Grâce à des méthodes de plus en plus avancées, nous disposons désormais de nombreuses façons de vérifier un projet proposé dans des conditions autres que normales, comme en cas d'incendie. Il n'est plus nécessaire de recourir à des méthodes simplifiées ou tabulaires qui produisaient autrefois des résultats imprécis et excessivement conservateurs. Il est désormais possible de soumettre un projet, y compris ses détails, à une analyse avancée. IDEA StatiCa Connection vous offre le calcul de la résistance au feu selon les normes, y compris le calcul incendie (EN/AISC). 

De plus, ce n'est pas si compliqué. Faisons le point sur le sujet.

Comment aborder la conception au feu

Lorsqu'on parle de conception au feu, plusieurs méthodes sont disponibles :

• Méthode tabulaire
• Conception simplifiée (vérification d'éléments individuels à température normale)
• Conception avancée (vérification incluant le calcul numérique de la résistance au feu pour les assemblages)

Jusqu'à présent, des méthodes simplifiées étaient utilisées, soit la Méthode tabulaire, soit la Conception simplifiée avec une approche analytique ou numérique, mais uniquement pour des éléments individuels exposés à des températures standard. Le calcul de la résistance au feu pour les assemblages acier n'était pas du tout utilisé. La Conception simplifiée reposait sur le principe de base que les assemblages comportent plus de matière et se réchauffent plus lentement que les autres éléments. Cela a conduit à des lacunes en matière de sécurité ainsi qu'à des inefficacités économiques.

Comment y remédier ? Il existe une solution simple : effectuer une vérification normative appropriée. La Conception avancée à températures élevées peut combler ces lacunes. C'est essentiel, notamment pour les bâtiments d'une importance particulière, tels que les aéroports, les stades, les hôpitaux, etc. Et qui plus est, nous avons la possibilité d'effectuer un calcul numérique à température élevée, non seulement pour les éléments, mais aussi pour les assemblages !

Examinons le principe de calcul utilisé dans IDEA StatiCa et la procédure de conception des assemblages acier en général.

Le cœur du calcul 

Le calcul de la résistance au feu est basé sur la classe de feu (également appelée degré de résistance au feu) et la courbe d'incendie.

La première donnée d'entrée est connue à partir des spécifications du projet. La classe de feu est un résultat qui fait généralement partie de la documentation incendie approuvée par le service de sécurité incendie. Elle indique la durée pendant laquelle la structure doit résister pour permettre à tous les occupants de quitter le bâtiment en toute sécurité avant l'effondrement. Cette durée peut varier de 15 à 240 minutes (R15 à R240) et dépend de nombreux paramètres, tels que la fonction et la taille du bâtiment, le nombre de niveaux, l'emplacement des sorties, et bien d'autres encore. En pratique, cela signifie que vous pouvez concevoir un bâtiment plus difficile à évacuer, mais qui doit résister jusqu'à quatre heures, ou que la structure peut s'effondrer après 15 minutes si elle peut être évacuée suffisamment rapidement. Mais n'oubliez pas : ce n'est pas à vous, l'ingénieur structure, d'en décider, mais aux services d'urbanisme et de sécurité incendie.

En tant que paramètre suivant, vous devez choisir une courbe d'incendie, qui représente le processus de combustion, c'est-à-dire l'échauffement de l'air au fil du temps. En réalité, la courbe commencerait à descendre dès qu'il n'y aurait plus rien à brûler. Mais à des fins de conception, une courbe artificielle a été créée sur la base d'essais et majorée pour donner des résultats conservateurs. Dans IDEA StatiCa, vous pouvez choisir parmi plusieurs courbes selon l'Eurocode (ISO 834/feu standard) ou l'AISC (ASTM E119), mais aussi des courbes spéciales pour une propagation plus rapide du feu, comme la courbe hydrocarbure utilisée pour les plateformes pétrolières, les navires ou les installations industrielles.

En fonction du type de courbe d'incendie et d'autres paramètres matériaux et dimensionnels, le logiciel calcule la température des éléments individuels (plaques) à un instant donné, selon la classe de feu, en utilisant une méthode incrémentale. La température des boulons et des soudures est prise égale à celle de la plaque connectée la plus chaude. Le calcul automatique de la plaque est effectué conformément aux normes en vigueur, et il est possible de préciser si une protection incendie est utilisée ou non. La possibilité de saisir manuellement la température des éléments individuels est également maintenue.

En fonction de la température des composants, la dégradation du matériau et, par conséquent, le coefficient de réduction des propriétés du matériau sont ensuite déterminés. Les vérifications normatives des plaques, boulons et soudures sont alors identiques à celles de l'analyse classique contrainte-déformation, mais utilisent des valeurs réduites.

Découvrez les résultats

Voici une courte démonstration des résultats de l'analyse de résistance au feu dans IDEA StatiCa Connection, afin de vous donner une idée du comportement de l'assemblage dans différentes conditions et de la manière dont la théorie est appliquée.

Dans un premier temps, j'effectue une analyse contrainte-déformation pour vérifier si l'assemblage est conforme. 

Ensuite, je crée une copie et configure une analyse de résistance au feu. Dans les paramètres, je choisis la classe de feu la plus basse, R15, et une courbe d'incendie standard selon l'Eurocode. Je configure délibérément un assemblage sans protection incendie.

Dans les résultats affichés, nous pouvons voir comment les différents composants vont s'échauffer sans protection incendie en 15 minutes et comment cela affectera les propriétés du matériau et, par conséquent, la capacité portante de l'assemblage testé. On constate qu'en seulement 15 minutes, certains composants atteignent une température supérieure à 700 °C. 

En ajoutant une protection incendie, nous obtenons immédiatement des valeurs complètement différentes, notamment pour une durée aussi courte. Les plaques n'ont pas le temps de s'échauffer et la dégradation du matériau ne pose pas de problème.

Lorsque la classe est portée à R90, et donc avec l'allongement de la durée pendant laquelle la structure doit résister au feu, nous atteignons à nouveau des températures autour de 700 °C. Cependant, avec une protection incendie, le premier cas laisse suffisamment de temps pour l'évacuation.

À l'aide d'un modèle numérique, nous avons pu effectuer cette simple comparaison de différents cas en quelques minutes. Il est également facile de lire dans les résultats quel composant est susceptible d'être le point faible du projet.

En conclusion

Comme illustré ci-dessus, la conception aux effets du feu n'a pas besoin d'être aussi complexe. IDEA StatiCa vous aidera à concevoir une structure à la fois sûre et économique. Il n'est pas nécessaire de recourir à des méthodes conservatrices obsolètes ni d'éviter complètement les calculs.

En plus de la résistance au feu dans IDEA StatiCa Connection, nous proposons également une solution pour la vérification de tous les éléments dans IDEA StatiCa Member.

Pour plus de théorie, lisez l'article de la base de connaissances Conception au feu ou consultez les cas de vérification réalisés par le Professeur Wald de CTU.