Transcript بسم هللا الرحمن الرحيم 1ER SEMINAIRE NATIONAL DE GENIE CIVIL SUR LES MATERIAUX ET PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT Mostaganem, Les 14 et 15 Mars.

‫بسم هللا الرحمن الرحيم‬
1ER SEMINAIRE NATIONAL DE GENIE CIVIL
SUR LES MATERIAUX ET PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT
Mostaganem, Les 14 et 15 Mars 2011
Université Abdelhamid Ibn badis de Mostaganem
Laboratoire Construction, Transport et Protection de l’Environnement
Département de Génie Civil
06/11/2015
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UNIVERSITE BADJI MOKHTAR
BADJI MOKHTAR UNIVERSITY
- ‫ عنابة‬- ‫جامعة باجي مختار‬
ALGERIA
Dr OTMANI Nadia née BenMehidi
J. M. Franssen, M. Guenfoud
THANK YOU
FOR
YOUR
ATTENTION
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Plan de l’exposé :
•
INTRODUCTION
•
NOTIONS DE BASE
1.
2.
Feu et incendie
Présentation du Code employé: SAFIR
•
COMPORTEMENT DES COLONNES EN BETON ARME VIS-A-VIS DU FEU
1.
Caractéristiques thermo-physiques et mécaniques du béton ordinaire et du béton à haute
résistance
Analyse transitoire multi-physique non linéaire des colonnes
2.
•
CONCLUSIONS
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
Le feu est un des quatre éléments de base: l’eau, l’air et la terre. L’incendie est un des sinistres
menaçant la vie et les biens de l’homme.

Les colonnes des bâtiments jouent un rôle principal; vu que la ruine d’une colonne entraine la ruine du
bâtiment . L’analyse de la résistance au feu est couramment l’objet de nombreuses études.

Dans ce travail nous considérons des colonnes en béton armé chargées par des efforts de compression
excentrés en présence d’incendie (feu normalisé).

Nous déterminons alors, les
nouvelles caractéristiques mécaniques dans chaque particule du
milieu(module tangent, contraintes, déformations) ainsi que le temps de ruine des colonnes.

Les résultats importants obtenus expriment bien : l’influence de la température et l’importance de la
sollicitation mécanique sur le temps de ruine des colonnes étudiées.
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NOTIONS DE BASE - Feu et incendie

