. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 153

C'est aussi le cas d'un projet d'arrêté-type pour les entrepôts soumis à déclaration où des exigences de stabilité au feu de ½ h sont avancées pour les bâtiments à simple rez-dechaussée, pouvant même atteindre 2 h si le bâtiment a une toiture à plus de 10 m du sol !

Il a toujours été préjudiciable d'imposer des mesures de sécurité dont l'effet est nul ou insignifiant sur la réduction des risques : l'investissement dans ces mesures inutiles aurait été beaucoup mieux investi dans des mesures de protection efficaces. C'est d'autant plus d'actualité dans le contexte économique actuel et du développement durable.

A l'heure d'une prise en compte croissante de l'intérêt d'une approche d'ingénierie de la sécurité incendie (*), toute élaboration de règlements de sécurité devrait suivre une démarche telle que, pour chaque article, il soit : - mentionné l'objectif de sécurité recherché, - puis présenté les mesures descriptives demandées, - et surtout démontré de façon rationnelle en quoi les mesures demandées répondent bien à l'objectif mentionné, non pas dans le contexte d'un incendie conventionnel mais dans celui de l'incendie réel qui pourrait se déclarer dans le bâtiment, ce qui est la seule finalité de toute réglementation.

Les pouvoirs publics, en charge de la rédaction des règlements en matière de sécurité incendie des constructions, doivent donc être particulièrement vigilants pour ne pas imposer des contraintes de protection incendie qui n'auraient pas prouvé leur efficacité dans la réduction des risques. Toute autre démarche serait fortement préjudiciable au développement économique en ce qu'elle conduirait à imposer aux investisseurs des mesures improductives tout en orientant de façon délibérée la concurrence entre les matériaux de construction. Joël Kruppa, CTICM, Responsable du Groupe Horizontal "Feu" du CEN TC 250 "Eurocodes Structuraux" (*)Un Projet National sur l'ingénierie de la sécurité incendie, impliquant une 40ne de partenaires et bénéficiant de financement du ministère en charge de l'équipement et du ministère de l'intérieur, a débuté en 2005. Annexe 3 – Liste des termes utilisés dans les Eurocodes DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 154

Liste des termes et symboles utilisés dans les différents Eurocodes. Cette liste est tirée de l’Eurocode 0 « Base de calcul des structures » Termes communs aux EN 1990 à EN 1999 construction

tout ce qui concerne ou résulte des opérations de construction NOTE Cette définition est conforme à l'ISO 6707. Ce terme recouvre les bâtiments et les ouvrages de génie civil. Il désigne les constructions entières, incluant leurs éléments structuraux, non structuraux et géotechniques. nature de la construction

nature de la " construction " indiquant son utilisation prévue, par exemple bâtiment d'habitation, mur de soutènement, bâtiment industriel ou pont-route mode de construction

indication du matériau principal de la structure, par exemple construction en béton armé, en acier, en bois, en maçonnerie, en construction mixte acier-béton procédé d'exécution

méthode utilisée pour l'exécution, par exemple coulé en place, préfabriqué, en encorbellement matériau de construction

matériau utilisé pour une construction, par exemple béton, acier, bois, maçonnerie structure

assemblage de pièces conçu pour supporter des charges et assurer un degré suffisant de rigidité élément structural

partie d'une structure, identifiable physiquement, par exemple une colonne, une poutre, une dalle, un pieu de fondation type de structure

disposition d'éléments structuraux NOTE Des types de structures sont, par exemple, les portiques, les ponts suspendus. système structural

éléments porteurs d'un bâtiment ou d'un ouvrage de génie civil, et la manière selon laquelle ils fonctionnent ensemble modèle structural

schématisation du système structural utilisée pour l'analyse, le dimensionnement et la vérification exécution

ensemble des activités consistant à réaliser un bâtiment ou un ouvrage de génie civil, y compris la réception, l'inspection et la documentation correspondantes NOTE Ce terme inclut le travail sur chantier ; il peut aussi désigner la fabrication de composants hors du chantier et leur assemblage ultérieur sur chantier.


Page | 155

Termes spécifiques relatifs aux projets en général critères de dimensionnement

formules quantitatives décrivant les conditions à satisfaire vis-à-vis de chaque état-limite situations de projet

ensembles de conditions physiques représentant les conditions réelles qui se produisent au cours d'une certaine durée pour laquelle il sera démontré par le calcul que les états-limites concernés ne sont pas dépassés situation de projet transitoire

situation de projet à considérer pendant une durée beaucoup plus courte que la durée d'utilisation prévue pour la structure et qui est hautement probable NOTE Une situation de projet transitoire fait référence à des conditions temporaires de la structure, de son utilisation ou de son exposition, par exemple en cours d'exécution ou de réparation. situation de projet durable

situation de projet à considérer pendant une durée du même ordre que la durée d'utilisation de projet de la structure NOTE Cette notion fait généralement référence à des conditions normales d'utilisation. situation de projet accidentelle

