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Protection résistante au feu de structures en béton renforcées
Lors de rénovations, une construction en béton existante est parfois renforcée de bandes en acier, d’armatures (en CFK) collées, etc. pour assurer sa fonction porteuse. La question se pose alors : que faire en cas d’incendie ? Ces renforts doivent-ils être protégés contre le feu ?
Pourquoi renforcer une structure en béton ?
En grande partie, les constructions en béton sont renforcées lors de rénovations et ce besoin naît généralement de :
- Changements de la fonction et de l’utilisation de l’immeuble (modifications de fonction, réalisation d’ouvertures, augmentation de la charge, etc.)
- Dommages et dégradations de la construction en béton (dommages mécaniques corrosion de l’armature, etc.)
- Mauvaises conceptions et/ou exécutions (calcul erroné, installation fautive, etc.)
Il y a plusieurs systèmes sur le marché pour renforcer les structures en béton. On peut par exemple faire usage de bandes en acier, qui sont fixées contre la structure existante à l’aide d’une colle époxyde et/ou d’un ancrage mécanique. Cela nécessite parfois une fixation mécanique supplémentaire. De plus, on fait souvent usage de systèmes adhésifs composites-époxyde renforcés de fibres, qui sont collés sur la construction en béton.
Que faire en cas d’incendie ?
Un bureau d’études peut, suivant l’Eurocode, déterminer sur la base de la combinaison de charge accidentelle si les bandes d’armature doivent contribuer à la capacité portante de l’élément de construction en béton (en d’autres mots : si elles doivent rester en place) en cas d’incendie. En effet, dans certains cas, les bandes d’armature ne doivent pas contribuer à la capacité portante en cas d’incendie, mais l’élément en béton existant a néanmoins besoin d’une protection supplémentaire pour assumer les forces internes de la combinaison de charge accidentelle en cas d’incendie.
Nous distinguons les cas de figure suivants :
1. La construction en béton répond à la résistance au feu demandée
2. La construction en béton existante doit être protégée afin de répondre à la résistance au feu demandée
3. Le renfort doit être protégé afin de répondre à la résistance au feu demandée
La construction en béton répond à la résistance au feu demandée
Sur la base de la norme EN 1992-1-2 (Eurocode 2), on peut vérifier si la construction en béton répond à la résistance au feu demandée. La norme précitée contient des valeurs tabulaires à cet effet pour les dalles, murs, poutres et colonnes en béton. D’une part, ces tableaux mentionnent les épaisseurs de béton minimales nécessaires pour répondre au critère de compartimentage (fonction de séparation – EI) en fonction de la durée requise. D’autre part, ils contiennent les valeurs relatives à la distance d’axe minimale exigée pour assurer la capacité porteuse (R).
En pratique, il faudra donc vérifier si l’épaisseur de l’élément en béton et la distance d’axe de l’armature suffisent pour garantir le comportement attendu de la structure en béton en cas d’incendie.
La construction en béton existante doit être protégée afin de répondre à la résistance au feu demandée
Si la distance d’axe réelle de l’armature s’avère être inférieure à celle reprise dans les valeurs tabulaires de la norme EN 1992-1-2, l’application d’une protection résistante un feu supplémentaire s’impose. Cette protection devra e.a. éviter l’échauffement de l’acier de l’armature. Le béton peut être protégé par exemple par l’application de plaques, d’une peinture résistante au feu, d’un plâtre projeté, etc. Le matériau de protection appliqué doit être testé conformément à la norme EN 13381-3. Il ressortira de ces essais-feu en quelle épaisseur le matériau résistant au feu devra être appliqué afin de compenser le manque de béton.
Exemple :
Une dalle en béton existante sur appuis à un sens porteur d’une épaisseur de 140 mm doit répondre à une résistance au feu REI 120. La distance d’axe de l’armature ne s’élève qu’à 10 mm. Sur la base du tableau 5.8 de la norme EN 1992-1-2, cette dalle en béton doit avoir une épaisseur minimale de 120 mm et l’armature doit se trouver à une distance d’axe minimale de 40 mm. Dans le présent cas, la dalle a une épaisseur suffisante. La distance d’axe, en revanche, n’est pas respectée. Il y a un manque de béton de 30 mm. Par conséquent, la protection à appliquer doit avoir une épaisseur équivalente minimale de 30 mm.
Le renfort doit être protégé afin de répondre à la résistance au feu demandée
Si les bandes d’armature doivent contribuer à la capacité portante de l’élément de construction en cas d’incendie, elles-aussi devront être protégées contre le feu. Le cas échéant, la fixation sera essentielle.
Bandes en acier collées et fixées mécaniquement
Si la construction en béton est renforcée par des bandes en acier collées et fixées mécaniquement, il suffit parfois que la fixation mécanique soit préservée en cas d’incendie. Dans ce cas, la bande en acier et la fixation doivent être protégées contre l’incendie. L’épaisseur de la protection sera alors fonction du facteur de massiveté et de la température critique de l’acier. La température critique peut être calculée ou on peut se baser sur une valeur à défaut suivant la norme EN 1993-1-2 (Eurocode 3), c.à.d. 540°C pour les poutres, 500°C pour les colonnes et 350°C pour les éléments précontraints.
Température critique de l’acier
Armature collée
Si les bandes d’armature collées doivent continuer à remplir leur fonction en cas d’incendie, il faudra éviter que la température de la colle ne dépasse sa résistance à la température (température de transition vitreuse de la colle (Tg)). En général, cette température s’élève de 40°C à 80°C. En cas d’une exposition à des températures plus élevées, la colle ramollira et son adhérence diminuera. Le cas échéant, les contraintes ne seront plus transmises aux bandes d’armature. Afin d’éviter une hausse de température trop élevée au niveau de la couche de colle en cas d’incendie, il faudra appliquer une protection résistante au feu. Généralement, cette protection est réalisée en plaques résistantes au feu.
À défaut d’une norme spécifique pour la mise à l’essai de bandes d’armature, on peut cependant vérifier sur la base d’essais suivant EN 1363-1 « Essais de résistance au feu - Partie 1 : exigences générales » et/ou la série de normes EN 1365, si la température d’interface entre la plaque et les bandes d’armature reste suffisamment basse, c’est-à-dire inférieure à la température de transition vitreuse en cas d’exposition au feu suivant la courbe ISO 834.
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