LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
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Structures en béton en situation d’incendie > Objectifs de sécurité et comportement au feu (au sens de l’arrêté)
Rappel du texte
Les parties du texte de l’arrêté qui sont visées par le présent guide sont les suivantes. Il s’agit d’extraits du texte dans lesquels les passages relatifs au comportement au feu de la structure ont été sélectionnés.
Dispositions relatives au comportement au feu des entrepôts
=> Article 6 : dispositions constructives
De façon générale, les dispositions constructives visent à ce que la ruine d’un élément (murs, toiture, poteaux, poutres par exemple) suite à un sinistre n’entraîne pas la ruine en chaîne de la structure du bâtiment, notamment les cellules de stockage avoisinantes, ni de leurs dispositifs de recoupement, et ne favorise pas l’effondrement de la structure vers l’extérieur de la première cellule en feu.
En vue de prévenir la propagation d’un incendie à l’entrepôt ou entre parties de l’entrepôt, celui-ci vérifie les conditions constructives minimales suivantes (extraits) :
- pour les entrepôts de deux niveaux ou plus, les planchers sont coupe-feu de degré 2 heures et la stabilité au feu de la structure d’une heure pour ceux dont le plancher du dernier niveau est situé à plus de 8 mètres du sol intérieur. Pour les entrepôts à simple rez-de-chaussée de plus de 12,50 m de hauteur, la stabilité au feu de la structure est d’une heure, sauf si le bâtiment est doté d’un dispositif d’extinction automatique d’incendie et qu’une étude spécifique d’ingénierie incendie conclut à une cinématique de ruine démontrant le non-effondrement de la structure vers l’extérieur de la première cellule en feu et l’absence de ruine en chaîne, et une cinétique d’incendie compatible avec l’évacuation des personnes et l’intervention des services de secours ;
- les escaliers intérieurs reliant des niveaux séparés, dans le cas de planchers situés à plus de 8 mètres du sol intérieur et considérés comme issues de secours, sont encloisonnés par des parois coupe-feu de degré 1 heure et construits en matériaux M0. Ils doivent déboucher directement à l’air libre, sinon sur des circulations encloisonnées de même degré coupe-feu y conduisant. Les blocs-portes intérieurs donnant sur ces escaliers sont pare-flamme de degré 1 heure ;
- les ateliers d’entretien du matériel sont isolés par une paroi et un plafond coupe-feu de degré 2 heures ou situés dans un local distant d’au moins 10 mètres des cellules de stockage. Les portes d’intercommunication sont coupe-feu de degré 2 heures et sont munies d’un ferme-porte ;
- les bureaux et les locaux sociaux, à l’exception des bureaux dits de « quais » destinés à accueillir le personnel travaillant directement sur les stockages et les quais, sont situés dans un local clos distant d’au moins 10 mètres des cellules de stockage, ou isolés par une paroi, un plafond et des portes d’intercommunication munies d’un ferme-porte, qui sont tous coupe-feu de degré 2 heures, sans être contigus avec les cellules où sont présentes des matières dangereuses.
Compartimentage et aménagement du stockage
=> Article 8 : compartimentage
L’entrepôt est compartimenté en cellules de stockage afin de limiter la quantité de matières combustibles en feu lors d’un incendie. Ce compartimentage doit permettre de prévenir la propagation d’un incendie d’une cellule de stockage à l’autre. Pour atteindre cet objectif, les cellules doivent respecter les dispositions suivantes :
- les parois qui séparent les cellules de stockage doivent être des murs coupefeu de degré minimum 2 heures ;
- les percements effectués dans les murs ou parois séparatifs, par exemple pour le passage de gaines, sont rebouchés afin d’assurer un degré coupe-feu équivalent à celui exigé pour ces murs ou parois séparatifs ;
- les ouvertures effectuées dans les murs ou parois séparatifs, par exemple pour le passage de galeries techniques, sont munies de dispositifs assurant un degré coupe-feu équivalent à celui exigé pour ces murs ou parois séparatifs ;
- les portes communicantes entre les cellules doivent être coupe-feu de degré 2 heures et munies d’un dispositif de fermeture automatique qui doit pouvoir être commandé de part et d’autre du mur de séparation des cellules. La fermeture automatique des portes coupe-feu ne doit pas être gênée par des obstacles ;
- les parois séparatives doivent dépasser d’au moins 1 mètre la couverture au droit du franchissement. La toiture doit être recouverte d’une bande de protection sur une largeur minimale de 5 mètres de part et d’autre des parois séparatives. Alternativement aux bandes de protection, une colonne sèche placée le long des parois séparatives peut assurer cette protection sous réserve de justification ;
- si les murs extérieurs n’ont pas un degré coupe-feu 1 heure, les parois séparatives de ces cellules sont prolongées latéralement aux murs extérieurs sur une largeur de 1 mètre ou de 0,50 mètre en saillie de la façade dans la continuité de la paroi.