situation de projet impliquant des conditions exceptionnelles au niveau de la structure ou de son dimensionnement en cas d'incendie

dimensionnement d'une structure en vue d'obtenir la performance requise en cas d'incendie situation de projet sismique

situation de projet impliquant des conditions exceptionnelles au niveau de la structure, lorsqu'elle est soumise à un tremblement de terre durée d'utilisation de projet

durée pendant laquelle une structure ou une de ses parties est censée pouvoir être utilisée comme prévu en fisant l'objet de la maintenance escomptée, mais sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des réparations majeures danger potentiel

dans le cadre des EN 1990 à EN 1999, un événement grave et inhabituel, par exemple une action anormale, une influence anormale de l'environnement, une résistance insuffisante ou un écart excessif par rapport aux dimensions prévues disposition de charges

identification de l'emplacement, de la grandeur et de la direction d'une action libre cas de charge

dispositions compatibles de charges, d'ensembles de déformations et d'imperfections à considérer simultanément avec les actions fixes permanentes et variables pour une vérification particulière états-limites

états au-delà desquels la structure ne satisfait plus aux critères de dimensionnement pertinents états-limites ultimes

états associés à un effondrement ou à d'autres formes similaires de défaillance structurale NOTE Cette notion correspond généralement à la capacité portante maximale d'une structure ou d'un élément structural. DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 156

états-limites de service

états correspondant à des conditions au-delà desquelles les exigences d'aptitude au service spécifiées pour une structure ou un élément structural ne sont plus satisfaites états-limites de service irréversibles

états-limites de service pour lesquels certaines conséquences d'actions entraînant un dépassement des exigences de service spécifiées subsisteront lorsque les actions auront disparu états-limites de service réversibles

états-limites pour lesquels aucune conséquence d'actions entraînant un dépassement des exigences de service spécifiées ne subsistera lorsque les actions auront disparu critère d'aptitude au service

critère de dimensionnement pour un état-limite de service résistance (sollicitation résistante)

capacité d'un élément ou d'un composant, ou d'une section transversale d'un élément ou composant structural, à résister à des actions sans défaillance mécanique, par exemple résistance à la flexion, résistance au flambement, résistance à la traction résistance (d'un matériau)

propriété mécanique d'un matériau, indiquant sa capacité à résister à des actions, habituellement exprimée en unités de contrainte fiabilité

capacité d'une structure ou d'un élément structural à satisfaire aux exigences spécifiées, y compris la durée d'utilisation de projet, pour lesquelles il ou elle a été conçu(e). La fiabilité s'exprime habituellement en termes de probabilité NOTE La fiabilité recouvre la sécurité, l'aptitude au service et la durabilité d'une structure. différenciation de la fiabilité

mesures destinées à l'optimisation socio-économique des ressources à utiliser pour réaliser des constructions, en tenant compte de toutes les conséquences prévues de défaillances et du coût des constructions variable de base

partie d'un ensemble spécifié de variables représentant les grandeurs physiques qui caractérisent des actions et des influences d'environnement, des grandeurs géométriques, et des propriétés des matériaux, y compris les propriétés du sol maintenance

ensemble des opérations effectuées pendant la durée d'utilisation de la structure, afin de lui permettre de satisfaire aux exigences de fiabilité NOTE Les opérations de réparation de la structure après un accident ou un tremblement de terre n'entrent pas normalement dans le cadre de la maintenance. réparation

opérations effectuées pour préserver ou rétablir la fonction d'une structure qui n'entrent pas dans le cadre de la maintenance valeur nominale

valeur fixée sur des bases non statistiques, par exemple sur une expérience acquise ou sur des considérations physiques


Page | 157

Termes relatifs aux actions action (F )

a Ensemble de forces (charges) appliquées à la structure (action directe) ; b Ensemble de déformations ou accélérations imposées, résultant par exemple de changements de température, de variations du taux d'humidité, de tassements différentiels ou de tremblements de terre (action indirecte). effet d'actions (E )

effet d'actions sur des éléments structuraux (par exemple, effort interne, moment, contrainte, déformation unitaire), ou sur l'ensemble de la structure (flèche, rotation) action permanente (G )

action qui a de fortes chances de durer pendant toute une durée de référence donnée et dont la variation dans le temps est d'ampleur négligeable, ou dont la variation se fait toujours dans le même sens (monotone) jusqu'à ce que l'action atteigne une certaine valeur limite action variable (Q )

action dont la variation dans le temps n'est d'ampleur ni négligeable ni monotone action accidentelle (A )

action, habituellement de courte durée mais de grandeur significative, qui a peu de chances d'intervenir sur une structure donnée au cours de sa durée de vie de projet NOTE 1 Dans de nombreux cas, une action accidentelle est susceptible d'avoir de graves conséquences si des mesures appropriées ne sont pas prises. NOTE 2 Un choc, la neige, le vent et les actions sismiques peuvent être des actions variables ou accidentelles, en fonction des informations disponibles sur les distributions statistiques. action sismique (A E)

