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7 octobre 2010 1 Calcul au feu des structures en béton avec l’EC2 Henry Thoni

7 octobre 2010 1 Calcul au feu des structures en béton avec l’EC2 Henry Thonier, EFB A la découverte de 7 octobre 2010 2 RÉSISTANCE AU FEU EC2-1-2 7 octobre 2010 3 Domaine de validité • « Exigence n°2 - sécurité en cas d'incendie » : une des six exigences essentielles de la Directive Produits de Construction 89/106/CEE • Éviter une ruine prématurée de la structure : fonction porteuse • Limiter l’extension des flammes et du feu (flammes, gaz chauds, chaleur excessive) : fonction séparative. • L’EC2-1-2 ne couvre pas les structures à précontrainte extérieure, ni les coques • Béton « normal » de classe ≤C90/105 et léger de classe ≤LC55/60 • Complément de la vérification de la solidité à froid Résistance au feu normalisé aptitude d'une structure ou d'une partie de celle-ci (en général, seulement des éléments) à remplir les fonctions exigées (fonction porteuse ou séparative) pendant l'exposition à la chaleur selon la courbe température/temps normalisée pour une combinaison de charges et une durée données 7 octobre 2010 4 TYPES DE FEU On distingue différents types de feu : - feu normalisé - feu paramétré défini cas par cas en fonction de l’ouvrage et de son environnement - feux d’hydrocarbure • courbe température/temps normalisée courbe nominale définie dans le EN 13501-2 pour représenter un modèle de feu totalement développé dans un compartiment • courbes température/temps température des gaz à proximité des surfaces de l'élément en fonction du temps. Elles peuvent être : — nominales : courbes conventionnelles adoptées pour la classification ou la vérification de la résistance au feu, par exemple la courbe température/temps normalisée (EN 13501-2) , la courbe de feu extérieur, la courbe de feu d'hydrocarbure ; — paramétrées : déterminées à partir de modèles de feu et de paramètres physiques spécifiques définissant les conditions à l'intérieur du compartiment 7 octobre 2010 5 COURBES DE TEMPERATURES • Courbe température/temps normalisée (EN 13501-2 ) θg = 20 + 345 log10 (8t + 1) [°C] ... (3.4) • Courbe d'hydrocarbure θg = 1 080 (1 – 0,325 e-0,167t – 0,675 e-2,5t) + 20 [°C] ... (3.6) où : θg est la température des gaz du compartiment [°C] ; t est le temps [min] En France, « majoré » pour tunnels : remplacer 1080 par 1280 • Éclatement du béton si teneur en eau > 3% • Grillage de peau si enrobage >= 70 mm avec TS 4-4-100-100 7 octobre 2010 6 COURBES FEU Courbes feu en °C 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 0 30 60 90 120 150 180 210 240 temps en mn normalisé exterieur hydrocarbure 7 octobre 2010 7 Critères Critères : R (résistance mécanique), E (étanchéité) et I (isolation) : • éléments uniquement séparateurs : étanchéité (E) et si nécessaire isolation (I), • éléments uniquement porteurs : résistance mécanique (R) • éléments séparateurs et porteurs : résistance mécanique (R), étanchéité (E) et si nécessaire isolation (I) • Résistance (R) (ex-SF du DTU) EEd,fi ≤ERd,fi avec E = M ou N ou V • Isolation (I) (ex-CF du DTU) aptitude d'un élément séparatif d'un bâtiment, en cas d’exposition au feu d'un côté, à limiter la montée en température de la face non exposée au-dessous des niveaux spécifiés Sous feu nominal : θ < 140°C moyen et 180°C maxi • Etanchéité (E) (ex-PF du DTU) aptitude d'un élément séparatif d'un bâtiment, en cas d’exposition au feu d'un côté, à empêcher le passage des flammes et des gaz chauds et à éviter l'apparition des flammes du côté non exposé 7 octobre 2010 8 CLASSEMENT DES CONSTRUCTIONS HAB Bâtiments d’habitation Familles : 1 : bâtiment ≤R + 1 SF ¼ d’heure 2 : bâtiment › R + 1 et ≤R+ 3 SF ½ heure 3 : bâtiment Hauteur ≤28 m SF 1 heure 4 : bâtiment Hauteur › 28 m et ≤50 m SF 1h 1/2 ERP Établissements recevant du public Il existe un classement par type selon l’activité (ex M ; Magasin, O : hôtel, Y : musées…) Et par Catégories : 1 : sup à 1500 personnes 2 : de 701 à 1500 3 : de 301 à 700 4 : seuil à 300 5 : en dessous du seuil IGH Immeubles de grande hauteur Classes : SF de 2 à 3 heures