Stabilité au feu
La stabilité au feu implique de vérifier que pour une durée spécifiée et une action thermique donnée (par exemple 1 h sous action thermique conventionnelle), la structure porteuse est capable de reprendre les charges auxquelles elle est soumise. La combinaison des charges (charges gravitaires, climatiques et exploitation) est spécifique à l’état limite ultime accidentel de type incendie. On s’intéresse :
- soit à chaque élément séparément (poutre, poteau, mur) ;
- soit à une structure partielle ou complète (portique).
Figure 1 : Stabilité au feu d’un élément isolé et d’une structure
Généralement, les panneaux de couverture reposent directement sur les pannes. Les pannes sont posées de façon isostatique sur les poutres principales. Les pannes qui ne participent pas directement à la stabilité de la structure ne sont pas concernées par les vérifications de stabilité au feu. En effet, il est admis que lorsqu’elles sont exposées à des températures très élevées, les zones situées en dessous présentent des conditions de tenabilité (fumée, températures) excluant la présence des occupants. En revanche, les pannes qui appartiennent au système de contreventement font partie des éléments de structure. Dans ce cas, leur stabilité est indispensable à la stabilité au feu de l’ensemble de l’ouvrage, elle doit donc être vérifiée.
Dans le cas de la sollicitation conventionnelle, la durée de stabilité au feu est fixée réglementairement. Tous les éléments de la structure sont exposés à la même action thermique. Elle représente une enveloppe des actions pouvant solliciter la structure. Elle est généralement appliquée de façon uniforme à l’ensemble des éléments de la structure situés à l’intérieur d’un compartiment fermé par des parois coupe-feu. En particulier, les entrepôts sont généralement constitués de cellules séparées par des murs coupe-feu. On applique alors l’action thermique conventionnelle à tous les éléments de la cellule. Les éléments mitoyens (mur coupe-feu) sont sollicités d’un seul côté.
Dans le cas d’une sollicitation de type feu naturel, la sollicitation peut ne pas être uniforme (feu localisé par exemple).
La durée de stabilité au feu de la structure doit être compatible avec d’autres objectifs de sécurité, c’est-à-dire :
- être supérieure à la durée d’évacuation des occupants ;
- être supérieure au délai d’intervention des secours ;
- être compatible avec les critères liés au compartimentage (stabilité des murs coupe-feu ou des planchers, encloisonnement des escaliers).
Absence de ruine en chaîne
Dans le cas de l’action thermique conventionnelle, la durée de stabilité de la structure est imposée. L’ensemble de la structure devant être stable au feu, le critère d’absence de ruine en chaîne n’est pas considéré. Lorsqu’on considère des actions thermiques de type feu naturel, le critère d’absence de ruine en chaîne doit être vérifié.
Un incendie se déclarant à l’intérieur d’une cellule ne doit pas provoquer la ruine de la structure porteuse dans un autre endroit de l’entrepôt. Cet objectif vise à préserver la sécurité des équipes d’interventions qui pourraient entrer dans l’entrepôt et des occupants n’ayant pas pu évacuer rapidement dans les zones éloignées du foyer. Ainsi une ruine locale éventuelle de la structure au droit de l’incendie ne doit pas conduire à mettre en danger les autres parties de l’entrepôt, non soumises à l’incendie. Les critères associés à l’absence de ruine en chaîne se vérifient pour chaque cellule pour toute la durée de l’incendie et impliquent le non-effondrement des murs séparatifs. Pour simplifier, on peut dire que la ruine de la structure d’une cellule ne doit pas entraîner la ruine des cellules adjacentes.