action due à des tremblements de terre action géotechnique

action transmise à la structure par le sol, les remblais ou les eaux souterraines action fixe

action ayant une distribution spatiale fixe sur la structure ou l'élément structural, telle que la grandeur et la direction de l'action sont déterminées sans ambiguïté pour l'ensemble de la structure ou l'élément structural, si elles le sont pour un point précis de ladite structure ou dudit élément structural action libre

action qui peut avoir diverses distributions spatiales sur la structure action individuelle

action pouvant être considérée comme statistiquement indépendante dans le temps et dans l'espace de toute autre action ayant des effets sur la structure action statique

action qui ne provoque pas d'accélération significative de la structure ou d'éléments structuraux action dynamique

action qui provoque une accélération significative de la structure ou d'éléments structuraux action quasi-statique

action dynamique représentée par une action statique équivalente dans un modèle statique


Page | 158

valeur caractéristique d'une action (F k)

principale valeur représentative d'une action NOTE Dans la mesure où elle peut reposer sur des bases statistiques, la valeur caractéristique est choisie pour correspondre à une probabilité donnée de non-dépassement du côté défavorable, au cours d'une " durée de référence " tenant compte de la durée d'utilisation de projet de la structure et de la durée de la situation de projet. durée de référence

intervalle de temps choisi, utilisé comme base d'évaluation d'actions variables sur le plan statistique, et, éventuellement, d'actions accidentelles valeur de combinaison d'une action variable (ψ0 Qk)

valeur choisie, pour autant qu'elle puisse être déterminée sur des bases statistiques, de sorte que la probabilité de dépassement des effets causés par la combinaison soit à peu près la même que pour la valeur caractéristique d'une action individuelle. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteur ψ0 ≤ 1 valeur fréquente d'une action variable (ψ1Q k)

valeur déterminée, pour autant qu'elle puisse l'être sur des bases statistiques, de manière que la durée totale, au cours de la durée de référence, pendant laquelle elle est dépassée, ne représente qu'une petite fraction donnée de la durée de référence, ou que la fréquence de son dépassement soit limitée à une valeur donnée. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteur ψ1 ≤ 1 valeur quasi-permanente d'une action variable (ψ2Q k)

valeur déterminée de manière que le temps total pendant lequel elle sera dépassée représente une fraction considérable de la durée de référence. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteur ψ2 ≤ 1 valeur d'accompagnement d'une action variable (ψQ k)

valeur d'une action variable qui accompagne l'action dominante dans une combinaison NOTE La valeur d'accompagnement d'une action variable peut être la valeur de combinaison, la valeur fréquente ou la valeur quasi-permanente. valeur représentative d'une action (F rep)

valeur utilisée pour la vérification d'un état-limite. Une valeur représentative peut être la valeur caractéristique (F k) ou une valeur d'accompagnement (ψF k) valeur de calcul d'une action F d

valeur obtenue en multipliant la valeur représentative par le coefficient partiel γf NOTE Le produit de la valeur représentative par le coefficient partiel γF = γSd× γ f peut être également désigné comme la valeur de calcul de l'action (voir 6.3.2). combinaison d'actions

ensemble de valeurs de calcul permettant de vérifier la fiabilité structurale pour un état-limite sous l'effet simultané de différentes actions


Page | 159

Termes relatifs aux propriétés des matériaux et des produits valeur caractéristique (X k ou R k)

valeur d'une propriété de matériau ou de produit, ayant une probabilité donnée de ne pas être atteinte lors d'une hypothétique série d'essais illimitée. Cette valeur correspond généralement à un fractile spécifié de la distribution statistique supposée de la propriété concernée du matériau ou du produit. Dans certains cas, une valeur nominale est utilisée comme valeur caractéristique valeur de calcul d'une propriété de matériau ou de produit (X d ou R d)

valeur obtenue en divisant la valeur caractéristique par un coefficient partiel γm ou γM ou, dans certains cas particuliers, par détermination directe valeur nominale d'une propriété de matériau ou de produit (X nom ou R nom)

valeur normalement utilisée comme valeur caractéristique, établie à partir d'un document approprié tel qu'une norme ou une prénorme européenne

Termes relatifs aux données géométriques valeur caractéristique d'une propriété géométrique (αk)

valeur correspondant habituellement aux dimensions spécifiées dans le projet. Dans certains cas cette valeur peut correspondre à certains fractiles spécifiés de la distribution statistique valeur de calcul d'une propriété géométrique (αd)

généralement, valeur nominale. Dans certains cas, cette valeur peut correspondre à certains fractiles spécifiés de la distribution statistique NOTE La valeur de calcul d'une propriété géométrique est généralement égale à la valeur caractéristique. Le traitement peut cependant être différent dans des cas où l'état-limite considéré est très sensible à la valeur de la propriété géométrique, par exemple si l'on considère l'effet d'imperfections géométriques sur le flambement. Dans de tels cas, la valeur de calcul sera normalement établie comme valeur spécifiée directement, par exemple dans une norme ou une prénorme européenne. Cette valeur peut aussi être établie sur une base statistique, de façon à correspondre à un fractile plus approprié (par exemple une valeur plus rare) que celui qui correspond à la valeur caractéristique.

