Phénomènes d’éclatements

Page : 17

Figure I.12 : Dilatation thermique de 3 BHP et un béton ordinaire [03].

Des mesures de la dilatation thermique des éprouvettes de béton au cours du chauffage sont effectuées par NOUMOWE [03]. Les résultats de ces mesures sont portés sur le tableau3. Tableau suivant représente le coefficient de dilatation thermique obtenu expérimentalement Comme les deux bétons contiennent la même nature de granulat de calcaire, leurs coefficients de dilatation ont aussi le même ordre de grandeur.

Tableau I.3 : Coefficient de dilatation thermique [03]

I.4. Phénomènes d’éclatements

Le comportement au feu des éléments de structure en béton est caractérisé par un risque d’éclatement et d’écaillage.

L'éclatement est la rupture des couches ou des morceaux de béton de la surface d'un élément de structure quand il est exposé à une grande et l'augmentation des températures rapidement connu des incendies.

L’écaillage est les petits morceaux jusqu'à 20mm dans la taille s'envolent le surface au cours de la première partie de son exposition aux feu. Généralement causée par le fractionnement

Chapitre I : Effet de la température sur le béton.  

Page : 18

des morceaux des agrégats en raison du changement physique ou chimique à des températures élevées

I.4.1. Problématique d’éclatement dans les bétons

L'éclatement est un terme générique, couvrant les différents phénomènes de dommages qui pourraient survenir à une structure de béton lors d'un incendie.

Ces phénomènes sont causés par des mécanismes différents:

• la pression de pore augmente en raison de l'évaporation de l'eau lorsque la température augmente.

• compression de la surface chauffée en raison d'un gradient thermique dans la section transversale.

• fissuration interne due à la différence de dilatation thermique entre granulats et la pâte de ciment.

• la fissuration due à la différence de dilatation thermique / déformation entre le béton et les barres.d'armature.

• La perte de force due à des transitions chimiques pendant le chauffage.

Figure I.13 : Eclatement du béton lors d'un l'incendie.[14]

Éclatement du béton lors d'un incendie cause des dommages sérieux à des structures en béton, avec des coûts économiques importants et les risques pour la vie humaine. Le problème de l'effritement (éclatement) dans les bâtiments a été connu depuis des décennies, mais a également été mis en évidence au cours des derniers incendies dans les tunnels intenses en Europe [14]. En conséquence de graves dommages à cause de l'effritement et le temps de non-fonctionnement de tunnels après un incendie, la résistance au feu des types de béton nouvellement développés a été mise en doute.

Chapitre I : Effet de la température sur le béton.  

Page : 19

Les inspections dans les tunnels après les incendies majeurs de ces dernières années ont tous fait état de structures en béton fortement endommagées avec, à proximité des endroits les plus violemment exposés au feu, des zones de béton clairement détachées (Ulm et al. 1999 [11]; Féron et al. 2006 [12]; Bernard et al. 2007 [13]). Quelques illustrations des zones écaillées sont données en Figure I.14. et Figure I.15.

La Figure I.14 montre les endommagements provoqués par l’incendie sur les parois d’un tunnel sous la manche. Il a été observé par endroits, l'épaisseur de béton des voussoirs a totalement été expulsée. Sur la Figure I.15.on constate l’effondrement du faux plafond du tunnel du Saint Gotthard (en Suisse) sous l’effet d’un incendie en 2001, ainsi que l’endommagement de la tour Windsor à Madrid [14].

Figure I.14 : Photos des voussoirs du tunnel sous la Manche prises après l'incendie de

1996.[11-13 ]

Figure I.15 : Photos des dégâts causées par l'incendie : A gauche, le tunnel du Saint

Gotthard (Suisse) en 2001. A droite, la tour Windsor à Madrid en 2005.]

Chapitre I : Effet de la température sur le béton.  

Page : 20

I.4.2. Types des éclatements (explosive spalling)

Le phénomène d’éclatement regrouperait les quatre types suivant:

- Éclatement de granulat: cet éclatement est non violent, localisé en surface chauffée et ne

provoque pas de dommages importants. Ce phénomène est certainement lié au caractère instable du granulat lui-même.

- Éclatement d'angle : forme d'éclatement également non violente, il se manifeste au niveau

des angles inférieurs des retombées de poutre et dans les angles des poteaux.

- Éclatement de surface : couramment dénommé "écaillage": ce type d'instabilité thermique

est violent dans le sens où il s'agit d'un détachement progressif et continu de petites écailles de béton qui sont expulsées avec force du parement exposé au feu. On parle parfois d'effet "pop-corn" en raison du bruit continu qui accompagne ce type d’éclatement.

- Éclatement explosif: il s'agit de la forme la plus violente d’éclatement des bétons. Il

consiste en un détachement brutal (accompagné d'un bruit d'explosion) de pièces de béton d'une longueur de 10 à 30 cm et d'épaisseur de 1 à 2 cm. Il peut avoir lieu une seule fois lors de l'exposition au feu ou bien sous forme d'une série d'explosions. Une autre vision distingue deux sortes d’éclatement : explosif et non explosif [11-15].

- Eclatement explosif: c’est un éclatement souvent violent et il se produit soudainement.

Les échantillons du béton testés sont intégralement désintégrés en petit morceaux. Ceci est causé par les pressions et les contraintes imposées à la structure du gel créant une énergie de déformation élevée au sein de la structure.

Figure I.16 : Exemple d’éclatement explosif d’un cylindre après le chauffage [14].

- Eclatement non explosif: dans ce cas les dégâts sont moins importants que le premier, où

Chapitre I : Effet de la température sur le béton.  

Page : 21

I.4.3. Mécanisme d'éclatement du béton