Brevet FR2668191A1 — publié le 19920424

La présente invention concerne un procédé de construction de poutres en béton armé à résistance au feu accrue, et une poutre en béton armé réalisée selon ce procédé. Les réglements de construction d'ouvrages tels que des bâtiments, des parkings, etc .., prévoient qu'un ouvrage doit résister au feu pendant une certaine durée, variable suivant les cas, afin de garantir la sécurité des personnes, notamment des pompiers, qui pourraient se trouver au voisinage de ou dans l'ouvrage lors d'un incendie. Dans le cas où l'ouvrage est en béton armé, sa résistance au bout de la durée T dépend de la hausse de température AO de chacune de ses armatures en acier: en effet, la résistance d'une armature en acier diminue notablement lorsque sa température augmente. Le document technique unifié (DTU) "méthode de prévision par le calcul du comportant au feu des structures en béton" publié en octobre 1987, dit "règles de calcul FB", donne les règles qui permettent à un constructeur de prévoir la hausse de température Aû en chaque point d'un ouvrage en béton armé, et d'en déduire le coefficient de résistance R de chaque armature en fonction de sa position dans l'ouvrage en béton armé, au bout d'une durée T d'incendie théorique normalisée. Le coefficient de résistance R de chaque armature est exprimé en pourcentage de la résistance à froid de I'armature, compris entre entre 0 et 100%. Pour un ouvrage donné en béton armé, nous supposerons donc par la suite que l'on connaît la hausse de température AO en tout point de cet ouvrage au bout d'une durée T d'incendie normalisé, ainsi que le coefficient de résistance R de chacune de ses armatures en fonction de sa position dans l'ouvrage, au bout de la durée T d'incendie normalisé. Afin d'accroître la résistance au feu des ouvrage en béton armé, le DTU "règle de calcul FB" préconise d'augmenter l'enrobage des armature en acier, de façon à retarder leur montée en température.Mais un enrobage trop important des armature peut entraîner, au cours d'un incendie, un éclatement prématuré du béton à la surface de I'ouvrage, qui n'est plus consolidé par des armatures : cet éclatemement peut mettre à nu au moins une partie des armatures, dont la température augmente alors très rapidement, tandis que leur résistance diminue aussi très rapidement. Lorsque l'enrobage des armatures dépasse 7 cm, le DTU "règles de calcul FB" prévoit donc la mise en place d'un treillage de protection, enrobé de 1,5 cm de béton, dont la maille soit telle qu'elle ne dépasse pas 10 cm dans un sens.Le rôle de ce treillage de protection est uniquement d'empêcher l'éclatement du béton en cas d'incendie: il n'a donc pas besoin d'avoir une grande résistance mécanique, de sorte que le diamètre des armatures métalliques qui constituent le treillage métallique est généralement faible. Ainsi, ce treillage métallique est généralement souple, et donc particulièrement difficle à mettre en place avec précision avant le bétonnage de l'ouvrage, d'autant plus que l'enrobage préconisé pour ce treillage est assez faible (1,5 cm). Le procédé préconisé par le DTU "règles de calcul FB" pour accroître la résistance au feu d'un ouvrage en béton armé est donc difficile à mettre en oeuvre, et quasiment pas employé. Une autre méthode pour accroître la résistance au feu des ouvrages en béton armé pourrait consister à rajouter des armatures en acier dans les parties de l'ouvrage dont la hausse de température AO au bout de la durée T est compatible avec une résistance des armatures égale à ou voisine de 100 %. Mais cette méthode implique un accroissemnent significatif de la quantité d'acier employée dans l'ouvrage, et donc un coût élevé. Le procédé le plus généralement employé pour accroître la résistance au feu d'un ouvrage en béton armé est de le recouvrir d'une couche d'isolant thermique tel qu'un enduit de matériau isolant projeté, une peinture intumescente, ou tout autre matériau isolant classique.Lors d'un incendie, la couche d'isolant thermique retarde la montée en température du béton qu'elle recouvre, de façon à garantir la stabilité de l'ouvrage pendant la durée T voulue. Mais les isolants thermiques employés sont coûteux, et souvent peu esthétiques. En outre, ils vieillissent parfois mal, et doivent alors être remplacés fréquemment, d'où un coût d'entretien élevé. La