Termes relatifs à l'analyse structurale NOTE Les définitions contenues dans la présente clause ne trouvent pas nécessairement leur application dans les termes utilisés dans l'EN 1990 ; elles sont incluses ici pour assurer une harmonisation des termes utilisés dans les EN 1991 à EN 1999 pour l'analyse structurale.

analyse structurale

procédure ou algorithme de détermination des effets d'actions en tout point d'une structure NOTE Une analyse structurale peut devoir être réalisée à trois niveaux, en utilisant différents modèles : analyse globale, analyse d'élément, analyse locale.

analyse globale

détermination, dans une structure, d'un ensemble cohérent de forces internes, de moments ou de contraintes, qui sont en équilibre avec un ensemble particulier défini d'actions qui s'exercent sur la structure, et qui dépendent des propriétés géométriques, des propriétés de la structure et des propriétés des matériaux


Page | 160

analyse élastique-linéaire du premier ordre sans redistribution

analyse structurale élastique reposant sur des lois de moment/courbure ou de tension/contrainte linéaires et réalisée sur la géométrie initiale analyse élastique-linéaire du premier ordre avec redistribution

analyse élastique linéaire dans laquelle les moments et les forces internes sont modifiés pour le dimensionnement de la structure, de façon cohérente avec les actions externes données et sans calcul explicite de la capacité de rotation analyse élastique-linéaire du second ordre

analyse structurale élastique, utilisant des lois de contrainte/déformation linéaires, appliquée à la géométrie de la structure déformée analyse non-linéaire du premier ordre

analyse structurale, réalisée sur la géométrie initiale, qui tient compte des propriétés de déformation non linéaire des matériaux NOTE L'analyse structurale du premier ordre est soit élastique avec des hypothèses appropriées, soit élastiqueparfaitement plastique (voir 1.5.6.8 et 1.5.6.9), soit élasto-plastique (voir 1.5.6.10), soit rigide-plastique (voir 1.5.6.11).

analyse non-linéaire du second ordre

analyse structurale, réalisée sur la géométrie de la structure déformée, qui tient compte des propriétés de déformation non linéaires des matériaux NOTE L'analyse non linéaire du second ordre est élastique-parfaitement plastique ou élasto-plastique.

analyse élastique-parfaitement plastique du premier ordre

analyse structurale basée sur des relations moment/courbure consistant en une partie élastique linéaire suivie d'une partie plastique sans durcissement, réalisée sur la géométrie initiale de la structure analyse élastique-parfaitement plastique de second ordre

analyse structurale basée sur des relations moment/courbure consistant en une partie élastique linéaire suivie d'une partie plastique sans durcissement, réalisée sur la géométrie de la structure déplacée (ou déformée) analyse élasto-plastique (premier ou second ordre)

analyse structurale qui utilise des relations contraintes-déformations ou moment/courbure consistant en une partie élastique linéaire suivie d'une partie plastique avec ou sans durcissement NOTE Cette analyse est réalisée, en général, sur la géométrie structurale initiale, mais elle peut être également appliquée à la géométrie de la structure déplacée (ou déformée).

analyse rigide-plastique

analyse, réalisée sur la géométrie initiale de la structure, utilisant les théorèmes d'analyse limite pour évaluer directement la charge de rupture NOTE La loi moment/courbure est supposée sans déformation élastique et sans durcissement.


Page | 161

Symboles Pour les besoins de la présente Norme européenne, les symboles suivants s'appliquent. NOTE Les notations utilisées sont basées sur l'ISO 3898 :1987. Majuscules latines • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

A Action accidentelle A d Valeur de calcul d'une action accidentelle A Ed Valeur de calcul d'une action sismique A Ed = γlA Ek A Ek Valeur caractéristique d'une action sismique C d Valeur nominale, ou fonction des valeurs de calcul de certaines propriétés des matériaux E Effet des actions E d Valeur de calcul de l'effet des actions E d,dst Valeur de calcul de l'effet des actions déstabilisatrices E d,stb Valeur de calcul de l'effet des actions stabilisatrices F Action F d Valeur de calcul d'une action F k Valeur caractéristique d'une action F rep Valeur représentative d'une action G Action permanente G d Valeur de calcul d'une action permanente G d,inf Valeur de calcul inférieure d'une action permanente G d,sup Valeur de calcul supérieure d'une action permanente G k Valeur caractéristique d'une action permanente G kj Valeur caractéristique de l'action permanente j G kj,sup/G kj,inf Valeurs caractéristiques supérieure/inférieure de l'action permanente j P Valeur représentative appropriée d'une action de précontrainte (voir EN 1992 à EN 1996, EN 1998 et EN 1999) P d Valeur de calcul d'une action de précontrainte P k Valeur caractéristique d'une action de précontrainte P m Valeur moyenne d'une action de précontrainte Q Action variable Q d Valeur de calcul d'une action variable Q k Valeur caractéristique d'une action variable individuelle Q k,1 Valeur caractéristique de l'action 1 variable dominante Q k,i Valeur caractéristique de l'action i variable d'accompagnement R Résistance R d Valeur de calcul de la résistance R k Valeur caractéristique de la résistance X Propriété de matériau X d Valeur de calcul d'une propriété de matériau X k Valeur caractéristique d'une propriété de matériau

