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24 november 2015 | ARCHITECTURA.BE

Résistance au feu des constructions en béton

Les dilatations thermiques doivent être possibles : Il est recommandé d’implanter les noyaux de stabilité le plus possible au centre de la construction et d’y liaisonner les autres composantes de la structure par articulations Illustratie | FEBE

Sécuriser contre l’incendie vise à limiter les dommages matériels et humains. Une part importante de la sécurité incendie consiste à empêcher que les bâtiments ne s’écroulent. La stabilité de la construction doit être garantie suffisamment longtemps pour rendre possible l’évacuation et l’intervention des services de lutte contre l’incendie. Par ailleurs la propagation du feu doit être empêchée. Le béton est connu pour sa très bonne réaction au feu – incombustible, non-inflammable, sans rejet de fumée ni de gaz toxiques – et sa bonne résistance au feu – maintien de la capacité portante sous l’effet du feu – ce qui en fait le matériau d’excellence pour des constructions ignifugées. Une réaction de FEBE à l'interview de Gert Janssen, directeur Engineering & Développement chez Mathieu Gijbels, parue dernièrement en deux parties dans nos colonnes.

Règlementation

L’évaluation de la sécurité incendie d’un bâtiment sera limitée pour des raisons pratiques à la détermination de la résistance au feu des éléments de construction individuels tels que les planchers, les poutres, les colonnes et les murs. Le principe fondamental de la règlementation est que l’ensemble de la construction sera réputé être suffisamment résistant au feu si les éléments de construction individuels répondent aux règles du calcul de résistance au feu. La plupart des raccords en béton ne nécessitent aucune mesure complémentaire, car ils sont toujours protégés par les éléments de constructions environnants. Tous les éléments de jonction entre éléments préfabriqués peuvent être conçus de cette façon. En liaisonnant les colonnes préfabriquées et les panneaux de façade, on prévient que les façades puissent s’effondrer vers l’extérieur pendant l’incendie. En outre, il est très important que l’on contrôle également que la stabilité de la construction reste garantie sous la déformation potentielle due à la dilatation thermique lors d’un incendie.

Pour la détermination du calcul de résistance au feu des éléments en béton armé ou précontraint, la NBN EN 1992-1-2 + ANB prévaut. Pour les planchers à cavité il existe des dispositions spécifiques dans la NBN EN 1168 + NBN B 21-605.

 

Comportement du béton au feu

Le moment où une construction va céder après le départ du feu sera déterminé par les charges et les températures, et la résistance et la rigidité correspondantes. Dans les constructions en béton, l’armature forme le maillon faible. Par sa haute diffusivité thermique – mesure de la vitesse à laquelle la température monte dans un matériau – elle va chauffer plus vite que le béton, et perdre plus rapidement sa résistance. À 750°C, la résistance de l’acier est nulle, tandis que le béton a une résistance résiduelle de +/- 35% à cette température. La température de l’acier dans une construction en béton est dépendante de la durée du feu, la puissance du feu et l’épaisseur de béton au-dessus des aciers. Plus l’épaisseur de béton est importante, plus la température de l’acier monte lentement. De cette manière, une résistance au feu de minimum 3 heures et même jusqu’à 6 heures est possible.

Si les pores capillaires du béton sont trop fins, la pression montante de la vapeur peut causer des efforts de traction dans le béton, qui peuvent conduire jusqu’à l’éclatement explosif du béton. L’éclatement explosif est surtout dépendant de la teneur en humidité dans le béton, de la résistance à la compression du béton, des dimensions de l’élément de construction et de la manière ou de la vitesse d’échauffement. L’éclatement explosif du béton est improbable si la teneur en humidité est inférieure à 3%, ce qui est généralement présumé pour des éléments de classe d’environnement EI. La connaissance du phénomène est maintenant si avancée que l’éclatement peut être évité par un mélange de béton adapté. En outre il apparaît que l’apport d’au moins 2 kg/m³ de monofilaments de fibres de polypropylène aux mélanges ZVB et UHSB peut être une bonne solution. Grâce à la haute classe de résistance et le faible facteur eau-ciment du béton préfabriqué, aucune mesure complémentaire n’est nécessaire. L’éclatement explosif ne doit pas être confondu avec l’éclatement local par échauffement thermique des granulats, qui conduit à des dommages moins importants et plus simples à réparer.