présente invention vise à réaliser un procédé de fabrication d'un ouvrage en béton armé à résistance au feu accrue qui évite les inconvénients précités. Le procédé de la présente application trouve tout son intérêt pour l'accroissement de la résistance au feu des poutres en béton armé. Ainsi, la présente invention a pour objet un procédé de construction d'une poutre en béton armé à résistance au feu accrue destinée à résister à un incendie théorique normalisé pendant une durée T donnée, caractérisé en ce que, connaissant une répatition au sein d'une section de la poutre d'un coefficient de résistance R d'armatures de la poutre au bout de ladite durée T d'incendie théorique normalisé,ledit coefficient R indiquant un pourcentage compris entre 0 et 100 % de la résistance des armatures à températures normale, le diamètre d'une armature longitudinale disposé en un point donné de la section de la poutre est maximum si le coefficient de résistance R en ce point est supérieur à une valeur limite, et minimum si ledit coefficient de résistance R en ce point est inférieur à une autre valeur limite. Avantageusement, la gamme des coefficients de résistance est divisée en un nombre n d'intervalles I1 = LO, R1J, I2= JR1, R2J ....--- In = ]Rn-l, 100 23, correspondant respectivement à des diamètres d'armatures D1, D2, Dn avec D1 D2 Les armatures logitudinales de la poutre peuvent être disposées aux même emplacements que si elles étaient toutes de diamètre maximal. La présente invention a aussi pour objet une poutre selon ce procédé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une poutre en béton armé classique, à résistance au feu non accrue, - la figure 2 est un exemple de répartition de hausse de température AO en degrés Celsius dans une partie de la section d'une poutre en béton armé, après une durée donnée T d'incendie théorique normalisé, - la figure 3 donne le coefficient de résistance R en différents points de la poutre de la figure 2, en fonction des hausses de température M de la figure 2, et - la figure 4 est une vue en coupe transversale de la poutre des figures 2 et 3, réalisée selon le procédé de l'invention. La figure 1 présente une section en travée d'une poutre P classique en béton armé conçue pour des conditions de température normales, c'est-à-dire sans incendie. La poutre est de section rectangulaire, comportant une face inférieure 1, deux faces latérales 2 et 2', et une face supérieure 3. La jonction entre la face inférieure 1 et les faces latérales 2 et 2' détermine deux angles inférieurs 6 et 6'. Il va de soi que la section de la poutre pourrait être tout autre, et que la section rectangulaire est choisie seulement à titre d'exemple. La poutre P est généralement soumise à des efforts de flexion, dus à une charge s'appuyant sur sa face supérieure 3, par exemple une dalle en béton armé (non représentée) Ces efforts de flexion sont repris par des armatures 4 longitudinales généralement en acier, réparties sur un ou plusieurs lits horitzontaux superposés 5a, 5b,..., au voisinage de la face inférieure 1 de la poutre P. Toutes les armatures sont généralement de diamètre identique, choisi par le concepteur de la poutre. Appelons D ce diamètre. La position du lit 5a le plus proche de la face inférieure 1 de la poutre P est déterminée par l'enrobage e souhaité par le concepteur de la poutre, c'est-à-dire la distance minimale entre une armature et une face de la poutre. Au sein du lit Sa, les armatures 4 doivent être écartées des parois latérales 2 et 2' de la poutre de la distance e, et elles doivent être écartées entre elles d'une distance E choisie par le concepteur de la poutre, qui ne peut être inférieure au diamètre D. Ceci détermine le nombre maximal d'armatures 4 qui peuvent être disposées dans le lit 5a. En général, on dispose dans le lit inférieur 5a, le nombre maximal d'armatures 4, à moins qu'un nombre d'armatures 4 inférieur au nombre maximal soit suffisant pour compenser les efforts de flexion supportés par la poutre P.Si les armatures disposées dans le lit inférieur Sa ne suffisent pas à compenser les efforts de flexion, on dispose un deuxième lit 5b d'armatures, écarté du premier de la distance D, puis éventuellement un troisième lit Sa etc..., jusqu'à ce que l'ensemble des armatures 4 puissent compenser les efforts de flexion imposés à la poutre