Minuscules latines • • • •

αd Valeur de calcul d'une donnée géométrique A k Valeur caractéristique d'une donnée géométrique αnom Valeur nominale d'une donnée géométrique U Déplacement horizontal d'une structure ou d'un élément structural


Page | 162

• W Flèche verticale d'un élément structural

Majuscules grecques • Δa Modification apportée à des données géométriques nominales à des fins particulières de calcul, par exemple, la détermination des effets d'imperfections Minuscules grecques • γ Coefficient partiel (de sécurité ou d'aptitude au service) • γf Coefficient partiel pour actions, tenant compte de la possibilité d'écarts défavorables des valeurs des actions par rapport aux valeurs représentatives • γF Coefficient partiel pour actions, tenant aussi compte d'incertitudes de modèle et de variations dimensionnelles • γg Coefficient partiel pour actions permanentes, tenant compte de la possibilité d'écarts défavorables des valeurs des actions par rapport aux valeurs représentatives • γG Coefficient partiel pour actions permanentes, tenant aussi compte d'incertitudes de modèle et de variations dimensionnelles • γG,j Coefficient partiel pour l'action permanente j • γG,sup/γGj,inf Coefficient partiel pour l'action permanente j en vue de la détermination de valeurs de calcul supérieures/inférieures • γl Coefficient d'importance (voir EN 1998) • γm Coefficient partiel pour une propriété de matériau • γM Coefficient partiel pour une propriété de matériau, tenant aussi compte d'incertitudes de modèle et de variations dimensionnelles • γP Coefficient partiel pour actions de précontrainte (voir EN 1992 à EN1996, EN 1998 et EN 1999) • γq Coefficient partiel pour actions variables, tenant compte de la possibilité d'écarts défavorables des valeurs d'actions par rapport aux valeurs représentatives • γQ Coefficient partiel pour actions variables, tenant aussi compte d'incertitudes de modèle et de variations dimensionnelles • γQ,l Coefficient partiel pour une action variable i • γRd Coefficient partiel associé à l'incertitude du modèle de la résistance • γSd Coefficient partiel associé à l'incertitude de modèle des actions et/ou de leurs effets • η Facteur de conversion • ξ Coefficient de réduction • ψ0 Coefficient définissant la valeur de combinaison d'une action variable • ψ1 Coefficient définissant la valeur fréquente d'une action variable • ψ2 Coefficient définissant la valeur quasi-permanente d'une action variable


Page | 163

Annexe 4 – Charges des matériaux Cette annexe contient les tableaux des valeurs nominales des poids volumiques des matériaux de construction et des valeurs nominales des poids volumiques et des angles de talus naturel des matériaux stockés Cette série de valeurs est tirée de l’ Eurocode 1 « actions sur les structures partie 1-1 : actions générales - poids volumiques, poids propres, charges d'exploitation des bâtiments.

Tableau 40 - Matériaux de construction - Béton et mortier


Page | 164

Tableau 41 - Matériaux de construction - Maçonnerie

Tableau 42 - Matériaux de construction - Bois


Page | 165

Tableau 3 - Matériaux de construction – Bois (fin)

Tableau 43 - Matériaux de construction - Métaux

Tableau 44 - Matériaux de construction - Autres matériaux


Page | 166

Tableau 45 - Matériaux utilisés pour les ponts


Page | 167

Tableau 46 - Matériaux stockés utilisés dans l'industrie du bâtiment


Page | 168

Tableau 7 - Matériaux stockés utilisés dans l'industrie du bâtiment (fin)

Tableau 47 - Produits stockés - Produits agricoles


Page | 169

Tableau 8 - Produits stockés - Produits agricoles

Tableau 48 - Produits stockés - Produits alimentaires


Page | 170

Tableau 49 - Produits stockés - Liquides


Page | 171

Tableau 50 - Produits stockés - Combustibles solides

Tableau 51 - Produits stockés - Produits industriels et divers


Page | 172

Annexe 5 – Charges d’exploitation Cette annexe contient les tableaux des valeurs caractéristiques des charges d'exploitation Cette série de valeurs est tirée de l’ Eurocode 1 « actions sur les structures partie 1-1 : actions générales - poids volumiques, poids propres, charges d'exploitation des bâtiments.

