guide comportement au feu cle2f3714

direction des Routes

centre dtudes des Tunnels

les guides du CETU

Comportement au feu des tunnels routiers

Chaque tunnel neuf du rseau routier national doit tre conu conformment aux prescriptions de linstruction technique annexe la circulaire 2000-63, qui prvoit en particulier des dispositions pour le comportement au feu des structures des tunnels routiers et de leurs quipements. la demande du comit dvaluation de la scurit des tunnels routiers, le Centre dtudes des Tunnels (CETU) a constitu un groupe de travail afin de produire un guide sur le comportement au feu des tunnels routiers destin aux matres douvrages et aux matres duvre, afin de faciliter lapplication de ces prescriptions. Le groupe de travail tait compos de reprsentants du CETU, de la direction de la dfense et de la scurit civiles du ministre de lIntrieur (DDSC), de la division ouvrages dart et tunnels de la Direction Rgionale de lquipement dle - de - France (DREIF / DOAT), et du Centre Scientifique et Technique du Btiment (CSTB).

Responsable de production : Pierre Carlotti - CETU Coordination : Josyane Comas (charge de communication) - CETU Maquette et dition : PAO Concept - 69270 Fontaines sur Sane Image de couverture : tunnel de Foix

Ministre de lquipement, des Transports, de lAmnagement du territoire, du Tourisme et de la Mer Direction des routes

Comportement au feu des tunnels routiersGuide mthodologique

Mars 2005

Centre dtudes des Tunnels25, avenue Franois Mitterrand - Case n 1 69674 Bron Cedex [email protected] 2 - 11 - 084750 - 6

Table des matiresIntroduction 1. 2. Les enjeux du comportement au feu Raction au feu2.2.1. Principe gnral 2.2.2. Revtements intrieurs 2.2.3. Cbles lectriques 3 5 7 7 7 7 7 8 9 9 9 10 12 12 12 15 15 17 18 18 20 21 21 23 25 25 25 25 26 27 27 27 28 28 28 28 29 29 30 31 31 32 32 321

2.1. Classification et normalisation de la raction au feu 2.2. Exigences de raction au feu en tunnel

3.3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

Principes pour la prise en compte de la rsistance au feuObjectifs atteindre Le problme de la rsistance au feu Courbes temprature-temps Justification de la rsistance au feuDegr danalyse G0: valuation sans calcul Degrs danalyse G1, G2 et G3

4.

Prescriptions de rsistance au feu

4.1. Les niveaux de rsistance 4.2. Conseils gnraux et choix du degr danalyse 4.3. Rsistance au feu des structures principales4.3.1. Choix du niveau de rsistance 4.3.2. Localisation et tendue de lincendie 4.3.3. Mthodologie de calcul

4.4. Rsistance au feu des structures de second uvre 4.5. Protection contre la chute dlments en plafond

5.

Fonctionnement la chaleur des quipements5.2.1. Ventilateurs dextraction et acclrateurs 5.2.2. Trappes de dsenfumage et registres

5.1. quipements lectriques et tltransmissions 5.2. quipements de ventilation

Annexe A - Raction au feuA.1 Introduction A.2. Le systme national (classements M)A.2.1. Dtermination du classement M0 A.2.2. Dtermination des classements M1 M4

A.3. Le systme europen (Euroclasses)A.3.1. Classement principal A.3.2. Les classements additionnels A.3.3. Constituants non-substantiels

A.4. Tables dacceptabilit entre exigences M et Euroclasses

Annexe B - Calcul de la temprature de lairB.1. Puissance des incendies B.2. Lien avec les tempratures atteintesB.2.1. Tempratures maximales B.2.2. Tempratures de dilution

Table des matires

Annexe C - Propagation de la chaleur dans un solideC.1. Introduction C.2. Courbes de tempratures prendre en compte C.3. quations de la thermiqueC.3.1. Conduction de la chaleur dans le bton C.3.2. change thermique par convection C.3.3. change thermique par rayonnement

33 33 33 33 33 34 34 35 37 37 38 38 41 41 41 42 43 45 46 46 46 46 49 49 49 49 50 50 51 51 51 51 53 53 53 54 54 54 54 55 55 55 55

