Introduction à la conception anti-incendie et aux détails de construction avec du bois lamellé-collé.

En tant que matériau de construction, le bois est victime d’un préjugé ancestral : vu que le bois brûle, comment un bâtiment en bois peut-il être sûr en cas d’incendie ?

Le bois brûle, c’est vrai. Mais il le fait de façon plus contrôlée et prévisible par rapport à d’autres matériaux.
Ce facteur cependant n’enlève pas la nécessité d’une conception anti-incendie très minutieuse, aussi bien dans les constructions en bois lamellé-collé ou hybrides, que dans les constructions en béton ou en d’autres matériaux.

Il est fondamental de se concentrer sur les détails de constructions relatifs aux assemblages et aux connexions métalliques, parce que le métal peut perdre une grande partie de sa capacité portante lorsqu’il est soumis à des températures élevées.

L’aluminium en particulier présente une sensibilité thermique plus prononcée par rapport à l’acier.
Cela signifie qu’en cas d’incendie, la résistance et la rigidité de l’aluminium peuvent se dégrader rapidement, ce qui met à risque la stabilité de toute la structure en bois, si les détails de construction ne sont pas conçus judicieusement.

Dans le contexte de la conception anti-incendie, les normes internationales telles que la EN 1995-1-2 (bois), fournissent des lignes directrices pour évaluer la résistance au feu et l’application correcte de dispositifs de protection passive et de systèmes intumescents.

Les normes cependant ne suffisent pas. Il est également nécessaire de tester les solutions et les nœuds, à travers des campagnes expérimentales.

C’est pourquoi, chez Rothoblaas, nous avons réalisé plusieurs essais. Les résultats obtenus avec LOCK T 75215 en utilisant différents gaps sont particulièrement intéressants. Ils mettent en lumière les implications pratiques de la conception d’assemblages résistant au feu dans le cas de systèmes poutre-poteau en bois lamellé-collé. En effet, leur conception doit considérer non seulement le connecteur et le bois, mais aussi d’autres éléments.

Le comportement de l’aluminium et l’importance de la conception anti-incendie dans les constructions en bois.

Afin d’optimiser la conception anti-incendie, il est fondamental de connaitre le comportement de l’aluminium à des températures élevées.
À plus de 200-250 °C, la résistance de l’aluminium baisse sensiblement. Au-delà de 300 °C, sa capacité portante diminue de façon encore plus drastique.
Parallèlement, le bois tend à carboniser, en formant une couche isolante à sa surface, mais d’éventuels espaces vides (gaps) autour des connecteurs permettent à l’air chaud de pénétrer plus en profondeur, en favorisant une augmentation de la température du métal.

Si l’on observe la section d’un élément en bois, une fois qu’il a été soumis à une charge calorifique, on distingue 3 couches :

• une zone carbonisée qui correspond à la couche de bois désormais totalement affectée par le processus de combustion ;

• une zone altérée non encore carbonisée, mais ayant subi des hausses de température supérieures à 100 °C, supposée avoir une résistance résiduelle nulle ;

• une section résiduelle qui maintient les propriétés initiales de résistance et de rigidité inchangées.

En positionnant le connecteur à l’intérieur de la section résiduelle, il est possible d’obtenir les performances au feu requises par le projet. Mais les exigences de pose et les tolérances d’installation peuvent créer une fissure entre les éléments en bois. À l’intérieur de cette fente, il est possible d’insérer des bandes (FIRE STRIPE GRAPHITE) qui, en se dilatant grâce à la chaleur du feu, scellent les espaces et isolent le connecteur.

Les détails de construction doivent donc tenir compte :

• de la position et du type de connecteur métallique ;

• de la nécessité de réduire ou de protéger les interstices ;

• du choix de systèmes de protection pour renforcer la résistance au feu.

Campagne expérimentale sur le connecteur LOCK T MIDI

Les tests réalisés sur LOCK T 75215 ont impliqué des essais aussi bien à petite échelle (sans charge) qu’à grande échelle (avec charge), afin d’évaluer son comportement dans différentes situations d’incendie standard (courbe ISO 834). La poutre testée a été conçue pour avoir une résistance au feu de 60 minutes (valeur cible dans toutes les configurations).

Les principales variables analysées sont les suivantes :

1. La taille du gap : 1 mm, 6 mm, 22 mm.

2. L’adoption de matériaux intumescents (FIRE STRIPE GRAPHITE) pour réduire l’afflux d’air chaud.

3. L’application d’une charge mécanique dans les essais à grande échelle, afin de simuler les conditions réelles de service

Résultats sans charge

• Gap de 1 mm : après 80 minutes d’exposition à un feu standard, la température du LOCK T 75215 a atteint 97 ±1 °C, ce qui indique un réchauffement relativement limité.