Tableau 52 - Précisions sur les locaux d'habitation, de bureaux, de travail et de commerce

Tableau 53 - Charges des cloisons mobiles cloisons mobiles de poids propre ≤ 1,0 kN/m lineaire de mur : q k = 0,5 kN/m2 ; cloisons mobiles de poids propre ≤ 2,0 kN/m lineaire de mur : q k = 0,8 kN/m2 ; cloisons mobiles de poids propre ≤ 3,0 kN/m lineaire de mur : q k = 1,2 kN/m2.


Page | 173

Tableau 54 - Charges d'exploitation des locaux d'habitation, de bureaux, de travail et de commerce. Annexe nationale

Tableau 55 - Précisions su les aires de stockage et locaux industriels

Tableau 56 - Charges d'exploitation des aires de stockage

Tableau 57 - Classification des chariots élévateurs

Tableau 58 - Charges d'exploitation des chariots élévateurs


Page | 174

Tableau 59 - Garages et aires de circulation accessibles aux véhicules (hors ponts)

Tableau 60 - Charges d'exploitation des garages et aires de circulation. Annexe nationale

Tableau 61 - Toitures

Tableau 62 - Charges d'exploitation sur les toitures. Annexe nationale

Tableau 63 - Charges d'exploitation des hélistations


Page | 175

Annexe 6 – Exemple de calcul d’un profilé métallique au feu Cet exemple est tiré des travaux de Daniel JOYEUX [12] L’application de l’équation est réalisée par itérations à pas de temps donné. Le pas de temps Δt doit être inférieur à 5 secondes. Ainsi pour connaître la température d’un élément de structure métallique après 1 h d’incendie conventionnel, 720 itérations sont nécessaires au minimum. Cependant ces itérations sont relativement simples. La procédure est la suivante : première itération : valeurs données t=0 θa = 20 °C, Δt = 5 s Ca(20 °C) équation 4.1 soit 439,80 J/kg/K ou valeur constante de 600 J/kg/K θc(5 s) équation 2.1 (soit 96,53 °C) Détermination du flux radiative : hnet,r = 1*0.5*5,67 10–8*((96,53 + 273)4 – (20 + 273)4) = 319,69 W/m2 Détermination du flux convectif : hnet,c = 25*(96,53 – 20) = 1913,25 W/m2 calcul de Δθa,5 s =

M⁄

' KF)O *))

(319,69 + 1 913,25) 5

soit pour un facteur de massiveté de 100 m–1 : Δθa (5 s) = 0,238 °C

autres itérations jusqu’à t = durée de stabilité requise t = t + Δt θa = θa + Δθa Δt = 5 s Ca(θa) équations 3.6 à 3.9 θc(t) équation 2.1 calcul de Δθa(t)


Page | 176

BIBLIOGRAPHIE [1] Arrêté du 25 juin 1980 : Règlement de Sécurité contre l’incendie des Établissements Recevant du Public (ERP) [2] Edward HARTIN : Fire Behavior Indicators and Fire Development. Breaking down the stages of fire development. Traduction de Franck GAVIOT-BLANC et PL LAMBALLAIS. http://www.flashover.fr et http://www.firehouse.com.

Novembre 2006

[3] Site du Ministère de l’intérieur : http://www.interieur.gouv.fr/sections/a_votre_service/statistiques/ [4] Marc GENOVESE (ENSOSP) : Droit appliqué aux services d’incendie et de secours [5] Code du Travail [6] L. THOMAS et G. ARCHAMBAULT : Sécurité Incendie Mémentos Acier. Publication de l’OTUA [7] Centre d’études des tunnels : Dossier pilote des tunnels. Section 6. génie civil lié aux équipements et à l’exploitation Juillet 1998 [8] J-A. CALGARO et J. MOREAU de Saint-Martin : LES EUROCODES – Conception des bâtiments et des ouvrages de génie civil. Éditions du Moniteur. 2005 [9] www.ba-cortex.com [10] Jean-Armand CALGARO et Jacques CORTADE: APPLICATIONS DE L’EUROCODE 2. Calcul des bâtiments en béton [11] Henry THONIER : Conception et calcul des structures de bâtiment. Presses de l’école nationale des Ponts et chaussée [12] Daniel JOYEUX : détermination de la température des structures métalliques en situation d’incendie selon l’eurocode 3. Ref INC-EC3 1-99 [13] Daniel JOYEUX et Christophe RENAUD : stabilité au feu d’éléments de structure métallique tendus ou en flexion simple sans protection. ref INC-EC3 1-02 [14] Eurocode 5 Manuel simplifié. Document publié par la FFB, le CTBA et la CAPEB [15] Méthodes d’évaluation non destructives du béton Sylvain LOPEZ -CETE Méditerranée [16] Travaux souterrains Revue Technique des Travaux Publics n°865 Christian MAQUAIRE [17] Pierre Engel pour www.constructalia.com [18] Site internet du SETRA http://www.piles.setra.equipement.gouv.fr [19] Joël KRUPPA, CTICM : Stabilité au feu des structures : lettre ouverte aux réglementeurs