C.4. Rsolution du problme thermique

Annexe D - caillage et clatement des btonsD.1. Dfinitions D.2. Prise en compte du phnomne D.3. Mthodes

Annexe E - Calcul des structures principalesE.1. Calcul des efforts sollicitantsE.1.1. Combinaisons de chargements E.1.2. Structure isostatique ou incendie sans prise en compte des dilatations thermiques dans le cas des structures hyperstatiques E.1.3. Cas dune structure hyperstatique quelconque

E.2. Vrification des sectionsE.2.1. E.2.2. E.2.3. E.2.4. Cas du bton arm Cas du bton non arm Diagrammes dinteraction M/N Prise en compte des rotules plastiques (degr danalyse G2)

Annexe F - Essais au feu des structures en btonF.1. Introduction F.2. Principes de lvaluation de la rsistance des structuresF.2.1. Textes et documents des rfrence

F.3. Description des essais des sytmes de protection des structuresF.3.1. F.3.2. F.3.3. F.3.4. Corps dpreuve Actions thermiques Chargement mcanique Dtermination des chauffements du bton

F.4. Exploitation des rsultats

Annexe G Essais au feu des trappesG.1. Introduction G.2. Principes de lvaluation du comportement au feu des trappes de dsenfumage G.3. Description des essaisG.3.1. Installation dessais G.3.2. Tolrances de pilotage des installations G.3.3. Critres de performances

BibliographieTextes rglementaires Normes Recommandations

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Table des matires

IntroductionChaque tunnel neuf du rseau routier national doit tre conu conformment aux prescriptions de linstruction technique annexe la circulaire 2000-63, qui prvoit en particulier des dispositions pour le comportement au feu des structures des tunnels routiers et de leurs quipements. Ces prescriptions sont dans le chapitre 4 pour les tunnels gabarit autoris suprieur 3,50 m et interdits aux transports de marchandises dangereuses, ainsi quaux sections 6.2. pour les tunnels gabarit rduit et 7.4. pour les tunnels autoriss aux transports de marchandises dangereuses. Cette instruction technique ne sapplique pas aux tunnels existants du rseau national, ni aux tunnels qui ne sont pas sur le rseau national. Elle donne cependant un rfrentiel de scurit sur lequel il est utile de pouvoir sappuyer. Le prsent guide couvre les tunnels existants dans cet esprit : si un tunnel existant ne rpond pas aux exigences numres, il est possible de faire des analyses plus fines du comportement au feu, par exemple en prcisant la rpartition spatiale et temporelle des sollicitations thermiques. Le comportement au feu recouvre la raction au feu, cest--dire la capacit dun matriau prendre part un feu auquel il est expos, et la rsistance au feu, cest--dire la capacit dun lment conserver son rle malgr le dveloppement du feu. Pour la scurit en tunnel, le principal but de la raction au feu est dviter que lincendie ne stende en dehors des zones dj rendues dangereuses par la combustion des vhicules ; les objectifs dune rsistance au feu suffisante sont de permettre lauto vacuation des usagers, lintervention des services de secours selon un niveau de risque acceptable, la tenue de louvrage pour assurer la scurit des ouvrages environnants. Un objectif supplmentaire est la prennit de louvrage pour minimiser les cots et les dlais de rparation en cas de sinistre important. Le prsent guide a pour objet daider les matres douvrage et les matres duvre comprendre les dispositions prvues par linstruction technique et de leur proposer des mthodes pour atteindre les prescriptions exiges.

Introduction

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1. Les enjeux du comportement au feuEn cas dincendie en tunnel, la chronologie simplifie des vnements est la suivante : 1. Phase dauto - vacuation des usagers 2. Aprs larrive des services de secours, vacuation aide des usagers et protection des biens 3. Aprs extinction, analyse des dommages la structure 4. ventuellement, rparations raliser La figure suivante rsume les principaux risques pour les usagers et les pompiers.