 

Avantages et points d’attention des constructions en béton

Avec un surcoût limité de quelques euros sur les sections classiques, jusqu’à un maximum 20% sur les profilés en I, la résistance au feu d’une construction en béton peut être sensiblement augmentée à la conception par l’augmentation de l’épaisseur de béton, la section du béton, la section du ferraillage et/ou la hauteur utile. Cela vaut autant pour le béton armé que pour le béton précontraint. De cette façon, les éléments préfabriqués bénéficient toujours de leur pleine résistance au feu à la sortie de l’usine. Cela signifie que la résistance au feu de la construction n’est pas dépendante de la pose et de la finition sur chantier. Puisque l’entretien du béton n’est pas nécessaire, même après plusieurs années de service, la résistance au feu sur la durée de vie complète du bâtiment est garantie. En outre, la réparation de la construction en béton après un feu est techniquement faisable dans de nombreux cas. Des motivations économiques peuvent cependant conduire à un autre choix.

Les constructions en béton n’ont pas seulement une grande résistance au feu mais aussi une grande endurance grâce à leur robustesse et la possibilité de redistribution des charges. De ce fait, les effondrements dus au feu arrivent très rarement. Le concepteur doit bien accorder l’attention nécessaire à la stabilité globale durant un feu potentiel. En particulier les possibilités de dilatation thermique, de déformations et de bridage doivent être examinées. La forme et les dimensions d’un bâtiment ainsi que son système statique sont importants pour le comportement au feu d’un bâtiment. La meilleure solution est de placer les raidisseurs à l’horizontale au centre et d’y articuler tous les autres éléments. Les constructions préfabriquées s’y prêtent excellemment. Avec cette conception, il n’y a de plus aucun danger de ruptures de colonnes par cisaillement, parce qu’elles peuvent pivoter. De cette façon, la construction ne va pas non plus s’effondrer vers l’extérieur, ce qui fait que les pompiers peuvent s’approcher du bâtiment en feu en sécurité. En outre, l’effondrement soudain de la structure ne se produira pas parce que la déformation de la structure va d’abord causer des fissures visibles dans les éléments et les assemblages.

Pendant le refroidissement de la construction en béton avec l’eau d’extinction, il peut arriver que le béton éclate. Cela ne provient pas de l’inertie thermique du béton, mais doit être attribué à l’important accroissement de volume par réaction de l’oxyde de calcium avec l’eau. L’oxyde de calcium se forme durant l’incendie dans le béton par la dissolution du calcaire présent dans les granulats et le ciment. Les pompiers devraient donc de préférence laisser refroidir lentement une construction en béton pour éviter un choc de température.

Dans les parkings souterrains, où les dalles en béton reposent uniquement sur des colonnes, on doit prendre en compte durant la conception l’augmentation de la force de poinçonnage par le feu en empêchant la dilatation thermique. En cas de mauvaise conception, cela peut conduire à l’effondrement, comme celui du toit d’un parking souterrain dans le Grentzenbach suisse en 2004. Les recherches ont montré en effet que ceci n’était pas la seule cause de l’effondrement. Ainsi, la couche de sol sur le toit a été réalisée plus épaisse que prévu et des détails de renforcement à la hauteur des colonnes n’ont pas été réalisés correctement. Il n’a pas non plus été question de l’effondrement par le choc thermique causé par l'eau d’extinction.

Il y a peu de cas connus dans lesquels la structure en béton s’est effondrée suite à un incendie. Cela montre que les structures en béton sont des structures sécurisées au feu. Si elles sont correctement conçues et construites, les structures en béton résistent à des conditions d'incendie extrêmes et prolongées. Avec le béton, on peut non seulement répondre aux exigences de sécurité incendie d’une façon simple, mais une réparation après le feu est aussi possible.

 

Références

Dossier Ciment nr. 37, La protection incendie par les constructions en béton, FEBELCEM, avril 2006

Modèle de cours béton préfabriqué, FEBE, mai 2012

Planning and design handbook on precast building structures, bulletin 74, fib, Septembre 2014

Thermo-mechanical analysis of an underground car park structure exposed to fire, E. Annerel, L. Taerwe, B. Merci, D. Jansen, P. Bamonte, R. Felicetti, August 2012

Brandveilig ontwerpen in beton, ir. G. Chr. Bouquet, MICT, ENCI B.V, Cement 2006, 7