Page | 177

LISTE DES FIGURES Figure 1 - Les différentes courbes d'évolution de feu ............................................................. 14 Figure 2 - Répartition des masses d'air .................................................................................... 15 Figure 3 - Miquel Bestard (1592-1633) L’Incendie de troie. Majorque ................................... 18 Figure 4 - L'Incendie de Rome (peinture d'Hubert Robert, le Havre, Musée des Beaux-Arts) 18 Figure 5 - Incendie du palais de Westminster William Turner................................................. 20 Figure 6 - Photographie de la Canebière à Marseille ............................................................... 20 Figure 7 - Incendie des Nouvelles Galeries, sur la Canebière à Marseille ............................... 21 Figure 8 - Les tourniquets de l'entrée, ultime vestige du « 5-7 » ............................................ 22 Figure 9 - Exemple de marquage CE......................................................................................... 28 Figure 10 – Chambre d’essai de combustion ISO 9705 ............................................................ 29 Figure 11 - Représentation des résistances au feu [6] ............................................................. 31 Figure 12 - Four d'essais de résistance au feu ......................................................................... 32 Figure 13 - Four d'essais de résistance au feu ......................................................................... 33 Figure 14 - Essai de résistance au feu d’un poteau recouvert d'une peinture intumescente . 34 Figure 15 - Courbe feu des revêtements de tunnel comparée à la courbe ISO 834................ 34 Figure 16 - Essai d'un bloc-porte en bois ................................................................................. 35 Figure 17 - Exemples de cas de charge pour un bâtiment courant ......................................... 52 Figure 18 - Courbe "ISO 834" Température-Temps ................................................................. 56 Figure 19 - Courbes de résistance des aciers de construction en fonction de la température64 Figure 20 - Définition de la distance a de l'axe au parement .................................................. 64 Figure 21 - Définition de la largeur d'une poutre .................................................................... 69 Figure 22 - Représentation de la massiveté [6] ....................................................................... 75 Figure 23 - Chaleur spécifique et conductivité thermique ...................................................... 76 Figure 24 - Température d'un profilé en fonction de sa massiveté et de la durée d'incendie 77 Figure 25 - Taux de chargement maximal ................................................................................ 80 Figure 26 - Organigramme de calcul au feu ............................................................................. 93 Figure 27 - Représentation des carbonisations uni-dimensionnelle et fictive ........................ 94 Figure 28 - Définition de la distance utile u ............................................................................. 97 Figure 29 - Température des aciers d'une dalle pleine ............................................................ 98 Figure 30 - Décomposition en petits éléments du talon d'une poutre.................................... 99 Figure 31 - Courbe température-contrainte admissible de l’acier ........................................ 101 Figure 32 - Courbe température-élasticité de l’acier ............................................................. 102 Figure 33- Courbe température-allongement de l’acier ........................................................ 102 Figure 34 - Épaisseur de carbonisation et effet d'arrondi des angles.................................... 105 Figure 35 - Coupe de principe du tunnel sous la Manche...................................................... 110 Figure 36 - Réparation de profilés métallique par ajout de plats et de cornières [17] ......... 112 Figure 37 - Réparation de poutres bois par ajout de plats métalliques [17] ......................... 113 Figure 38 - Incendie rue Paul Chevalier. Dalle B.A. endommagée......................................... 114 Figure 39 - Incendie rue Paul Chevalier. Étaiement d'urgence. ............................................ 115 Figure 40 - Incendie du 72 à 76 La Canebière. Charpente de la couverture.......................... 120 Figure 41 – Incendie du 72 à 76 La Canebière. Tours d’étaiement du logement suspendu. 121 Figure 42 - Vue en plan du plancher créé .............................................................................. 126 Figure 43 – Incendie bd Gambetta. Vue de la cour intérieure de l'immeuble incendié........ 128 Figure 44 - Incendie bd Gambetta. Façade sur magasin TamTam ......................................... 129 Figure 45 - Incendie bd Gambetta. Vestiges du plancher ht du 1er ...................................... 131