Figure 1. Les dangers pour les personnes (usagers, pompiers) prsentes en tunnel

Les dures des phases 1, 2 et 3 sont dtermines par les conditions de tenabilit dans le tunnel pour les usagers et les pompiers, cest - - dire les conditions ultimes permettant la survie des usagers et lintervention des pompiers.Un diagramme des temps de tenabilit pour les personnes (usagers,pompiers) prsentes en tunnel est reprsent ci - dessous. Ce diagramme nest bien entendu quun exemple schmatique, qui montre le cas extrme dun incendie important et non contrl; limmense majorit des incendies natteint pas de stade incontrlable.Priodes critiques de secours en fonction de la puissance d'un incendie et des critres de tenabilit pour les usagers et les services de secours

Puissance thermique

t3

t2 t1

Tenabilit usagers

Auto -vacuation (visibilit) survie (gaz toxiques)

temps

Tenabilit pompiers

Intervention pompiers (vacuation aide et lutte contre lincendie) ( T et flux thermique radiatif

Incendie incontrl

Figure 2. Temps de tenabilit

1. Les enjeux du comportement au feu

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Un tunnel doit tre constitu dlments ayant des caractristiques qui permettent de rpondre plusieurs objectifs en cas dincendie : la scurit des usagers prsents dans le tunnel lors des phases dauto-vacuation et dvacuation aide ; la scurit des services de secours prsents dans le tunnel lors des phases dvacuation aide et de lutte contre le feu ; la scurit des usagers et des services de secours prsents dans des endroits ports par la structure mais qui ne peuvent pas tre vacus rapidement ou qui sont utiliss pour les oprations de secours (par exemple, dans le cas dun tunnel contigu un btiment usage dhabitation) ; la limitation des dommages, du cot de rparation 1 et de la dure de fermeture 2 de louvrage aprs un incendie. Ces objectifs se traduisent par des exigences qui concernent divers aspects du comportement au feu : la raction au feu dun matriau est sa capacit prendre part (ou ne pas prendre part) un feu auquel il est expos, y compris par sa propre combustion ; elle caractrise la propension dun matriau senflammer et contribuer au dveloppement du feu par production de chaleur ou de fume ; la rsistance au feu dun lment de structure est sa capacit conserver son rle malgr le dveloppement du feu ; ce rle comprend une ou plusieurs des fonctions suivantes : capacit porter une charge, tanchit (pour viter la transmission de flammes et de gaz chauds travers llment de structure), isolation (pour viter la transmission de la chaleur) ; pour les quipements lectromcaniques, il faut ajouter le fonctionnement la chaleur selon des caractristiques nominales et dgrades (il est noter que ce dernier point relve de la rsistance au feu, mais quil est distingu de la rsistance au feu des structures pour la clart de lexpos).

1

Par exemple, pour un tunnel immerg, le cot de rparation de louvrage peut tre comparable ou suprieur au cot initial de construction de louvrage. Cette dure peut tre de quelques heures, quelques jours (comme aprs la plupart des incendies de poids lourds), quelques mois (incendie de 2001 au Saint - Gothard), voire plusieurs annes (incendie de 1999 au Mont - Blanc), en fonction des dommages et des remises niveau ncessaires.

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1. Les enjeux du comportement au feu

2. Raction au feu2.1. Classification et normalisation de la raction au feuLvaluation des performances de raction au feu peut se faire selon le systme national (classements M ) ou selon le systme europen ( Euroclasses ). Ces systmes sont prsents dans lannexe A. Il est noter que le systme franais ne peut pas tre employ pour les produits pour lesquels le marquage CE est obligatoire. Le marquage CE se fait progressivement, type de produit par type de produit. Pour les produits de protection passive, ce marquage nest pas encore disponible. Larrt du ministre de lintrieur du 21 novembre 2002 (JO du 31 dcembre 2002 et modificatif au JO du 15 fvrier 2003) donne des rgles dacceptabilit des euroclasses pour rpondre aux exigences M. Dans la suite, on donne les exigences selon les classes M, et le lecteur est renvoy au tableau de lannexe A pour les rgles dacceptabilit.