P. En supposant qu'il n'y ait que deux lits d'armatures Sa et 5b, respectivement inférieur et supérieur, le lit supérieur Sb peut éventuellement comporter un nombre d'armatures inférieur au nombre maximal d'armatures qui peuvent y être disposées. En outre, il est possible que certaines armatures 4' du lit supérieur 5b soient de diamètre inférieur au diamètre D, de façon à optimiser la quantité d'acier incorporée dans la poutre P. Remarquons bien que dans la poutre P, la ou les armatures 4' de diamètre inférieur ou diamètre D sont toujours disposées dans le lit supérieur 5b d'armatures, qui travaille le moins en traction. Au contraire, les armatures disposées dans le lit inférieur Sa sont toujours de diamètre D maximal et donc de résistance maximale, puisqu'elles sont dans une zone de la poutre P proche de sa face inférieure I, la plus tendue du fait des efforts de flexion supportés par la poutre P. Considérons maintenant une poutre P', dont on souhaite qu'elle résiste à un incendie théorique normalisé pendant une durée T, par exemple deux heures. Cette poutre P' peut par exemple avoir une forme extérieure similaire à celle de la poutre P, comme représenté sur la figure 2. La poutre P' comporte donc aussi une face inférieure 1, deux angles inférieurs 6 et 6', deux faces latérales 2 et 2', et une face supérieure 3 (non représentée sur la figure 2). La face supérieure 3 de la poutre supporte généralement une dalle (non représentée), de sorte qu'elle n'est pas directement exposée à un incendie affectant les faces 1,2 et2' de la poutre P'. Dans ces conditions, on peut connaître la hausse de température Aû de tout point de la poutre P' au bout de la durée T d'incendie théorique normalisé, comme expliqué dans le DTU "Règles de calcul FB". La figure 2 représente la hausse de température Aû, en degrés Celsius, par rapport à une température de référence, par exemple 200 C, en différents points de la section de la poutre P'. La hausse de température AO est maximale près des angles inférieurs 6 et 6' de la poutre, et décroît en s'éloignant desdits angles 6 et 6'. En s'éloignant des angles 6 et 6', la hausse de température reste forte sur les face 1,2 et 2' de la poutre, mais décroît fortement vers l'intérieur de la poutre. Le D.T.U. "règles de calcul FB" donne la correspondance entre la hausse de température AO subie par une armature et son coefficient de résistance R, exprimé en poucentage de la résistance à température normale. Une fois connue la hausse de température en différents points de la section de la poutre, il est donc immédiat de connaître les coefficients de résistance R correspondants, c'est-à-dire les coefficients de résistance qu'auraient des armatures placées aux différents points de température connue. La figure 3 représente les coefficients de résistance R en % correspondant aux hausses de températures AO indiquées sur la figure 2; on constate que les coefficients de résistance sont nuls près des angles inférieurs 6 et 6' de la poutre, et d'une manière générale faibles près des parois 1, 2, 2'. Par contre, les coefficients de résistance R deviennent assez vite égaux à 100% lorsqu'on se déplace vers l'intérieur de la poutre. Une armature située près d'un angle 6 ou 6' inférieur de la poutre P' aura donc une résistance nulle au bout de la durée T d'incendie, tandis qu'une armature située vers l'intérieur de la poutre gardera 100% de sa résistance à froid. Le procédé de construction de poutres en béton armé à résistance au feu accrue selon l'invention consiste, pour une poutre P' de forme donnée, devant résister pendant une durée T à un incendie, à moduler le diamètre des armatures en fonction de leur coefficient de résistance R au bout de la durée T d'incendie normalisée théorique. Pour cela, on subdivise la gamme des coefficients de résistance de 0 à 100% en un certain nombre d'intervalles, et on fait correspondre à chaque intervalle un diamètre d'armature. Appelons n le nombre d'intervalles de coefficients de résistance, et D1, D2, ... Dn les diamètres d'armatures correspondant aux n intervalles de coefficients de résistance I1, I2, ... In.D1 est le diamètre minimal d'armature, correspondant à un intervalle Il de coefficients de résistance R compris entre 0 et une première valeur limite R1; D2 est un diamètre d'armature supérieur à D1, correspondant à un intervalle 