Vérification de la résistance au feu selon EN 1993-1-2 (comportement thermique)

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Avec RF-/STEEL EC3, vous pouvez appliquer des courbes nominales température-temps dans RFEM/RSTAB. C’est pourquoi la courbe standard temps-température (ETK), la courbe de feu extérieur et la courbe de feu hydrocarbures sont implémentés dans le programme. À partir de ces diagrammes, le module peu calculer la température dans la section en acier et ainsi réaliser la vérification au feu. Cet article explique le comportement des sections en acier protégées et non-protégées.

Comportement général en chauffage de l'acier

L'acier est constitué d'une grille de cristaux dont les différents cristaux se déplacent autour d'un point de repos à une température normale. Ce mouvement diminue lorsque la température zéro absolue est atteinte de −273 ° C et augmente lors du réchauffement. En raison du mouvement des cristaux autour du point de repos, la ductilité de l'acier augmente avec l'augmentation de la température. La résistance de l'acier diminue en revanche. En raison de la perte de résistance, il est assez difficile de protéger les composants non protégés contre les incendies sans mesures supplémentaires car l'acier a déjà perdu 50% de sa résistance à une température de 600 ° C. Par conséquent, il est généralement surchargé. les réserves plastiques de la structure par rapport au matériau sont aujourd'hui considérées dans la construction métallique classique. Par exemple, si l'acier traité à froid ou traité à chaud subit des contraintes thermiques, il a déjà perdu son armature à 400 ° C selon la méthode de calcul mentionnée ci-dessus. De plus, l'acier présente le désavantage que la dilatation thermique s'applique en cas d'augmentation de la température, qui est très élevée par rapport aux autres matériaux de construction. Cela peut entraîner des effets dus à la contrainte dans le composant, qui n'étaient pas présents à la température de calcul.

Pour le génie civil, l'acier présente de médiocres propriétés thermiques, notamment en termes de résistance au feu. L'élévation de température dépend de la massivité du composant acier. Cela signifie que: Plus le composant est massif, plus il peut absorber d'énergie. Si la surface est plane et que le volume est augmenté, des températures plus basses apparaissent dans le composant structural. Cette propriété de composant est appelée facteur de section A/V. Il s'agit de la relation entre la surface et le volume par unité de longueur du composant. Dans la norme DIN 4102, ce facteur était encore appelé rapport U/A et était lié à la relation du périmètre à l'aire, même si la section relative à la longueur ne change pas. L'Eurocode [5] fournit des tableaux qui facilitent le calcul de ce facteur de section.

Figure 01 - Facteur de massiveté Am/V pour les composants en acier non protégés (source : [5])

Comportement thermique des composants en acier protégés

Dans le cas de structures en acier résistantes au feu, le comportement au feu passe à la normale lorsque les propriétés de température de l'acier sont absorbées ou compensées par le système de protection incendie. Les systèmes de protection incendie sont généralement composés de matériaux à faible conductivité thermique. De plus, de tels matériaux ont généralement une capacité thermique spécifique élevée (capacité de stockage). Les systèmes passifs de protection incendie permettent d'augmenter considérablement la durée de résistance au feu. Ces matériaux sont souvent très lourds et doivent donc être considérés dans le calcul de structure. Cependant, l'EN 1993-1-2 ne contient aucune information sur les propriétés matérielles des enveloppes ou des revêtements, car elles dépendent de leur fabricant. Pour cette raison, les valeurs importantes pour l’analyse structurale des composants résistants au feu sont manquantes, mais ont été entrées dans le document de demande national pour les matériaux de construction approuvés selon la norme DIN 4102-4. Le facteur de section de ces composants structuraux est composé comme suit.

Figure 02 - Facteur de massiveté Ap/V des composants en acier protégés par des matériaux résistants au feu (Source : [5])

Encastrement creux: Une enveloppe creuse est généralement la mieux adaptée car l'enveloppe de la section réduit le périmètre du composant structural alors que l'aire reste la même. Ainsi, le facteur de section devient plus petit, ce qui augmente la massivité du composant structural. On utilise souvent des panneaux de protection incendie en plâtre ou des panneaux de silicate de calcium comme revêtement. Tous les principaux fabricants de ces planches proposent des systèmes de planches adaptés, notamment leurs propriétés de résistance au feu.

Enrobage de contour: Si l'aspect du support en acier doit être préservé, il est recommandé d'utiliser une enveloppe ou un revêtement de contour ou d'appliquer un système de plâtre. L'inconvénient des enveloppes de contour est le facteur de section de la section, car il ne change pas. Les types de revêtement sont généralement des systèmes de plâtre ou des panneaux de revêtement. Pour appliquer les systèmes de plâtre, des grilles métalliques sont généralement fixées aux poutres et maintiennent le système de plâtre. Le revêtement avec des systèmes de planches est similaire à un revêtement avec des caissons creux, mais les efforts doivent être déployés car les systèmes de panneaux doivent être découpés sur mesure. Vous pouvez également utiliser une isolation intumescente, qui est un type d'encastrement de contour appliqué sur le composant structural. Cet intumescent gonfle lorsqu'il est chauffé et agit comme une couche isolante entre le composant structural et la zone environnante. Cependant, aucune méthode de calcul n'a été développée pour ce type de revêtement car les propriétés à haute température de ce matériau ne sont généralement pas connues ou trop dispersées.

Référence

[1] Eurocode 1: Actions sur les structures - Partie 1‑2: Actions générales - Actions de feu sur les structures; EN 1991-1-2: 2002 + AC: 2009
[2] Annexe Nationale - Paramètres nationaux - Eurocode 1: Actions sur les structures - Partie 1‑2: Actions générales - Actions sur les structures exposées au feu; DIN EN 1991-1-2/NA: 2015-09
[3]Eurocode 3 : calcul des structures en acier - Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments; EN 1993-1-1: 2005 + AC: 2009
[4]Annexe Nationale - Paramètres nationaux - Eurocode 3 : calcul des structures en acier - Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments ; DIN EN 1993-1-1/NA: 2015-08
[5]Eurocode 3 : Calcul des structures métalliques - Partie 1-2: Règles générales - Calcul de la structure au feu; EN 1993-1-2: 2005 + AC: 2009
[6]Annexe Nationale - Paramètres nationaux - Eurocode 3 : Calcul des structures métalliques - Partie 1-2: Règles générales - Calcul de la structure au feu; DIN EN 1993-1-2/NA: 2010-12

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