2.2. Exigences de raction au feu en tunnel2.2.1. Principe gnralLa rgle gnrale pose par linstruction technique annexe la circulaire 2000-63 est que les matriaux de construction soient extrmement peu combustibles, cest - - dire de classe M0. Cette rgle gnrale nest pas systmatique. Le cas des revtements intrieurs est abord ci - dessous. Dans le cas de la chausse, lexprience montre que les revtements bitumineux ne senflamment quau bout dun temps suprieur aux objectifs de sauvegarde des usagers, et aussi le plus souvent daccessibilit des secours, et que cette inflammation ne peut se faire quen prsence dun incendie dj violent. ce titre, un revtement bitumineux ne contribue que faiblement la puissance totale de lincendie et aux missions de gaz toxiques ou inflammables durant la phase dvacuation des usagers. Linstruction technique autorise donc les chausses en bton bitumineux. Les couvertures lgres, cest - - dire les couvertures qui ne supportent aucune charge autre que leur poids propre (ni trafic, ni pitons, ni jardin,) sont un autre cas particulier : dans ce cas, on admet la classe M2 et la perte locale dlments, qui peut renforcer la scurit des usagers en crant un exutoire pour les fumes.

2.2.2. Revtements intrieursOn entend par revtements intrieurs la peinture et les bardages que lon met pour revtir la vote et les pidroits des tunnels, pour rcuprer leau dinfiltration ou pour faciliter lexploitation du tunnel (son lavage en particulier). Linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 indique que ces revtements doivent tre de classe M0. La classe M1 peut cependant tre admise pour les revtements qui ne sont pas situs en plafond et sous rserve que des vrifications particulires aient montr quil ny a pas de risque de propagation du feu dans les conditions dutilisation en tunnel. lheure actuelle aucun essai normalis en France ne peut certifier la clause de non propagation sous flux dair. Le test en tunnel pleine chelle tant trs onreux (et mme irraliste), des travaux de recherche sont en cours pour dterminer les mthodes dessai possibles. En lattente dune solution dfinitive, les matres douvrage ayant dans leurs tunnels des peintures qui ne rpondent pas aux spcifications ci-dessous ou des bardages qui ne seraient pas M0 peuvent contacter le CETU pour avis sur la dmarche adopter.

2. Raction au feu

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a. Cas des peinturesDans le cas o le revtement des pidroits est une peinture de classe M0 ou une peinture de classe M1 et non substantielle (paisseur < 1 mm et masse < 1 kg / m 2), du fait de la trs faible charge calorifique associe, on considrera quil ny a pas de risque de propagation significative sous flux dair. ce titre, de telles peintures sont admissibles en revtement latral. Si les peintures employes nont pas de classement M0 ou M1,on peut utiliser larrt du 21 novembre 2002, qui indique que : 1. Si le support est inerte (ce qui est le cas du bton voir annexe A), le revtement constitu par la peinture reste M0 : si la masse de peinture est infrieure 0,15 kg par mtre carr humide pour les peintures brillantes, ou si la masse de peinture est infrieure 0,65 kg par mtre carr humide pour les peintures mates et satines; 2. Si le support est de classe M0 (ce qui est a fortiori le cas du bton), le revtement constitu par la peinture est M1 : si la masse de peinture est infrieure 0,35 kg par mtre carr humide pour les peintures brillantes, ou si la masse de peinture est infrieure 0,75 kg par mtre carr humide pour les peintures mates et satines. Les valeurs ci - dessus correspondent une utilisation extrieure dans larrt du 21 novembre 2002, car les flux dair en tunnel correspondent plus une situation en extrieur qu une situation en intrieur. Les masses de peinture les plus souvent utilises en tunnel (peintures poxy sans solvant ou poxy en phase aqueuse) sont en gnral de lordre de 0,5 kg par mtre carr humide (correspondant une paisseur sche de 0,3 mm). Ces peintures peuvent tre, selon les cas, mates, brillantes ou satines.

b. Cas des bardagesDans le cas de revtements autres que ceux classs sans essai par larrt du 21 novembre 2002, le fabricant doit tre capable de justifier de la classe M0 de son produit, ou, pour un usage latral, de la classe M1 avec justification de labsence de risque de propagation du feu dans les conditions dutilisation en tunnel.

