Résistance au feu des structures

La résistance au feu d'une structure peut être caractérisée par le temps qui s'écoule entre le début d'un incendie et le moment où la structure n'assure plus sa fonction, en raison d'une déformation ou d'un effondrement inacceptable.
Le chapitre 7 "Critères de conception pour la résistance au feu des structures" du rapport technique 2007 05.16.B "Systèmes et équipements pour la maîtrise des incendies et des fumées en tunnel routier" résume comme suit les objectifs de la résistance au feu des structures dans les tunnels :

1.    les personnes à l'intérieur du tunnel doivent pouvoir s'évacuer d'elles-mêmes (autosauvetage) ou être aidées à se mettre en lieu sûr (objectif principal)
2.    les opérations de sauvetage doivent être possibles dans des conditions de sécurité
3.    des mesures de protection sont prises contre l'effondrement de la structure du tunnel et la perte de biens des tiers

Un objectif supplémentaire est de limiter la durée pendant laquelle la circulation sera perturbée par les réparations après un incendie.

Un aperçu du sujet a été publié dans le chapitre VII.4 "Résistance au feu des structures" du rapport technique 1999 05.05.B : Maitrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers.

La résistance au feu des structures est décrite en fonction de différentes courbes temps-température. La figure 1 montre la courbe ISO 834, la courbe néerlandaise RWS, la courbe allemande ZTV et une courbe française "hydrocarbure majorée", HCM, dans laquelle les températures sont multipliées par un facteur de 1300/1100 par rapport à la courbe de base hydrocarbure (HC) de l'Eurocode 1, partie 2-2.

Les critères de conception pour la résistance au feu dans les tunnels ont été convenus entre l'Association mondiale de la route (AIPCR) et l'Association internationale des tunnels (ITA), tels que présentés dans l'article Routes/Roads "PIARC Design Criteria for Resistance to Fire for Road Tunnel Structures" (2004), et publiés en tant que recommandation de l'AIPCR au chapitre 7 "Design Criteria for Structure Resistance to Fire" du rapport technique 2007 05.16.B. 

Un résumé des propositions est présenté dans le tableau 1. Sur la base des courbes temps-température présentées dans la figure 1 ci-dessus, le tableau 1 identifie la courbe à choisir et la durée pendant laquelle cette courbe doit être respectée. Ces informations sont données pour différents types d'ouvrages principaux et secondaires et pour deux types de trafic : voitures/fourgonnettes et camions/citernes.

Notes

(1) 180 min peuvent être nécessaires pour une très forte densité de trafic de camions transportant des marchandises combustibles.

(2) La sécurité n'est pas un critère et n'exige aucune résistance au feu (autre que d'éviter l'effondrement en chaîne). La prise en compte d'autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
•    ISO 60 min dans la plupart des cas ;
•    aucune protection du tout si la protection structurelle est trop coûteuse par rapport au coût et aux inconvénients des travaux de réparation après un incendie (par exemple, une couverture légère pour la protection contre le bruit).

(3) La sécurité n'est pas un critère et n'exige aucune résistance au feu (autre que d'éviter l'effondrement progressif). La prise en compte d'autres objectifs peut conduire aux exigences suivantes :
•    RWS/HCM 120 min si une protection forte est nécessaire en raison de biens (par exemple, un tunnel sous un bâtiment) ou d'une grande influence sur le réseau routier ;
•    ISO 120 min dans la plupart des cas, lorsque cela permet de limiter les dommages matériels de manière raisonnablement peu coûteuse ;
•    aucune protection du tout si la protection structurelle est trop coûteuse par rapport au coût et aux inconvénients des travaux de réparation après un incendie (par exemple, une légère couverture pour la protection contre le bruit).

(4) Autres structures secondaires : doivent être définies sur la base de projets spécifiques.

(5) En cas de ventilation transversale.

(6) Les abris doivent être reliés à l'air libre.

(7) Un délai plus long peut être envisagé si le volume de camions transportant des marchandises combustibles est très important et que l'évacuation des abris n'est pas possible dans un délai de 120 minutes.

Les conséquences d'une défaillance influenceront les exigences en matière de résistance au feu. Cela dépend du type de tunnel. Dans un tunnel immergé, par exemple, un effondrement local peut provoquer l'inondation de tout le tunnel, alors qu'un effondrement local dans un tunnel en tranchée couverte peut avoir des conséquences très limitées. Une condition de base est d'empêcher l'effondrement progressif et de ne pas couper les systèmes longitudinaux vitaux, tels que les câbles d'alimentation électrique ou de communication.

Les matériaux utilisés dans les structures des tunnels impliquent différentes précautions pour la protection contre l'incendie. La section VII.3 "Réaction au feu des matériaux" du rapport 1999 05.05.B "Maitrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers » traite des caractéristiques des revêtements de tunnels en roche par rapport au béton armé. L'intensité de la chaleur générée lors d'un incendie majeur peut faire perdre au béton armé sa fonction de support. Le rôle de l'isolation par une protection résistante au feu peut être appliqué pour prévenir des dommages précoces à la structure. La résistance au feu de l'ensemble de la construction (type et profondeur des armatures/de la précontrainte, protection supplémentaire, etc.

L'écaillage du béton est causé par des différences de température et de dilatation. Il constitue un danger pour l'armature qui est plus facilement exposée à des températures élevées. Il ne représente généralement pas un danger pour l'évacuation des personnes, mais il peut être dangereux pour les pompiers. Différents types de protection ignifuge peuvent être utilisés pour réduire le risque et les effets de l'écaillage, bien qu'il ne puisse jamais être complètement évité en raison des températures élevées qui peuvent se produire.
Il convient de prêter attention à la résistance au feu du système de ventilation afin que les performances de conception de celui-ci ne soient pas altérées par une défaillance. Il est donc nécessaire d'examiner les conséquences d'un effondrement local d'un conduit en cas d'incendie.

Les voies d'évacuation ne sont utilisées que pendant la première phase de l'incendie pour l'évacuation des personnes piégées. Il doit être possible d'utiliser ces voies pendant une période d'au moins 30 minutes. Dans les cas où ces voies sont également utilisées par les équipes de secours et de pompiers, la période peut être plus longue.

Pour éviter que le feu ne se propage dans un tube adjacent ou une voie d'évacuation, les portes de secours, les niches de secours et autres équipements situés entre deux tubes de circulation, doivent rester intacts pendant une période de temps déterminée. L'ensemble de la porte de secours et de la construction environnante, y compris le cadre de la porte, doit résister au feu pendant au moins 30 minutes. Pour une porte située entre deux tubes de circulation, une résistance beaucoup plus longue est nécessaire, par exemple 1 à 2 heures.