Brevet FR2264933A1 — publié le 19751017

la présente invention a pour objet un dispositif destiné à assurer la résistance au feu d'une paroi continue en béton armé bridée par plusieurs appuis qui divisent ladite paroi en plusieurs travées0 Elle vise plus particulièrement à assurer la résistance de planchers continus en béton armé, principalement dans les bâtiments, en cas d'incendie, La réalisation de parois eontinues est souvent une néces usité constructive car il n'est pas généralement possible de constituer l'ossature d'un bâtiments par exemple, par simple juxtaposition de poutres et de dalles indépendantes, qui n'aurait pas une stabilité suffisante vis-à-vis des sollicitations horizontales.Il est, en outre, bien connu que les parois continues présentent une réserve importante de Sécurité par rapport aux parois non continues (dalles indépendantes simplement posées, par exemple), en raison-d'une distribution plus favorable des moments le long de ladite paroi. Dans le cas d'ouvrages exposés au feu, la continuité des planchers présente un avantage particulier0 En effet, dans ce cas, la résistance des armatures au-dessus des appuis, dont la température varie peu pendant l'incendie, peut être complètement mobilisée pour venir en aide aux parties de planchers (travée) situées entre les appuis où les fortes températures dégradent à la fois les propriétés du béton et des armatures inférieures voisines de la face du plancher soumise à l'action directe du feue On pourrait ainsi conclure d'un examen rapide, que la continuité des planchers (ou de leurs éléments porteurs : poutres, dalles..) résout de façon naturelle et efficace le problème de la résistance au feu de ces planchers~. l'expérience, ainsi qu'un examen théorique plus appro fondi, démentent dans les faits la conclusion ci-dessus. Pour mieux comprendre le phénomène, on prendra l'exemple simple représenté sur la fige 1, d'une dalle 1 d'épaisseur constante en béton armé, continue sur plusieurs travées la - lb 1c - id.. et reposant sur des appuis successifs tels que (2). les faces inférieures et supérieures de cette dalle ont été désignées respectivement par les repères A et B. La dalle 1 est équipée d'armatures 3 en travée et d'armatures 4 en chapeau sur les appuis 2, calculée selon les critères habituels du béton armé pour permettre à cette dalle de supporter à froid les charges de service. On rappelera à ce suet que : (a) La qualité des aciers des armatures et leur contrainte admissible sont choisies de telle sorte qu'on limite la fissuration du béton ; il est rare qu'on puisse utiliser un acier dont la limite élastique so:it' supérieure à 60 kg/mm20 (b) La quantité d'acier dans chaque section est déterminée par la valeur des moments de flexion. (c) le nombre, le diamètre, la longueur et la disposition des armatures sont choisis pur respecter les conditions d'adhérence et de glissement longitudinal. On est ainsi conduit gérréralement à utiliser des armatures de petit diamètre disposées en treillis à mailles serrées, donc très adhérentes au béton : à cet effet, les panneaux p'réfabriqués de treillis soudés, généralement utilisés pour les planchers, offrent une solution économique et très satisfaisant, (d) Dans les ouvrages continus l'adaptation et la redis tribution possible des moments de flexion permettent de faire face, soit à une surcharge accidentelle, soit à une défaillance locale de ltouvrage. Cela implique llappari- tion, dans les zones les plus sollieitdesX de "rotules plastiques" (c'est-à-dire de parties en cours de déforma tion dans le domaine plastique) qui cessent de supporter une augmentation des charges au profit d'autres zones présentant encore une réserve de sécurité0 Lorsqutun incendie se déclare sous un planchera la face inférieure A de la dalle ou plancher est portée à des températures pouvant atteindre 8000 C après deux heures, tandis que le flux--calorifique pénètre progressivement à travers la dalle en direction de la face supérieure Bo A un instant donné, -la répartition des températures à travers la dalle correspond, comme le montre la figure 2 :: - dtune part, à une élé-vation moyenne de la température, qui provoque une dilatation d'ensemble du plancher, - d'autre parts à un gradient corresnondant à la difféience d'échauffement des deux faces, qui tend à provoquer une courbure de rayon R, en l'absence de liaisons de la dalle i avec ses appuis 2o A titre indicatif, un élément de dalle de 20 cm d'épaisseur soumis à