2.2.3. Cbles lectriquesLes catgories de raction au feu des cbles sont C1, C2, et C3, dans lordre dcroissant dexigence ; les cbles C1 ne propagent pas lincendie mme sous laction dun flux dair; les cbles C2 senflamment modrment sous laction dun brleur et steignent spontanment ; la classe C3 ne prsente aucune caractristique particulire. Linstruction technique exige que les cbles soient de catgorie C1 sauf sils sont placs dans des cheminements protgs des effets dun incendie. Les cbles circulant dans les amnagements pour lvacuation et la protection des usagers et laccs des secours, ainsi que ceux situs dans les gaines damene dair frais doivent aussi tre de catgorie C1. Ces derniers doivent en outre rpondre aux dispositions de larticle 4 de larrt du 21 juillet 1994 sil sont placs en nappe et dans une position verticale ou quasi verticale sur plus dune dizaine de mtres (dans un puits damene dair frais par exemple). On nexige pas de non dgagement de gaz toxiques. En effet : ou bien ces cbles sont en tunnel ou en gaine dair vici, et la quantit de gaz toxiques produits par leur combustion reste ngligeable par rapport celle due la combustion des vhicules ; ou bien ces cbles sont en gaine dair frais; dans ce cas, dune part la probabilit dinflammation est trs faible, et dautre part les dbits dair frais sont tels (30 100 m 3 / s) que les gaz dgags natteignent pas de concentration dangereuse. Il est noter que dans les tunnels de mtro, on exige labsence de dgagement de gaz toxiques car la situation est diffrente : il y a beaucoup plus de cbles et des dbits dair frais installs bien moindres.

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2. Raction au feu

3. Principes pour la prise en compte de la rsistance au feu3.1. Objectifs atteindreLes objectifs qui sous - tendent les besoins de rsistance au feu en tunnel sont multiples : scurit des usagers ; scurit des services de secours et de lutte contre lincendie ; tenue de louvrage pour assurer la scurit des occupants des ouvrages environnants ; prennit de louvrage pour minimiser les cots et dlais de rparation en cas de sinistre important. Linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 vise uniquement les trois premiers objectifs dans son paragraphe 4.2.2.

3.2. Le problme de la rsistance au feuPour prendre en compte la rsistance au feu, on distingue traditionnellement deux types dapproches : lapproche descriptive (dite aussi prescriptive ), qui fixe des obligations constructives sans demander au concepteur une rflexion sur la mthode indique ; par exemple, une approche descriptive peut consister imposer une certaine paisseur denrobage des fers dans une poutre ; lapproche dingnierie du feu, qui fixe des obligations de rsultats ; le concepteur doit analyser les spcificits de louvrage (y compris son mode dexploitation), en dduire le feu maximal prendre en compte, puis par le calcul concevoir les mesures constructives qui permettent de remplir lobjectif. Pour les tunnels franais, on suit une approche intermdiaire entre ces deux extrmes. Linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 est descriptive dans le sens o elle impose des puissances dincendie et des courbes temprature-temps, mais elle repose aussi sur de lingnierie dans la mesure o elle nindique pas les dispositions techniques ni les mthodes de dimensionnement qui permettent dassurer les niveaux de rsistance. Linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 considre deux types dincendies : des incendies violents mais non maximaux ; une courbe de temprature enveloppe de tous les incendies rencontrs en tunnel, et ce titre maximale, la courbe HCM. La complmentarit de ces deux types dincendies (incendie violent mais non maximal et courbe de temprature enveloppe des incendies maximaux, maximum maximorum ) permet dadapter la conception aux enjeux rels. Par exemple : on dimensionne la ventilation principale dun tunnel selon des incendies violents mais non maximaux car mme les incendies maximaux ne se dveloppent en gnral pas immdiatement et durant les premires minutes, voire le premier quart dheure, un incendie maximal est du niveau dun incendie violent non maximal ; ce laps de temps permet aux usagers dvacuer rapidement le tunnel ; on dimensionne les structures qui portent des zones qui peuvent tre vacues rapidement ou qui sont au - dessus de zones qui peuvent tre vacues rapidement selon le mme principe ; on dimensionne les structures qui portent ou protgent des zones qui ne peuvent pas tre vacues rapidement en faisant lhypothse dun incendie maximal.