• Gap de 6 mm : la température du connecteur a atteint environ 286 ±36 °C dans le même intervalle de temps, ce qui souligne à quel point l’augmentation de l’espace favorise la pénétration d’air chaud et l’augmentation de la température.

• Utilisation d’un matériau intumescent avec gap de 6 mm : l’application de FIRE STRIPE GRAPHITE a permis de réduire la température du connecteur, qui est passée d’environ 280 °C à 140 °C, améliorant ainsi la protection contre les flammes.

Essais avec charge

Lorsque les tests ont été réalisés sur des échantillons quasi grandeur nature soumis à une charge mécanique, LOCK T MIDI a montré des signes de rupture à une température arrivant à environ 315 °C.

• Gap de 6 mm : l’effondrement s’est produit au bout de 87 minutes (bien au-delà de la cible des 60 minutes).

• Gap de 22 mm : l’effondrement s’est produit bien avant, au bout de 32 minutes (une durée somme toute pas mauvaise si on considère que le connecteur était complètement exposé).

Cela confirme qu’un trop grand gap amène à un réchauffement plus rapide et, par conséquent, à un effondrement prématuré de la capacité portante de l’aluminium. De plus, la capacité portante des connecteurs est grandement réduite par l’augmentation de la température.
Au bout de 60 minutes d’exposition au feu, on estime que la capacité portante est réduite de 22 % pour un gap de 6 mm non protégé, de 9 % pour un gap de 6 mm avec protection intumescente et de 6 % pour un gap de 1 mm. Cela souligne l’importance d’une conception anti-incendie pour les détails de construction, qui réduise au maximum les espaces ou qui les protège de façon appropriée.

Lignes directrices pour la conception anti-incendie en présence d’assemblages avec connecteurs métalliques

1. Réduire au maximum les gaps
   Maintenir un espace le plus possible réduit entre le connecteur en aluminium et la surface en bois. La faible disponibilité d’air empêche le réchauffement rapide du métal, ce qui permet de prolonger la résistance de l’élément en cas d’incendie.

2. Intégrer des matériaux intumescents
   Si, pour des raisons de construction ou de tolérances, il n’est pas possible d’éviter un gap plus important, l’utilisation de FIRE STRIPE GRAPHITE peut considérablement réduire la température maximale atteinte par le connecteur.

3. Conception anti-incendie
   Dans les calculs de conception anti-incendie, l’évaluation d’une connexion a pour point de départ la vérification à température ambiante au regard des états limites ultimes (ULS). Il est conseillé de concevoir la connexion pour un taux de travail inférieur à l’unité (par exemple, taux de travail de 80 %) pour laquelle la résistance nominale est supérieure à la charge agissante.

4. Prévoir des protections passives et intumescentes supplémentaires
   En plus de réduire les gaps, l’installation de revêtements en placoplâtre, de plaques de silicate de calcium ou d’autres solutions résistant au feu peut ralentir la propagation des flammes et la surchauffe du connecteur, optimisant ainsi les détails de construction dans une optique de prévention.

5. Intégrer les normes anti-incendie dans les détails de construction
   Respecter les exigences de la norme EN 1995-1-2 (Construction en bois – Calcul des structures au feu) en considérant également les prescriptions nationales le cas échéant, de façon à ce que les structures répondent efficacement aux besoins de résistance au feu (R30, R60, R90, etc.).

Les vérifications expérimentales sur LOCK T MIDI montrent clairement l’incidence de la gestion des gaps sur le comportement au feu de l’aluminium dans des systèmes avec bois lamellé-collé.

Une conception anti-incendie attentive aux détails de construction représente la voie pour augmenter le niveau de sécurité et de fiabilité structurelle en cas d’incendie.

Le choix optimal dépend des exigences spécifiques du projet, du type de charge prévue et du niveau de résistance au feu requis. Dans tous les cas, il est nécessaire d’évaluer dès le début les dynamiques de surchauffe du connecteur et la protection potentiellement offerte par des matériaux intumescents.

Approfondissements et ressources

• Pour en savoir plus, consultez le catalogue « PLAQUES ET CONNECTEURS POUR BOIS ».

• Demandez notre service de conseils ciblés, afin d’être accompagnés dans la définition des détails anti-incendie.

• Lisez les rapports de recherche complets ICI et ICI

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