un grad-ient de 2000 se dé-formerait suivant un cercle de 100 cm de rayon s'il était libre dé le faire. Si la dalle 1 était constituée de la juxtaposition de tronçons indépendants successifs, une discontinuité angulaireCX apparaitrait ainsi au droit de chaque appui suivant le schéma de la fige 30 Pour une portée 1 = 5 m, par exemple, cette discon tinuité atteindrait 5/100 de-radiane En fait, la continuité mécanique de la dalle ---------- au-dessus des appuis ne permettant pas l'apparition de telles discontinuités angulaires, une modification de la répartition des moments va prendre naissance dans la dalle sans pour autant que l'intensité des charges extérieures appliquées ait été mo- difiéee le calcul montre que, si le comportement de la dalle restait élastique, les moments sur appui seraient multipliés par 10 environ. Cette valeur excède très fortement la capacité de résistance de la partie en appui de la dalle (qui est généralement calculée pour un moment égal au double du moment en service à froid, c'est-à-dire cinq fois plus faible que le moment engendré-par le gradient thermique);Des déformations ou rotuleff plastique s vont donc prendre naissance au voisinage des appuis 2 pour tenter de laisser les travées 1a - 1b - 1c - 1d... soumises au feu prendre~leur courbure propre sous l'action du gradient thermique, Mais cela suppose alors que la capacité angulaire de ces "rotules plastiques" soit compatible avec la déformation thermique de chacune des travées0 Il faute de plus, prévoir une surlongueur des armatures 4 en chapeau sur les appuis 3 pour couvrir l'emprise plus importante des moments de flexion ndga- tifs consécutive à la redistribution des moments L'expérience contredit la démarche ci-dessus et montre que dans des ouvrages conçus selon un tel principe, des-ruptures prématurées interviennent lorsque ceux-ci sont soumis à l'action du-feuo le mécanisme de la ruine de l'ouvrage est, en fait, le suivant : (a) - au bout de quelques minutes d'exposition au feu, les moments négatifs sur les appuis 2 atteignent d'abord la limite de fissuration du béton, punis la capacité ulti me en flexion par traction des armatures 4 en chapeau. (b) - les armatures 4 en chapeau s'allongent plastique ment, puis se rompent par striction au droit des fissures du béton0 La capacité de déformation angulaire des "rotu les plastiques" formées au-desSus des appuis 2 est faibles car 11 adhérence de ces armatures au béton de part et d'autre de la fissure ne permet pas un allongement impor tant desdites armatures, donc une rotation suffisante des sections de dalle situées de part et d'autre chaque appui. (c) - après rupture des parties de dalle sur appuis les moments en travée augmentent dans de fortes proportions; tandis que la détérioration des caractéristiques des ma- fériaux (béton et armatures) s'accèlère au fur et à mesu re du développement de l'incendie. En définitives l'ou- vrage -périt par déformations plastiques importantes des dalles en travée. L'invention vise à remédier aux inconvénients dont il vient autre question, en fournissant un dispositif apte à assurer efficacement la résistance au feu d'une paroi continue bridée par plusieurs appuis; . le dispositif conforme à l'invention comprend, dans chacune des zones-en appui de ladite paroi; des armatures longi- tudinales ancrées positivement à leurs extrémités dans les deux travées voisines et présentant, sur le reste de leur longueur, une adhérence au-béton déterminée à l'avance pour permettre un glissemen relatif du béton et desdites armatures lorsque l'effort de traction auquel est soumise ladite paroi en appui dépasse un seuil de sécurité choisi-0 Ainsi qu'on le verra, ces armatures particulières main- tiennent, en cas d'exposition au feu, la continuité de la paroi9 tout-en-permettant la formation des "rotules plastiques" à grand angle dtouvertureO Suivant un mode dtexécution9 ces armatures de continuité assurent également, en coopération avec des armatures du type classique, la résistance de la paroi dans les conditions normales. Suivant un autre mode d'exécution, ces armatures de con tinuité sont distinctes de celles qui assurent la résistance de la paroi dans les conditions normales, et elles sont montées dès l'origine, librement coulissantes dans le béton. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comerft l1 invention peut autre réalisée, les- particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention;; La figure i est une vue schématique, en coupe verticale longitudinale, de la dalle continue de type connu déjà décrite plus hauts La figure 2 est une vue schématique illustrant l'appari- tion d'un gradient de température en cas d'exposition au feu de ladite dalle, La figure 3 est une vue schématique, déjà décrite plus haut, illustrant l'apparition de discontinuités angulaires dans le cas d'une dalle composée de travées successives indépendantes0 la figure 4 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'une dalle continue équipée d'un dispositif de résistance au feu conforme à l'invention. la figure ta est une vue à plus grande échelle, illustrant un détail de la figure 4c La figure 5 est une vue schématique illustrant le fonc tionnement du-dispositif représenté à la figure 4, en cas d'exposition de ladite dalle au feu, La figure 6 est une vue schématique, en coupe horizontale, d'une dalle continue reposant sur deux séries d'appuis orthogo naux et équipée d'un dispositif de résistance au feu conforme à l'invention0 figure 7 est une vue schématique, en coupe verticale longitudinale, d'un autre exemple de paroi auquel s'applique l'invention. Sur l'ensemble des figures, les mêmes repères désignent des éléments identiques ou équivalents, la figure 4 montre une dalle continue, analogue en tous points à celle qui a été représentée à la figure 2, sauf en ce qui concerne le dispositif destiné à assurer la résistance de cette dalle en cas d'incendie et qui sera décrit ei-dessousO Ce dispositif comprend, dans chacune des zones en appui de ladite dalle, des armatures longitudinales 5 disposées en chapeau comme les armatures 4, mais plus longues que ces dernières. Chacune des armatures longitudinales 5 est ancrée, à ses deux extrémltés, dans les deux zones en travée (par exemple lb 1b, 1c) situées de part et d'autre de l'appui 2 considéré, à laide d'un dispositif d1ancrage positif 6, c'est-à-dire dont l'action d'ancrage ntest pas due à l'adhérence de l'armature au béton0 A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 4a, un dispositif d'ancrage positif constitué par une plaque métallique percée d'un orifice à travers lequel s'engage l'extrémité de l'armature 5 qui est ensuite matée comme indiqué en 5a. Mais il va de soi que l'on pourrait mettre en oeuvre tout autre dispositif d'ancrage positif équivalent. les armatures 5 présentent, en outre, une autre particularité concernant leur adhérence au béton0 Comme on le sait, les armatures 4 destinées à assurer la résistance de la dalle dans-les conditions normales à froid, doivent pouvoir transmettre sans glissement les contraintes tangentielles0 Elles doivent, par conséquent, obéir à des conditions très strictes, fixées par les Règles du Béton Armé, concernant leur adhérence au béton. Leur géométrie, leur état de .surface et leur distribution spatiale sont donc déterminés de façon telle que l'on peut admettre qu'elle sont effectivement parfaitement adhérentes. Au contraire, les armatures 5 conformes à l'invention présentent, dès l'origine, une adhérence au béton beaucoup plus faible et qui a été déterminée à l'avance- pour permettre un glissement relatif du béton et desdites armatures lorsque l'ef- fort de traction auquel est sonmise la zone en appui précitée dépasse un seuil de sécurité choisi, les armatures 5 présentent donc une géométrie (barres rondels;; lisses, dépourvues de cannelures hélicoidales ou de crénelures transversales ou hilicoIdales) un-état de surface (barres non oxydées, éventuellement polies ou graissées) et une distribution spatiale (absence de fils transversaux, du type de ceux utilisés dans les treillis soudés), appropriés pour que soit obtenue l'adhérence faible ou éventuellement nulle désirée0 Suivant un mode d'exécution de l'invention, cette adhérence peut être juste celle qui est nécessaire pour permettre aux armatures 5 de transmettre sans glissement notable, dans les conditions normales à froid, une partie ds contraintes tangentielles, et de coopérer ainsi avec les armatures 4 (de type classique, à hfirence élevée) pour assurer dans ces conditions la résistance de la dallez Suivant un autre mode d'exécution de l'invention, les les armatures 5 peuvent être entièrement distinctes de celles qui assurent la résistance de la paroi dans les conditions normales à froid, Dans ce cas, l'adhérence de ces armatures sera, de préférence, choisie très faible ou nulle dès ltorigine. On pourra, par exemple, avoir recours (voir partie de droite de la figure- 