selon la hauteur de l’IGH A: Immeubles à usage d’habitation O: Immeubles à usage d’hôtel R: Immeubles à usage d’enseignement S: Immeubles à usage de dépôt d’archives U: Immeubles à usage sanitaire W: Immeubles à usage de bureaux Z: Immeubles à usages mixtes EIC Établissements industriels et commerciaux ICPE Installations classées pour la protection de l’environnement 7 octobre 2010 9 EXIGENCES DE RÉSISTANCE 0 R15 R30 R60 R90 R120 R180-R240 RdC seulement ERP (cat 5) Bureaux Industries ERP (cat 5)1 Isolement entre IGH et parc de stationnement2 H ≤8 m Bureaux Industries Hab. (fam 1) ERP (cat 2, 3 et 4) Hab. (fam 2) ERP (cat 1) 8 < H ≤28 m ERP (cat 2, 3 et 4)3 ERP (cat 1) 28 < H ≤50 m Hab.(fam 4) IGH (clas WORUZ)4 Isolement entre IGH et ERP, IGH et parc de stationnement2 50 < H ≤200 m IGH (clas A) 4 Isolement entre ERP et parc de stationnement2 H = hauteur du niveau le plus haut (prise au niveau du plancher bas) 1) ERP avec locaux réservés au sommeil au-dessus du RdC 2) Béton avec protection 3) R30 pour un plancher sur vide sanitaire non aménageable 4) R180 pour IGH de hauteur > 200 m 7 octobre 2010 10 Méthodes de calcul Trois méthodes de calcul éléments (poteaux, poutres, dalles, …) parties de structures analyse globale de la structure méthode tabulée X NON NON méthode simplifiée X X NON méthode avancée X X X La méthode tabulée est supposée satisfaire les conditions de résistance des éléments à la compression, la flexion, le cisaillement, la torsion, l’ancrage des armatures, ainsi qu’à l’éclatement sous réserve de disposer d’un treillis de peau (espacement ≤100 mm et Ø ≥4 mm) pour des enrobages à l’axe supérieurs à 70 mm. 7 octobre 2010 11 Méthodes EC2-1-2 • 1 – Méthodes tabulées (section 5) – 1.1 – Poteaux (§ 5.3) • Méthode A1 (§ 5.3.2 et Tab. 5.2a) • Méthode A2 (§ 5.3.2 (4)) • Méthode B (§ 5.3.3 et Tab. 5.2b) • Méthode C (Annexe C, Tab. C1 à C9) – 1.2 – Voiles non porteurs (§ 5.4.1, Tab. 5.3) – 1.3 – Voiles porteurs (§ 5.3.24,Tab. 5.4 – 1.4 – Voiles coupe-feu (§ 5.4.3) – 1.5 – Eléments tendus (§ 5.5) – 1.6 – Poutres sur appuis simples (§ 5.6.2, Tab. 5.5) – 1.7 – Poutres continues (§ 5.6.3, Tab. 5.6, 5.7) – 1.8 – Dalles sur appuis simples (§ 5.7.2, Tab. 5.8) – 1.9 – Dalles continues (§ 5.7.3, Tab. 5.8) – 1.10 – Planchers-dalles (§ 5.7.4, Tab. 5.9) – 1.11 – Planchers nervurés (§ 5.7.5, Tab. 5.10, 5.11) • 2 – Méthodes simplifiées - 2.1 - Isotherme 500 °C (Annexe B1 et Fig. de l’Annexe A de l’Annexe Nationale) - 2.2 – isothermes par grandes zones (abaques) (Annexe B2) - 2.3 – isothermes par petites zones (programme) (Annexe B2) - 2.4 – Méthode de calcul simplifiée pour poutres et dalles (Annexe E) - 2.5 – Méthode de calcul pour l ’‘effort tranchant, la torsion et l’ancrage des armatures (Annexe D) • 3 – Méthode avancée (2 pages dans l’EC2-1-2) (§ 4.3) 7 octobre 2010 12 ACTIONS Les actions sont prises avec les combinaisons accidentelles G + P + Ad + Ψ1,1.Q1 + Σ Ψ2,i.Qi Charges d’exploitation des bâtiment (voir NF EN 1991-1-1) Ψ1 Ψ2 Catégorie A : habitation, zones résidentielles Catégorie B : bureaux Catégorie C : lieux de réunion 0,5 0,5 0,7 0,3 0,3 0,6 Catégorie D : commerces Catégorie E : stockage Catégorie F : zone de trafic, véhicule de poids ≤30 kN Catégorie G : zone de trafic, véhicules entre de 30 à 160 kN Catégorie H : toits 0,7 0,9 0,7 0,5 0 0,6 0,8 0,6 0,3 0 Charges de neige sur les bâtiments (voir NF EN 1991-1-3) - pour les lieux à une altitude > 1000 m + St-Pierre & Miquelon - pour les lieux à une altitude ≤1000 m 0,5 0,2 0,2 0 Charges dues au vent sur les bâtiments (voir NF EN 1991-1-4) 0,2 0 Actions de la température (hors incendie) dans les bâtiments (voir NF EN 1991-1.5) 0,5 0 ) e forfaitair ( 7 , 0 Q 5 , 1 G 35 , 1 Q . G 1 i = + Ψ + = η 7 octobre 2010 13 Diagrammes contraintes-déformations Béton fc, θ ε c1,0 ε cu1,0 ε σ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ε ε + ε ε θ θ θ 3 , 1 c , 1 c , c 2 f . 3 Intervalle Contrainte σ(θ) ε ≤εc1,θ εc1,θ ≤ε ≤εcu1,θ Pour des questions d’ordre numérique, il convient d’adopter une partie descendante. Les modèles linéaires uploads/Ingenierie_Lourd/ cimfeu-calcul-feu-structure-beton 1 .pdf