3. Principes pour la prise en compte de la rsistance au feu

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3.3. Courbes temprature-tempsIl nest pas simple de faire le lien entre des puissances dincendies et des tempratures ou des flux de chaleur, qui sont les donnes dentre pertinentes pour la justification des structures. Selon le volume dans lequel se produit lincendie, le type de combustible, lalimentation en oxygne, etc., des tempratures trs diffrentes sont possibles. Outre les puissances stabilises dincendie fixes dans linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63, diffrentes hypothses peuvent tre faites sur la monte en puissance dun tel incendie.Afin de saffranchir de ces difficults, linstruction technique a prfr ne pas laisser au concepteur le calcul des tempratures, mais imposer les courbes de tempratures prsentes ci - dessous. Le choix des courbes temprature - temps a t le rsultat dun compromis entre deux objectifs contradictoires : les courbes utiliser en tunnel doivent tre en nombre aussi restreint que possible et, dans la mesure du possible tre les mmes que dans dautres domaines (ISO, Eurocode). Ceci est ncessaire pour bnficier de lexprience accumule grce aux essais et calculs dj effectus ; les courbes doivent reprsenter lvolution spcifique de la temprature pendant un incendie en tunnel, qui est diffrent dun incendie dans un btiment en raison de la charge combustible diffrente et de lenvironnement semi-confin du tunnel. Dans les tunnels gabarit rduit, une voiture de tourisme en feu ne peut pas produire des tempratures de lair leves (elles restent infrieures 500C), mais les flammes peuvent lcher la structure avec des tempratures de lordre de 800 900C. Ces chiffres correspondent approximativement la temprature maximale de lair dans le cas de lincendie simultan de plusieurs voitures ou de celui dune camionnette ou dun petit poids lourd. Dans tous les cas, de telles tempratures ne sont plus atteintes aprs 60 minutes. La courbe normalise (CN dite aussi courbe ISO 834) sur une dure de 60 minutes, dquation :

= 345 log (8 t + 1) + 20 o est la temprature des gaz en degrs Celsius et t le temps en minutes,

a t choisie comme incendie de dimensionnement dans ces tunnels pour les raisons suivantes : elle conduit des tempratures comprises entre 800 et 950 C pendant une priode comprise entre 20 et 60 minutes ; elle est la plus couramment utilise et son application est largement connue, si bien que dterminer et vrifier la rsistance au feu en utilisant cette courbe ne pose en gnral pas de problme particulier. Pour les tunnels gabarit normal,autoriss aux poids lourds (PL),deux cas ont t considrs (figure 3): les incendies dans lesquels laugmentation de la temprature est relativement lente, mais qui sont susceptibles de durer longtemps, sont caractriss par la mme courbe normalise (CN). Le temps maximal de dimensionnement t max avec cette courbe a t fix 240 minutes. Les statistiques disponibles montrent que cette dure est plus longue que tous les incendies de PL sans marchandises dangereuses lair libre ( la diffrence de lincendie dans le tunnel du Mont-Blanc qui a dur 53 heures et qui a t caractris par linflammation successive de trs nombreux poids lourds) et couvre 90% des incendies de PL impliquant des marchandises dangereuses lair libre; les incendies dans lesquels l augmentation de temprature est beaucoup plus rapide que la courbe ci - dessus. Cela se produit en particulier si une grande quantit de matires combustibles et liquides (ou facilement liqufiables) sont impliques, que celles - ci soient ou non classes marchandises dangereuses. Ces incendies sont caractriss par une nouvelle courbe dite de feu dhydrocarbures majore (HCM) qui atteint 1 200 C en moins de 10 minutes et une temprature maximale de 1 300 C environ 20 minutes plus tard. Cette courbe rpond lquation suivante (inspire de la courbe HC de lEurocode 1) :

10


= 1 280 (1 0,325 e 0,167 t 0,675 e 2,5 t) + 20 o est la temprature des gaz en degrs Celsius et t le temps en minutes.

Cette courbe monte trs rapide nest pas suppose se prolonger plus de t max = 120 minutes.

