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

Comportement thermique général de l'acier

L'acier est constitué d'une grille de cristaux dont les cristaux individuels se déplacent autour d'un point de repos à température normale. Ce mouvement diminue lorsque la température du zéro absolu de -273°C est atteinte et augmente lors de l'échauffement. En raison de ce mouvement des cristaux autour du point de repos, la ductilité de l'acier' augmente avec l'augmentation de la température. Pendant ce temps, la résistance de l'acier diminue. En raison de la perte de résistance, il est assez difficile de protéger les composants non protégés contre les effets du feu 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 car les réserves plastiques de la structure par rapport au matériau sont aujourd'hui prises en compte dans la construction métallique conventionnelle. Par exemple, si l'acier écroui ou traité thermiquement est soumis à une contrainte thermique, il a déjà perdu son armature à 400 °C selon la méthode de calcul mentionnée ci-dessus. De plus, l'acier présente l'inconvénient d'une dilatation thermique lors de l'augmentation de la température, ce qui est très élevé par rapport à d'autres matériaux de construction. Cela peut entraîner des effets de maintien dans le composant, qui n'étaient pas présents dans la vérification à température normale.

L'acier a de mauvaises propriétés thermiques pour le génie civil, notamment en termes de résistance au feu. L'échauffement dépend de la massivité du composant en acier. Cela veut dire : Plus le composant est massif, plus il peut absorber d'énergie. Si la surface est plane et que le volume est augmenté, les températures du composant sont plus basses. Cette propriété de composant est appelée facteur de section A/V. Il s'agit du rapport entre la surface et le volume par unité de longueur du composant. Dans la DIN 4102, ce facteur était encore appelé rapport U/A et était lié à la relation entre le périmètre et l'aire, bien qu'il soit le même si la section liée à la longueur ne change pas. L'Eurocode [5] fournit des tableaux pour faciliter le calcul de ce facteur de section.

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

Comportement thermique des composants en acier protégés

Dans le cas des structures en acier résistantes au feu, le comportement thermique évolue vers le positif lorsque les mauvaises propriétés thermiques de l'acier sont absorbées ou compensées par le système de protection contre l'incendie. Les systèmes de protection contre l'incendie sont généralement composés de matériaux à faible conductivité thermique. De plus, ces matériaux ont généralement une capacité thermique spécifique élevée (capacité de stockage). La durée de résistance au feu peut être augmentée de manière significative en utilisant des systèmes passifs de protection contre l'incendie. 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 des matériaux des enveloppes ou des parements, car celles-ci dépendent de leur fabricant. Pour cette raison, les valeurs importantes pour le calcul de structure des composants résistants au feu sont manquantes, mais ont été fournies entre-temps dans le document d'application national pour les matériaux de construction approuvés selon DIN 4102-4. Le facteur de section de ces composants structuraux est composé comme suit.

Encastrement creux : Un enrobage creux est généralement mieux adapté, car l'enrobage de la section réduit le périmètre du composant de structure alors que l'aire reste la même. Ainsi, le facteur de section devient plus petit, ce qui augmente la massivité du composant structurel. Des plaques de plâtre coupe-feu ou des plaques de silico-calcaire sont souvent utilisées comme revêtement. Tous les principaux fabricants de ces panneaux proposent également des systèmes de panneaux appropriés, y compris les propriétés de résistance au feu.

Enrobage de contour : Si l'aspect de l'armature métallique doit être préservé, il est recommandé d'utiliser un enrobage ou un parement de contour ou l'application d'un système d'enduit. L'inconvénient des enveloppes de contour est le facteur de section de la section car il ne change pas. Les types de parement sont généralement des systèmes de plâtre ou des parements de panneaux. Pour appliquer les systèmes d'enduit, des treillis métalliques sont généralement fixés aux poutres, maintenant le système d'enduit. Le bardage avec des systèmes de lames est similaire au bardage avec une enveloppe creuse, mais il nécessite plus de travail car les systèmes de lames doivent être coupés sur mesure. L'isolation intumescente peut également être utilisée, qui est un type d'enrobage de contour appliqué au composant structurel. Cet intumescent gonfle lorsqu'il est chauffé et agit comme une couche isolante entre le composant structurel 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 avec précision ou sont trop dispersées.