Le triangle du feu est un moyen simple pour expliquer une combustion.
 Un feu est une combustion. On le trouve dans des fours, des chaudières sous forme de combustion contrôlée.
 Lʹincendie, est une combustion incontrôlée.
 Les experts de l’incendie sont les pompiers qui, eux, doivent tenter de maîtriser une combustion incontrôlée qui
répond à un scénario parsemé d’imprévus, avec des vies humaines qui doivent être secourues.
 La résistance au feu a pour but de préserver la stabilité des édifices et de s’opposer à la propagation rapide du
feu pendant le temps nécessaire à l’alarme et à l’évacuation des occupants. Elle se mesure, pour un élément
structurel par son temps de ruine.
La détermination du degré de résistance au feu d’une structure par rapport à un incendie se fait par
expérimentale ou par simulation numérique.
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voie
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INCENDIE REEL ET INCENDIE NORMALISE
Il y a plusieurs façons de modéliser l’incendie à l’intérieur d’un bâtiment. Dans un ordre croissant de complexité, les
modèles les plus couramment utilisés sont
–
–
–
–
–
Les courbes nominales
Les courbes paramétriques
Les modèles de zones
Les modèles CFD
Les modèles de feux localisés
Figure 1. Evolution de la température lors d’un incendie réel
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Courbes nominales
•
Nous utilisons la courbe ISO dans notre travail , faisant partie de la famille des courbes nominale qui ont toutes les
caractéristiques suivantes :
•
•
•
•
la température est uniforme dans le compartiment ;
le seul paramètre dont elles dépendent est le temps ;
il n’y a pas de phase de refroidissement.
La courbe nominale ASTM, utilisée aux Etats‐Unis, est très proche de la courbe ISO.
Courbe ISO – 834
•
•
•
L’équation analytique est : θg = 20 + 345 lg (8t + 1)
avec t temps (min),
θg température ambiante (donc des gaz chauds autour de l’élément de structure considéré).
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Figure 2. Courbe ISO de montée en température d’un essai au feu
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CODE EMPLOYÉ : SAFIR
•
SAFIR est un logiciel développé à l'Université de Liège en Belgique, par le Professeur
Jean Marc Franssen
•
SAFIR (consacré pour la simulation du comportement des structures soumises au feu).
Il se base sur les lois de comportement des Eurocodes et utilise la technique des éléments finis qui permet
 L'étude du problème thermique et celle du problème statique
•
•
Dans la conception de structures en cas d’incendie il y a trois étapes à suivre:
1.Définition le feu (pris comme des données par SAFIR).
• 2.Calcul des températures dans la structure.
• 3. Analyse du comportement mécanique
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COMPORTEMENT DES COLONNES EN BETON ARME VIS-A-VIS DU FEU
Comportement mécaniques du béton normal
(à haute température)
Tableau1. Relation entre les différents paramètres du modèle de la figure4
Figure 3. Modèle mathématique à température élevée des relations
contrainte- déformation du béton en compression proposée par L’Euro code 4
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Résistance en compression du béton normal
Figure 4. Evolution de la résistance du béton en fonction de la température et du type de granulats
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La résistance de l’acier pour béton en fonction de la température
Figure 5. Evolution de la résistance de l’acier en fonction de la température et du type d’acier
Courbe 1 : armatures tendues (acier laminé à chaud) pour des déformations ≥ 2 % ;
Courbe 2 : armatures tendues (acier formé à froid) pour des déformations ≥ 2 % ;
Courbe 3 : armatures comprimées ou armatures tendues pour des déformations < 2 %.
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Les bétons à haute résistance
Figure 6. Diminution de la résistance à la compression des bétons à haute résistance.
- la classe 1 pour les C55/67 et C60/75 ;
- la classe 2 pour les C70/85 et C80/95 ;
- la classe 3 pour les bétons C90/105.
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Evolution du module d’élasticité
Figure 7. Modules d’élasticité en fonction de la température
Diederichs et al. 1992 et Castillo et Durrani, 1990 ont mesuré les déformations des éprouvettes au cours des essais
de compression à hautes températures.
 la réduction du modules d’élasticité
l’augmentation de la déformabilité des bétons.
Les deux séries de courbes restent cependant supérieures à celles du DTU. Les différences sont importantes sur
une grande plage de température
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Relations contrainte - déformation du béton normal, du béton à haute
performance seul et avec un cocktail de fibre
Figure 8. Comparaison du comportement de trois types de béton
Grasse à l’étude expérimentale [KÜT, 99], il a été montré que l’ajout d’un mélange de fibre d’acier (80Kg/m3)
et de fibre de polypropylène (2 Kg/m3) au BHP (f c=75MPa) donne:
o Amélioration considérable du comportement du BHP vis-à-vis du feu (voir figure 9)
o Le cocktail de fibres entraine l’apparition de microfissures facilitant l’évaporation( le problème
d’écaillage est résolu).
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ANALYSE TRANSITOIRE MULTI-PHYSIQUE NON LINÉAIRE
Définition du modèle
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Discrétisation par éléments finis
Figure 9 Discrétisation transversale
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et longitudinale
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Résultats de l’analyse thermique
Les figures ci dessus donnent les températures en tout point de la section, au temps voulu
Figure 10. Températures à t=30 et 60 min
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la température maximale apparait en premier lieu aux coins de la section ensuite aux éléments qui
appartiennent à la surface des colonnes. La température minimale se trouve dans la zone centrale.
Figure 11. Variation de la température selon l’axe y pour t=60,120,180min
Figure 12. Distribution des températures le long de
l’axe z = 0 [BRA, 05]
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Variation des températures en fonction du temps
Figure 13. Températures pour cinq nœuds à t= 60min
La figure 13. donne une meilleure explication pour les variations de température des différents nœuds de la
section de béton armé, ainsi le nœud 12 qui est le plus exposé à l’incendie (courbe rouge)présente une
température maximale qui dépasse 900°C au bout d’une heure. Le nœud 133 qui se trouve au milieu de la
section (courbe jaune) a une température minimale(69,30 °C à 60 min) .
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Résultats de l’analyse mécanique
Tableau 2. Résistance au feu, température critique et taux de chargement de dix colonnes
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Figure14 Module tangent au début et à la fin de la durée d’échauffement
 Les caractéristiques des matériaux (béton et acier), d’après la littérature diminuent sous l’effet des
hautes températures.
 Dans notre étude numérique nous avons déterminé le module tangent pour les colonnes étudiées ;
au début de l’exposition au feu seuls les coins changent de couleur (diminution de E T, Figure 16), du
fait que la surface de contact est faible, l’effet du feu est important en premier lieu au niveau des coins.
 Au temps de ruine (58 min) le module tangent au centre de la section est nul, les éléments du bord
de section ont des valeurs relativement faibles.
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Figure 15. Déplacements verticaux à chaud pour 3 nœuds, comparaison avec les résultats de Kodur
 Dans la figure 17nous comparons le déplacement axial avec le résultat obtenu par l’auteur Kodur.
Il a utilisé le béton à haute résistance afin d’étudier le phénomène d’écaillage qui se produit essentiellement pour le HSC.
 Nous constatons d’après notre étude, qu’au début le déplacement vertical est négatif pendant 12 min,
(raccourcissement du à la sollicitation mécanique); après une certaine durée d’échauffement la sollicitation thermique
provoque des déplacements positifs(dilatation de la colonne),
 La sollicitation mécanique représentée par l’effort de compression centré de 800 KN, après 58 min devient dangereuse
et provoque la ruine de la colonne.
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L’étude multi-physique des colonnes en béton armé, tenant compte, de l’effet des grandes déformations et de
la dégradation des matériaux et de leur comportement non linéaire nous a permis de soulever les
conclusions suivantes :

L’accroissement de la sollicitation thermique a causé une dégradation des caractéristiques des matériaux
tels que le module tangent …Ce qui est en accord avec la littérature [GAW 04] [DEN 07].

Il y a également apparition de déplacements axiaux et latéraux et aussi des rotations au niveau des
éléments des colonnes. Les déplacements axiaux sont
comparés à ceux trouvés par l’étude
expérimentale réalisée par l’Auteur Kodur [KOD 06]. Les résultats ne peuvent pas être identiques car les
paramètres de modélisation sont différents (Kodur a utilisé le béton à haute résistance afin d’étudier le
phénomène d’écaillage qui se produit essentiellement pour le HSC,

L’augmentation de la hauteur influe sur le temps de ruine. une colonne en béton ordinaire de 3m de
hauteur peut résister plus de deux heures.

La charge a un effet important en cas d’incendie, plus la charge augmente et plus la résistance au feu
diminue, du fait de la dégradation des caractéristiques mécaniques des matériaux.

L’excentricité provoque une diminution de la résistance au feu des colonnes à cause du moment
résultant, entrainant une déstabilisation.
Merci pour votre attention
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