Figure 2 : Schéma de principe illustrant l’absence de ruine en chaîne d’une structure portique comprenant trois cellules
Non-effondrement vers l’extérieur
Dans le cas de l’action thermique conventionnelle et d’une durée de stabilité imposée, l’ensemble de la structure doit être stable au feu, le critère de ruine vers l’extérieur des éléments de structure pendant cette durée n’est donc pas considéré. Lorsqu’on prend en compte des actions thermiques de type feu naturel, le critère de non-effondrement vers l’extérieur doit être vérifié.
Un incendie se déclarant à l’intérieur d’une cellule ne doit pas provoquer l’effondrement des façades vers l’extérieur de l’entrepôt. Cet objectif vise à préserver la sécurité des équipes de secours situées à l’extérieur du bâtiment. Une ruine locale d’éléments de structure, par exemple la structure de la façade au droit de l’incendie, ne doit pas conduire à mettre en danger les personnes éventuellement présentes à l’extérieur de l’entrepôt (service de secours par exemple). Il est alors nécessaire d’évaluer la cinématique de ruine, c’est-à-dire la direction vers laquelle l’élément de structure vertical va s’effondrer. Les critères associés au non-effondrement vers l’extérieur se vérifient pour chaque façade et pour toute la durée de l’incendie.
Figure 3 : Schéma de principe illustrant le non-effondrement vers l’extérieur de la façade
Parmi les facteurs intervenant dans la satisfaction de ce critère, on compte les charges appliquées à la structure, en particulier les charges qui provoquent des moments de flexion dans les poteaux (poids des auvents, charges excentrées), l’effet des gradients thermiques (exposition au feu non uniforme de la section), les déplacements du reste de la structure ainsi que l’efficacité des liaisons entre éléments. En particulier dans le cas courant des poteaux, on étudiera avec attention la liaison en tête entre le poteau et le reste de la structure. En effet, le comportement de cette liaison dans le temps influence beaucoup le sens de ruine de la façade. Par reste maintenue durant l’incendie, il est possible de démontrer que la poutre va entraîner le poteau dans son effondrement vers l’intérieur du bâtiment. En l’absence de liaison (poteau libre en tête), l’effet du gradient thermique dans la section du poteau est à étudier en détail car il peut entraîner la déformation du poteau vers l’extérieur (côté opposé au feu) et provoquer sa ruine par perte de stabilité (effet de l’excentricité des charges).
Compartimentage (murs coupe-feu)
Le compartimentage a pour but de limiter la propagation de l’incendie à travers l’entrepôt. Il concerne des éléments verticaux (murs séparatifs des cellules) ou horizontaux (planchers entre niveau ou couverture).
Dans les entrepôts en béton, il est courant que les murs coupe-feu soient solidaires de la structure porteuse. Par exemple, ces murs sont fréquemment réalisés avec des panneaux en béton maintenus par des poteaux présentant des feuillures. En conséquence, l’efficacité du compartimentage dépend :
- de l’isolation thermique des panneaux ;
- de l’étanchéité aux gaz des parois ;
- de la stabilité au feu des parois (panneaux et poteaux).
La figure 4 illustre deux dispositions courantes pour les murs coupe-feu.
Selon l’article 8, le degré coupe feu des parois servant au compartimentage de l’entrepôt doit être d’au moins 2 h, c’est-à-dire qu’elles sont stables au feu 2 h chauds et présentent une isolation thermique suffisante pour que la température de la face non exposée ne dépasse pas 140 °C en moyenne et 180 °C localement.
L’article 8 contient également des prescriptions concernant la forme de ces parois qui doivent dépasser de 1 m en toiture et être prolongées en façade de 1 m latéralement ou de 0,5 m en saillie dans le prolongement du mur.
Bien entendu, les ouvertures dans ces murs (portes, fourreaux, gaines) doivent présenter le même degré coupe-feu que les parois dans lesquelles elles sont implantées.
Figure 4 : Dispositions constructives courantes pour les murs coupe-feu