Page | 178

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 - Statistiques des incendies en France en 2009 ...................................................... 23 Tableau 2 – Symboles européens des résistances au feu ........................................................ 35 Tableau 3 - Correspondance entre les résistances au feu notation française et européenne 36 Tableau 4 – Durée de résistance minimale eu feu pour un ERP .............................................. 37 Tableau 5 - Coefficients pour les vérifications d'équilibre eux ELU ......................................... 50 Tableau 6 - Coefficients pour les vérifications structurelles aux ELU ...................................... 50 Tableau 7 - Tableau des coefficients Ψ pour le bâtiment (valables aux ELU et aux ELS) ........ 51 Tableau 8 - Décomposition de l'exploitation en catégories d'usage ....................................... 53 Tableau 9- Température en fonction du temps - ISO 834 ....................................................... 56 Tableau 10 - Valeurs des enrobages minimaux de béton ........................................................ 59 Tableau 11 - Coefficients de calculs aux ELU pour le béton .................................................... 60 Tableau 12 - Compatibilité des méthodes de calculs et les types d'analyses.......................... 62 Tableau 13 - Méthode de calcul d'un poteau à froid ............................................................... 65 Tableau 14 - Coefficient α pour un dimensionnement rapide des poteaux ............................ 66 Tableau 15 - Conditions de stabilité au feu d'un poteau béton. Méthode A .......................... 67 Tableau 16 - Conditions de stabilité au feu d'un poteau béton. Méthode B .......................... 68 Tableau 17 - Conditions de stabilité au feu d'une cloison en béton........................................ 68 Tableau 18 - Conditions de stabilité au feu d'un mur porteur en béton ................................. 69 Tableau 19 - Conditions de stabilité au feu des poutres sur appuis simples sans moment sur appui ......................................................................................................................................... 70 Tableau 20 - Conditions de stabilité au feu des poutres sur appuis simples avec moment sur appui (poutres ontinues) .......................................................................................................... 71 Tableau 21 - θcritique de l'EC 3 1.2 DAN ................................................................................. 78 Tableau 22 - Facteur de massiveté maximal pour atteindre la stabilité au feu....................... 79 Tableau 23 - Taux de chargement maximal des profilés IPE.................................................... 80 Tableau 24 - Taux de chargement maximal des profilés en H ................................................. 81 Tableau 25 - Taux de chargement maximal des profilés IPN ................................................... 82 Tableau 26 - Taux de chargement maximal des profilés UAP.................................................. 83 Tableau 27 - Taux de chargement maximal des profilés UPN ................................................. 83 Tableau 28 - Tableau des classes de durées ............................................................................ 89 Tableau 29 - Tableau des classes de service ............................................................................ 90 Tableau 30 - Contrainte admissible en flexion du bois ............................................................ 91 Tableau 31 - Module d'élasticité moyen du bois ..................................................................... 91 Tableau 32 - Vitesses de combustion pour le bois massif, le LVL et les panneaux.................. 95 Tableau 33 - Tableau des élévations de températures des aciers ......................................... 100 Tableau 34 - Comparaison DTU/Eurocodes « à froid » d’un poteau béton........................... 117 Tableau 35 - Comparaison DTU/Eurocodes d’un poteau béton en cas d'incendie .............. 118 Tableau 36 - Tableau de calcul à froid de profilés métalliques.............................................. 123 Tableau 37 - Sections courantes et normalisées pour les bois résineux ............................... 135 Tableau 38 - Tableau de calcul de poutres bois 100x300ht en situation d'incendie ............. 137 Tableau 39 - Tableau de calcul de poutres bois 75x300ht en situation d'incendie ............... 138 Tableau 40 - Matériaux de construction - Béton et mortier .................................................. 164 Tableau 41 - Matériaux de construction - Maçonnerie ......................................................... 165 Tableau 42 - Matériaux de construction - Bois ...................................................................... 165 Tableau 43 - Matériaux de construction - Métaux ................................................................ 166 Tableau 44 - Matériaux de construction - Autres matériaux ................................................. 166 DIAGNOSTIC DE LA RESISTANCE AU FEU DES OUVRAGES EXISTANTS

Page | 179

Tableau 45 - Matériaux utilisés pour les ponts ...................................................................... 167 Tableau 46 - Matériaux stockés utilisés dans l'industrie du bâtiment .................................. 168 Tableau 47 - Produits stockés - Produits agricoles................................................................. 169 Tableau 48 - Produits stockés - Produits alimentaires ........................................................... 170 Tableau 49 - Produits stockés - Liquides ................................................................................ 171 Tableau 50 - Produits stockés - Combustibles solides ........................................................... 172 Tableau 51 - Produits stockés - Produits industriels et divers ............................................... 172 Tableau 52 - Précisions sur les locaux d'habitation, de bureaux, de travail et de commerce ................................................................................................................................................ 173 Tableau 53 - Charges des cloisons mobiles ............................................................................ 173 Tableau 54 - Charges d'exploitation des locaux d'habitation, de bureaux, de travail et de commerce. Annexe nationale ................................................................................................ 174 Tableau 55 - Précisions su les aires de stockage et locaux industriels .................................. 174 Tableau 56 - Charges d'exploitation des aires de stockage ................................................... 174 Tableau 57 - Classification des chariots élévateurs ............................................................... 174 Tableau 58 - Charges d'exploitation des chariots élévateurs ................................................ 174 Tableau 59 - Garages et aires de circulation accessibles aux véhicules (hors ponts) ............ 175 Tableau 60 - Charges d'exploitation des garages et aires de circulation. Annexe nationale 175 Tableau 61 - Toitures.............................................................................................................. 175 Tableau 62 - Charges d'exploitation sur les toitures. Annexe nationale ............................... 175 Tableau 63 - Charges d'exploitation des hélistations ............................................................ 175


Page | 180

Diagnostic de la résistance au feu des structures

Recommend Documents