12 de coefficients de résistance compris entre R1 et une deuxième valeur limite R2; ...; et Dn est un diamètre maximal d'armature, correspondant à un intervalle In de coefficients de résistance compris entre une (n-l)-ième valeur limite Rn.i et 100%. Les valeurs limites R1, R2,... Rn l ainsi que les diamètres d'armatures D1, ..... Dn correspondant aux n intervalles de coefficients de résistance sont choisis par le concepteur de la poutre P' en béton armé, de même que l'enrobage e des armatures. A partir de ces données, on peut déterminer des emplacements possibles pour les armatures, en supposant que toutes les armatures sont de diamètre Dn maximal. Cette détermination se fait exactement comme dans le cas de la poutre classique P de la figure 1. C'est-à-dire, des armatures de diamètre maximal Dn disposées à ces emplacements auraient un enrobage e, seraient disposées en lits superposés écartés d'une distance égale à Dn, et seraient espacées à l'intérieur de chaque lit d'une distance E supérieure au diamètre Dn. Pour chaque emplacement d'armature, on connaît le coefficient de résistance R au bout de la durée T d'incendie théorique normalisé. Ce coefficient de résistance R appartient à l'un des n intervalles de coefficients de résistance, qui correspond à un certain diamètre d'armature Di: on met donc à cet emplacement une armature de diamètre Di. A partir des emplacements les plus proches de la partie inférieure de la poutre P', on affecte ainsi successivement à chaque emplacement d'armature une armature de diamètre dépendant du coefficient de résistance R dudit emplacement au bout de la durée T d'incendie théorique normalisée, jusqu'à ce que les conditions réglementaires de stabilité de la poutre à froid et en cas d'incendie soient satisfaits. Sur l'exemple de la figure 4, la poutre P' des figures 2 et 3 comporte des armatures déterminées comme décrit précédemment. A titre d'exemple, on répartit les coefficients de résistance R en trois intervalles, correspondant à trois diamètres d'armatures D1, D2, D3. Par exemple, les résistances comprises entre 0 et 33% correspondent à un diamètre D1 = 22 mm, les résistances comprises entre 33 et 66% correspondent à un diamètre D2 = 30 mm, et les résistances comprises entre 66 et 100% correspondent à D3 = 40 mm. Sur la figure 4, les armatures 7 placées en un lit inférieur 9a près de la face inférieure 1 de la partie P' ont donc un diamètre D1 = 22 mm, puisque les emplacements des armatures correspondent à des coefficients de résistance R inférieurs à 33% au bout de la durée T d'incendie, comme représenté sur la figure 3. Les armatures 7 de diamètre D1 sont centrées sur les positions qu'auraient eues des armatures de diamètre D3 espacées entre elles de la distance E et enrobées d'une épaisseur e de béton. Sur l'exemple de la figure 4, la poutre P' comporte un lit 9b d'armatures superposé au lit inférieur 9a et écarté du premier lit 9a d'une distance qui serait égale à àD3 si les deux lits comportaient des armatures de diamètre D3. Dans le deuxième lit 9b, les armatures 7 situées aux emplacements les plus proches des parois latérales 2 et 2' de la poutre P', qui correspondent à des valeurs de R inférieures à 33% sur la figure 3, sont de diamètre D1. Les autres armatures 8 situées plus à l'intérieur de la poutre P', situées à des emplacements correspondant à des coefficients de résistance R supérieurs à 66% sur la figure 3, sont de diamètre maximal D3. Ainsi, les armatures 7, 8 de la poutre P' capable de résister au feu pendant une durée T sont disposées d'une façon inhabituelle dans une poutre en béton armé, à l'inverse de la disposition des armatures de la poutre classique P de la figure 1. En effet, dans la poutre P' réalisée selon le procédé de l'invention, les armatures 7 de faible diamètre D1 sont disposées près de la face intérieure 1 de ladite poutre P', tandis que dans la poutre classique P, s'il existe des armatures 4' de diamètre inférieur aux autres armatures 4, elles sont disposées le plus loin possible de la face inférieure 1. La disposition des armatures selon le procédé de l'invention n'entraîne pas en général une hausse significative de la masse d'acier incorporée dans la poutre P' par rapport à une poutre classique P en béton armé de même forme et soumise aux mêmes conditions. En effet, les conditions réglementaires de