Effect of Tolerances on Timber Fire Performance

Effet des tolérances sur le comportement au feu du bois 

Connexions invisibles dans les assemblages en bois et comportement au feu : résultats expérimentaux. 

LOCK T et FIRE STRIPE GRAPHITE à l’épreuve du feu : à l’occasion du congrès ibéro-latino-américain CIMAD 2024 dédié à la construction en bois, notre équipe espagnole a pu tester l’influence de la présence d’espaces de jeu et de fraisages dans le comportement au feu des assemblages avec connexions métalliques invisibles. 

L’étude a été récemment menée par l’Universitat Politècnica de Catalunya en collaboration avec Rothoblaas, la EPSEB (Escuela Politecnica superior de edificación de Barcelona) et le centre de Ciència i Tecnologia Forestal de Catalunya. Elle a analysé l’effet de la présence de tolérances, y compris millimétriques, sur le comportement au feu des assemblages avec connexions cachées dans les structures en bois.  
 
La recherche a été réalisée par Laia Haurie, Alina Avellaneda, Ana Lacasta (Universitat Politècnica de Catalunya), Sergio Campesino (Rothoblaas) et Pilar Giraldo (CTFC-INCAFUST). 

Comparaison du bois et du béton : lequel résiste le mieux au feu ? 

En général, les structures en bois et celles en béton répondent au feu de façon différente. Bien qu’étant un matériau combustible, le bois forme une couche carbonisée, qui protège son cœur et les matériaux qui y sont installés, ce qui ralentit l’effondrement structurel.  
 
Bien que non combustibles, les structures en béton peuvent subir des dommages importants et une chute de leur résistance mécanique lorsqu’elles sont soumises à des températures élevées.  

Des études comparatives montrent que les éléments en bois massif peuvent conserver leur intégrité structurelle plus longtemps que le béton lors d’un incendie. Le bois brûle lentement (environ 0,65 mm par minute) et la carbonisation de sa surface isole et protège le bois en dessous, en conservant jusqu’à 85-90 % de son intégrité structurelle, en fonction des dimensions de l’élément et du temps d’exposition au feu.  

Le béton par contre peut subir des dommages irréversibles à des températures dépassant 600 °C et connaitre des phénomènes d’éclatement, avec des fragments de béton se détachant violemment à cause de la pression de la vapeur interne​ (International Timber)​​ (Cement.org)​. 

Qu’arrive-t-il aux assemblages en bois en cas d’incendie ? Mise en place de l’expérience 

L’objectif de l’expérience était d’évaluer la façon dont le comportement des assemblages est influencé en cas d’incendie par la présence de tolérances d’installation millimétriques au niveau des connexions entre les poutres en bois, réalisées à l’aide de connecteurs métalliques cachés.  
Trois types d’assemblages ont été réalisés en utilisant du bois lamellé-collé de sapin GL24h : 

• Assemblage sans tolérance. 

• Assemblage avec tolérance de 4 mm. 

• Assemblage avec tolérance de 5 mm, scellé à l’aide d’un ruban intumescent FIRE STRIPE GRAPHITE. 

Le connecteur utilisé est LOCK T de Rothoblaas. Chaque assemblage a été testé avec et sans fraisage sur l’élément principal en bois. Le fraisage en effet a également une influence sur l’exposition au feu du connecteur. 

Pour chaque type d’assemblage, deux thermocouples ont été placés : le premier dans la zone de contact entre les poutres en bois et l’autre au niveau de la connexion entre la plaque métallique et la poutre secondaire. Un troisième thermocouple contrôlait la température de la flamme.  
 
La Figure 1 montre les trois configurations d’assemblage avant le test (a : sans tolérance, b : avec tolérance de 4 mm, c : avec tolérance de 5 mm et ruban intumescent).

L’expérience a consisté ensuite à appliquer une flamme directe sur la zone d’union des deux poutres et à relever les températures enregistrées dans les points d’assemblage bois-bois et bois-acier. 

La Figure 2 montre le moment du test au feu 

Résultats et possibilités 

L’expérience a clairement démontré l’effet de la transmission de chaleur du métal au bois en présence de connecteurs métalliques installés avec différentes tolérances. 
 
Au bout de 2 minutes, la température dans la zone entre le bois et LOCK T a dépassé les 500 °C pour la connexion appliquée sur le bois sans fraisage, tandis que la température de la connexion insérée dans la poutre avec fraisage est restée sous les 100 °C.  

Le connecteur avec zone de tolérance non protégée a subi une augmentation rapide de la température, en atteignant des valeurs autour de 500 °C au bout de 40 minutes, tandis que la connexion insérée dans la poutre avec fraisage sans aucun espace de tolérance a atteint environ 200 °C. 

L’ajout d’un ruban intumescent FIRE STRIPE GRAPHITE a démontré son efficacité pour bloquer le passage des gaz chauds, en maintenant les températures plus basses par rapport à la connexion sans tolérance.  

La figure 4 montre l’impact que la contre-dépouille peut avoir sur l’évolution de la température au niveau de la connexion, ainsi que l’évolution des températures pendant le test pour les différentes configurations. 

La zone de contact bois-métal au niveau de la connexion exposée (sans fraisage pour l’insérer dans la poutre) a atteint une température supérieure à 500 °C au bout de 2 minutes seulement, tandis que dans l’assemblage avec connexion encastrée et celui avec connexion encastrée plus ruban intumescent, les températures sont restées sensiblement plus basses.  
 
Le tableau 1 résume les températures enregistrées 15 minutes après le début de l’expérience pour les différents prototypes. 

Conclusions 

L’étude a confirmé que la protection des connexions métalliques cachées à l’aide de fraisages est une stratégie efficace pour réduire le risque d’incendie.  

Les connexions installées avec une tolérance non protégée ont subi une plus grande carbonisation et une réduction de l’épaisseur du bois. L’utilisation d’un ruban intumescent tel que FIRE STRIPE GRAPHITE a démontré qu’elle permet de protéger efficacement le connecteur en améliorant son comportement au feu, y compris en comparaison avec les connexions sans espaces de tolérance. 

Produits Rothoblaas pour la résistance au feu 

Afin d’assurer un maximum de résistance au feu dans les structures en bois, Rothoblaas offre une gamme de produits spécifiquement conçus dans ce but, comme le ruban intumescent FIRE STRIPE GRAPHITE.  

Ces solutions sont étudiées pour améliorer la résistance au feu des connexions métalliques cachées et réduire le risque d’effondrement structurel.  

Pour en savoir plus, veuillez consulter la brochure consacrée aux produits Rothoblaas pour la résistance au feu. 

Fig. 5. Assemblages après l’exposition à une flamme nue