1 400 1 200 Temprature ( C ) 1 000 800 600 400 200 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 HCM CN

Temps (minutes)

Figure 3. Courbes temprature - temps retenues

Ces courbes correspondent des tempratures trs leves, rencontres dans les flammes ou proximit immdiate des flammes seulement, et doivent tre appliques au droit du foyer pour dterminer les flux de chaleur transmis aux parois par convection et rayonnement (voir annexe C). Il est noter que la courbe HCM est trs proche de la courbe RWS qui est rglementaire aux Pays - Bas (voir Matrise des incendies et des fumes dans les tunnels routiers, AIPCR, 1999) ; ce titre, des lments tests sous la courbe RWS sont considrs comme tests sous la courbe HCM. Dans certains cas, on peut avoir besoin de la temprature hors des zones de foyer (par exemple, en ventilation transversale, pour valuer la temprature dans les gaines suffisamment loin des trappes dextraction). Dans ce cas, lair chaud se refroidit rapidement par pertes de chaleur sur les parois du tunnel, et surtout par mlange avec lair plus froid qui est apport par la ventilation ou naturellement entran. Quand la masse dair chauffe par un incendie de puissance donne est connue, on peut ainsi calculer des tempratures de dilution (voir annexe B) qui correspondent la temprature de lair chauff par lincendie aprs que cet air sest mlang et a atteint une temprature homogne. On considre que le mlange est effectif une distance de lordre de quelques diamtres hydrauliques de la trappe par laquelle entre lair chaud (voir le Dossier Pilote des Tunnels, fascicule Ventilation). ce titre, on ne peut pas exclure que des flammes trs haute temprature pntrent dans la gaine au droit des trappes. Pour la puissance de lincendie, on retiendra dans un tel calcul des valeurs extrmes : 100 MW pour les tunnels interdits aux transports de marchandises dangereuses (TMD), 200 MW pour les tunnels autoriss aux TMD.Afin dviter la redfinition de termes sources diffrents pour chaque projet et de permettre une certaine comparaison des niveaux retenus, on utilisera les termes sources standardiss introduits dans lannexe C du fascicule 4 tude spcifiques des dangers du guide des dossiers de scurit, dit par le CETU.


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3.4. Justification de la rsistance au feuDune manire gnrale, la justification de la rsistance au feu peut se faire, comme rappel dans linstruction technique : par ralisation dessais ; par rfrence des essais antrieurs ; par le calcul ; ou par une combinaison de ces diffrents moyens. Cependant, un essai ne peut presque jamais reprsenter lui seul une structure sous un chargement complexe. ce titre, le calcul, soit seul, soit utilis pour transposer des rsultats dessais, est toujours ncessaire afin de raliser une analyse dune structure soumise un incendie. Une gradation de cette analyse est propose, afin dadapter sa complexit aux diffrents enjeux, et en particulier au type de structure et au niveau de rsistance prescrit. Cette gradation de lanalyse est fonde sur les rgles de lart tires de la norme franaise P92-701 et son amendement XP P92 701/A1 (document technique unifi Feu Bton ou DTU Feu Bton) et de lXP ENV 1992 - 1.2 (Eurocode 2 partie 1.2) 3. La complexit ncessaire de lanalyse rsulte de la configuration densemble de la structure tudie et des niveaux de rsistance atteindre (voir chapitre 4).

Degr danalyse G0: valuation sans calculLabsence de calcul ne signifie pas quil y a absence de vrification. Cette analyse passe par un examen des conditions de liaison des lments de structure et consiste sassurer que les redistributions de sollicitations en cas dincendie ne sont pas de nature crer des modifications dans le schma statique. En particulier, il convient dintgrer dans cet examen les effets des plastifications locales possibles et les dformations en dcoulant.

Degrs danalyse G1, G2 et G3Les degrs danalyse G1, G2 et G3 ncessitent le recours des calculs de complexit croissante : degr G1 : valuation par calcul simplifi ; degr G2 : valuation par calcul standard ; degr G3 : valuation par calcul avanc. Dans le tableau ci - aprs, on dfinit pour chaque degr danalyse les grandes lignes des investigations auxquelles il peut tre fait rfrence dans un cahier des charges de diagnostic de rsistance au feu des structures principales.