stabilité à froid de la poutre P' selon l'invention sont les mêmes que pour la poutre P classique. La quantité d'acier minimale à répartir dans la section de la poutre P' pour résister aux sollicitations à froid est donc égale ou légèrement supérieure à la quantité d'acier incorporé dans la poutre P. Elle peut être légèrement supérieure du fait que dans la poutre P' selon l'invention, les armatures les plus proches de la face inférieure 1 de la poutre P' sont généralement de diamètre minimal Dl, et donc de résistance minimale, alors que ce sont elles qui travaillent le plus en traction : pour compenser ceci, il peut être nécessaire d'incorporer un peu plus d'acier dans la poutre P' que dans la poutre P. Par ailleurs, les conditions réglementaires de stabilité à chaud de la poutre P', c'est-à-dire après une durée T d'incendie théorique normalisé, sont moins draconiennes que les conditions de stabilité à froid: notamment, les coefficients de sécurité appliqués aux sollicitations exercées sur la poutre, dans le calcul de la stabilité de la poutre, sont moins élevés qu'à froid. En effet, en cas d'incendie, on ne cherche pas à garantir la pérennité de la poutre, mais à éviter sa destruction immédiate. De ce fait, pour les durées d'incendie T habituelles pendant lesquelles il faut garantir la stabilité de la poutre P', la quantité minimale d'acier requise pour la stabilité à froid est généralement suffisante pour assurer la stabilité à chaud, ou bien il est nécessaire d'y ajouter une faible quantité d'acier pour assurer la stabilité à chaud.Ceci est dû à la répartition particulière des armatures dans la poutre P' selon l'invention, où les armatures 8 de diamètre maximum D3 sont disposées dans les zones les moins chaudes de la poutre Pt, où elles gardent un bon coefficient de résistance au bout de la durée T d'incendie. Globalement, la quantité d'acier incorporée dans une poutre P' selon l'invention ne dépasse généralement pas de plus de 5 % la quantité d'acier incorporée dans une poutre P classique en béton armé, de même forme et soumise aux mêmes sollicitations. Dans certains cas la poutre P' peut même incorporer exactement la même quantité d'acier que la poutre P classique. La présente invention permet donc d'accroître la résistance au feu d'une poutre en béton armé, à faible coût. Dans Exemple choisi, la poutre P' a une section rectangulaire il est évident qu'elle pourrait avoir toute autre section, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Revendications 1.- Poutre en béton armé (P') à résistance au feu accrue, destinée à résister à un incendie théorique normalisé pendant une durée T donnée, comportant des armatures longitudinales (7, 8) en des points donnés de sa section, lesdites armatures ayant un diamètre compris entre un diamètre minimum (D1) et un diamètre maximum (Dn), chaque armature longitudinale (7, 8) subissant une hausse de température AO au bout de ladite durée (T) d'incendie théorique normalisé, de sorte qu'elle possède alors un coefficient R de résistance indiquant un pourcentage de sa résistance à température normale, caractérisée en ce que le diamètre de chaque armature est maximum (Dn) si son coefficient de résistance R est supérieur à une valeur limite (Rn-l), et minimum si ledit coefficient de résistance R est inférieur à une autre valeur limite (R1). 2.- Poutre en béton armé (P') selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que la gamme des coefficients de résistance est divisée en un nombre n d'intervalles I1 = [ 0, R1], I2 = ]R1, R2], .... = ]Rn - 1, 100%], correspondant respectivement à des diamètres d'armature D1, D2, ... Dn avec D1 Dn, et en ce que le diamètre d'une armature longitudinale (7, 8) ayant, au bout de ladite durée T d'incendie théorique normalisé, un coefficient de résistance R appartenant à un intervalle Ii, est de diamètre Di correspondant à l'intervalle Ii. 3.- Poutre en béton armé (P') selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que la gamme des coefficients de résistance est divisée en trois intervalles II = [0, 33%], 12 = ]33, 66%l, 13 = ]66, 100%]. 4.- Poutre en béton armé (P') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en outre en ce que lesdites armatures longitudinales (7, 8) de la poutre (put) sont disposées aux mêmes emplacements que si elles étaient toutes de diamètre maximal (Dn).