CONCEPTION DE CONSTRUCTIONS EN BETON PREFABRIQUE

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CONCEPTION DE CONSTRUCTIONS EN BETON PREFABRIQUE

• Leçon 10
• Résistance au feu

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Exigences de base

• La résistance au feu dune construction est
  déterminée
• sur base des critères suivants
• ? Stabilité R fonction portante
• ? Isolation thermique I augmentation de la
  température moyenne sur la totalité de la
  surface non-exposée lt 140 K et augmentation
  maximale de la température en tout point de la
  surface non-exposée lt 180 K
• ? Etanchéité aux flammes E pas de passage
  de feu au travers des parois, planchers, joints,
  etc..

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Actions du feu

• Actions thermiques et mécaniques
• ? Réduction propriétés des matériaux en
  fonction de la température
• ? Effets indirects par dilatation thermique

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Réduction propriétés des matériaux

• Béton

1. Granulats siliceux
2. Granulats calcaires
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Réduction propriétés des matériaux

• Acier darmature
• Diminution de la résistance caractéristique à la
  traction

1. Armatures tendues (laminé à chaud) pour des
déformations es,fi ? 2
2. Armatures tendues (acier formé à froid) pour
des déformations es,fi ? 2
3. Armatures comprimées ou tendues pour des
déformations es,fi ? 2
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Réduction propriétés des matériaux

• Acier de précontrainte
• Diminution de la résistance à la traction
  caractéristique (0,9 fpk)

1. Acier de précontrainte formé à froid (torons
et fils)
2. Acier de précontrainte trempé et revenu
(barres)
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Actions du feu

• Dilatation thermique
• Plus grande flèche pour des dalles
• du fait de lexposition au feu dun côté
• Plus grande dilatation longitudinale
  de planchers nervurés à cause de
  lexposition sur 3 faces
• Les planchers se dilatent longitudinalement et
  transversalement

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Dilatation thermique

• Comportement constructif
• Dilatation thermique bridée par la construction
  avoisinante

Bridage peu important dans des petites
constructions
Bridage très important dans des constructions
plus larges
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Dilatation thermique

• De grandes dilatations thermiques peuvent donner
  lieu à des incompatibilités structurelles dans
  les liaisons
• Laccumulation de dilatations thermiques de
  travées consécutives dans une même direction peut
  être très importante

100 mm
à 120 C
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Conséquences possibles des dilatations thermiques
Incendie dans une bibliothèque à Linköping,
Suède La construction coulée sur place
sest écroulée après 30 minutes de feu à cause
de lincompatibilité des liaisons entre
colonnes et planchers avec la grande dilatation
thermique dun plancher de 52 m de long, exposé
au feu des deux côtés
cave
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Actions thermiques indirectes
Déformation transversale de la section de
béton Contraintes de traction et
de compression dans la section transversale du
béton à cause de lincompatibilité entre le
gradient thermique non-linéaire, et la
déformation linéaire de la section
Compression
Gradient de température
Déformation linéaire de la section transversale
Traction
Compression
Température
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Actions thermiques indirectes

• Augmentation des moments sur appui dans des
  structures hyperstatiques
• La déformation verticale à cause des contraintes
  thermiques augmente le moment sur appui dans des
  structures continues

Flèche thermique dans des planchers isostatiques
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Recommendations pour la conception
Les dilatations thermiques doivent être
possibles ? Il est recommandé dimplanter les
noyaux de stabilité le plus possible au centre de
la construction et dy liaisonner les autres
composantes de la structure par
articulations Les
constructions en béton préfabriqué permettent
généralement de plus grandes dilatations que les
constructions monolithes coulées en place
Noyau central
Liaison articulée
Liaisons articulées
Noyau central
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Vérification de la résistance au feu

• Selon lEurocode 2 - partie 1-2, la résistance
  au feu peut être vérifiée au moyen de
• Tableaux
• Calculs simples
• Essais au feu

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Vérification de la résistance au feu

• Tableaux
• ? Rédigés sur base de données empiriques et de
  calculs
• ? Donnent des dimensions minimales pour la
  section de béton et la distance axe - parement de
  larmature principale
• ? Le taux de référence de la charge ?fi 0,7
• ? Rédigés pour un béton normal avec granulats
  siliceux. (Granulats calcaires moyennant
  certaines réductions)
• ? Pas besoin de vérification de la résistance à
  leffort tranchant et à la torsion

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Vérification au moyen de tableaux

• Poutres exposées sur 3 faces
• Définition des dimensions utilisées pour les
  différents types de poutres

deff ? d1 0.5 d2
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Vérification au moyen de tableaux

• Poutres

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Vérification par tableaux

• Colonnes
• Colonnes de section rectangulaire ou circulaire
  en béton armé

?Méthode A pour colonnes 300/300, 300/400 et
400/400 ?Degré de charge µfi 0,2 0,5 0,7
?Couverture de béton 40 mm 4
armatures longitudinales
8 armatures longitudinales
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Vérification par tableaux

• Voiles
• Voiles porteurs en béton armé

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Résistance au feu dalles alvéolées

• Tableaux
• Epaisseur et distance minimales à laxe des
  armatures à la sous-face pour des dalles
  alvéolées sur appuis simples

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Vérification de la résistance au feu

• 2. Méthode de calcul simplifiée
• Gradients de température pour différents
• types déléments préfabriqués

Planchers nervurés
Poutres I
Poutres rectangulaires
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Vérification par calcul
Section droite réduite Le béton à une
température gt 500C est négligé dans le
calcul de la capacité portante, alors que le
béton à une température lt 500 C est supposé
conserver sa résistance totale
Calcul selon la méthode des états
limites
Gradient de température de 500 C
Béton
Armature
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Résistance au feu dalles alvéolées

• Analyse par calcul
• Distribution des température (C)

La liaison de la dalle avec la structure dappui
est indispensable pour atteindre une bonne
résistance au feu
Armature de chaînage ø 12 mm
Il est nécessaire dappliquer une couche de
protection au feu sur la semelle inférieure
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Vérification de la résistance au feu

• 3. Essais au feu
• ? Courbe ISO temps - température
• ? Charge normale
• ? Eléments simplement appuyés
• Elément TT après 150 minutes de feu ISO

Température
Temps - heures
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Essai au feu sur un hall préfabriqué

• Détails du bâtiment et de la charge au feu
• Croquis intérieur sans plancher intermédiaire
  125 kg de bois par m²
• Vue extérieure du bâtiment Vue intérieure
  avec plancher intermédiaire

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Essai au feu sur hall préfabriqué

• Résultats de lessai
• A la fin de lincendie
• Pendant lincendie
• Déformation poutre de toiture
  Evolution température pendant lincendie

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Résistance au feu assemblages

• Même principe que pour les éléments de structure
• ? Dimensions minimales à respecter
• ? Distance minimale de laxe des armatures à la
  paroi du béton
• ? Protection des détails métalliques exposés au
  feu
• ? Laisser la possibilité de grandes déformations
  

Les liaisons par goujon ne demandent normalement
pas de précautions particulières contre le feu
Les liaisons métalliques doivent être protégées
contre le feu