5) à des armatures 5 montées librement coulissantes dans des gaines 7. Dans tous les cas, il pourra être avantageux d'utiliser pour les armatures 5 un acier-à très haute résistance à la rupture (par exemple, de tordre de 180 Kg/mm2). la figure 5 illustre le fonctionnement des armatures 5 en cas d'incendie. Pour les raisons qui ont déjà été données plus haut, la dalle 1 tend à s'ouvrir, sous l'effet du gradient thermique, au droit de chacun des appuis 2 et, très rapidement, les armatures normales 4, fortement adhérentes au béton de part et d'autre de la fissure, cassent. Par montre, les armatures 5 que dès l'origine, sont beaucoup moins adhérentes, commencent à glisser par rapport au béton, soit immédiatement (dans les cas d'armatures montées librement coulissantes), soit dès que le seuil de sécurité précité est atteint, tout en restant ancrées positivement en 6 à leurs deux extrémités dans les deux travées voisines. Etant libres sur toute leur longueur, ces armatures peuvent donc s'allonger librement sous l'action de l'effort de traction qui tend à ouvrir la dalle au droit de l'appui 2 considéré. L'allongement total- obtenu (ou, en d'autres termes, l'ouverture angulaire de la "rotale plastique" formée au-dessus de l'appui) est suffisant pour que.chacune des travées (telles que Xb, 1c) puisse prendre sa courbure, sans que la continuité mécanique de la dalle 1 soit rompue. On évite, par conséquent, l'augmentation brutale (par exemple dans le rapport de 3 à i) des moments en travée, qui se produisait jusqu'à présent, du fait de la disparition du moment de continuité de la dalle dans ses parties en appui, et donc l'affaissement par déformation plastique de ces travées. On assure ainsi, de façon efficace, la résistance au feu de la dalle continue 1 en évitant de cette manières qu'en cas dtincendie prenant naissance à un étage inférieur du bttiment, les étages supérieurs ne s'effondrent0 On a supposé jusqu'à présent (voir figure 4). que la dalle ou plancher 1 reposait sur des appuis 2 (tels que des murs porteurs) espacés uniquement suivant la direction longitudinale de la dalle. Mais il va de soi que cette dalle pourrait aussi reposer sur des appuis supplémentaires transversaux, tels que des cloisons 12 risibles sur la figure 6. Dans ce cas, les armatures de continuité 5 seraient disposées non seulement dans les zones sur appuis principaux 2, mais également dans les zones sur appuis supplémentaires 12. l'invention n'est pas limites à non application à des parois horizontales (dalles, poutres, planchers), mais elle s'étend également au cas de parois verticale-s bridées par des appuis horizontaux (tels que des planchers). la figure 7 montre, à titre dtexemple, une paroi verticale Il équipée, au droit fies planchers 1S dgarmatures dé continuité 5 analogues à celles qui sont utilisées pour lesdits planchers. On a représenté en trait mixte sur cette figure la courbure des travées horizontales et verticales qui tend à prendre naissance en cas d'incendie, et qui jus-. tifie l'emploi de ces armatures particulières. On notera enfin que lwexpression "béton armé" employée dans la description englobe également le cas du béton pré con- traint. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution ddquivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné à assurer la résistance au feu d'une paroi continue en béton armé bridée par plusieurs appuis qui divisent ladite paroi en plusieurs travéess caractérisé en ce qutil comprend, dans chacune des zones en appui de ladite paroi, des armatures longitudinales ancrées positivement à leurs extrémités dans les deux zones en travée voisines et présentant, sur le reste de leur longueur, une adhérence au béton déterminée à l'avance pour permettre un glissement relatif du béton et desdites armatures lorsque l'effort de traction auquel est soumise ladite zone en appui dépasse un seuil de sécurité chois t, de manière, en cas d'exposition au feu, à maintenir la continuité de ladite paroi. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites armatures de continuité assurent également, en coopération avec des armatures de type classique, la résistance de la paroi dans les conditions normales à froid. 3.--Dispositif suivant l-a revendication 1, caractérisé en ce que lesdites armatures de continuité sont distinctes de celles qui assurent la résistance de la paroi dans les conditions normales à froid, et sont montées, dès ltorigine, librement coulissantes dans le béton.