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Ce document a t conu pour une bonne applicabilit aux structures en bton (non - arm, arm ou prcontraint). Des structures mtalliques ou mixtes acier-bton ne sont pas interdites dans les tunnels et tranches couvertes. Lapplication de lEurocode 3 est possible pour les calculs de rsistance au feu, mais les niveaux de vrification imposs par linstruction technique annexe la circulaire 2000-63 ne permettent pas de justifier de telles structures (sauf pour le niveau N0). Lorsque le niveau de rsistance exig est au moins le N1, il est donc ncessaire soit davoir recours une protection des aciers apparents, soit de ngliger la rsistance de ces aciers apparents (ce qui est possible dans le cas de structures mixtes).

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G1 1. valuation du champ de temprature dans llment : utilisation dabaques (ex : courbes DTU ou EC2) calcul thermique simplifi: caractristiques thermophysiques (l, r, c p ) supposes constantes calcul thermique plus fin : les caractristiques thermophysiques varient avec la temprature 2. Dtermination des sollicitations mcaniques : a. Selon modle linaire : dformation thermique linaire dans les sections, dfinie par une dilatation moyenne et une courbure calcules de sorte quelles soient quivalentes la dformation thermique relle sections lastiques de rigidits dpendant de la rigidit des matriaux de la section, en fonction de la temprature locale b. Selon modle linaire dans sa globalit (voir cas ci - dessus), mais non linaire localement : prise en compte dune ou de plusieurs rotules plastiques chaque fois quun effort rsistant ELU est atteint dans une section (soit par augmentation de leffort sollicitant, soit par rduction de leffort rsistant du fait de la temprature) prise en compte des changements de conditions dappui (butes, soulvements,...) ventuellement prise en compte dune certaine quantit de bton disparue par caillage, cette quantit tant tablie sur la base dessais. c. Selon modle compltement non - linaire : dformation relle dans les sections (prise en compte des autocontraintes dues au profil de temprature non linaire) matriaux lasto - plastiques dont la loi de comportement est associe la temprature locale prise en compte de la fissuration du bton tendu par modle de comportement non linarits lies au changement des conditions dappui prise en compte des grands dplacements prise en compte dune certaine quantit de bton disparue par caillage, cette quantit tant tablie sur la base dessais effectus 3. Mode de vrification de la rsistance de la structure : a. Selon modle linaire : admissibilit des efforts calculs en regard des efforts rsistants calculs chaud (rduction de rsistance du fait de la temprature) des sections lELU b. Selon modle linaire dans sa globalit, mais non linaire localement : admissibilit des dformations mcaniques des matriaux des rotules plastiques stabilit globale de la structure : nombre de rotules plastiques infrieur ou gal au degr dhyperstaticit c. Selon modle compltement non - linaire : admissibilit des dformations mcaniques partout dans la structure.

G2

G3


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Selon linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63, Dans l'tat actuel des modlisations numriques, le calcul ne pourra tre utilis seul pour justifier une structure en bton lorsqu'il y a risque d'clatement 4 de celui-ci. Ce risque existe systmatiquement lorsque la courbe HCM est utilise et peut exister lorsque la courbe CN est utilise avec des btons hautes performances . Le dveloppement des connaissances relatives aux phnomnes dcaillage et dclatement des btons et lvolution attendue de la modlisation du comportement thermo - hydro - mcanique des btons devraient permettre terme de prdire par le calcul le comportement des btons soumis de hautes tempratures. Pour linstant, on ne dispose que de mthodes forfaitaires qui sont prsentes en annexe D. Lorsquil y a risque dclatement, des essais doivent donc tre raliss de faon quantifier lpaisseur de bton affecte, ou la capacit dune protection empcher cet clatement et ralentir la propagation de la chaleur dans la structure. Gnralement, pour des raisons de faisabilit, les essais sont raliss sur des lments qui ne sont pas strictement identiques aux structures du tunnel (chargement diffrent, porte diffrente ou conditions aux limites diffrentes). Cependant, ils doivent respecter au minimum les paisseurs, la formulation du bton, le ferraillage (type dacier, diamtre des barres et quantit), les enrobages et la mise en uvre (voir annexe F). De ce fait, les essais seuls ne sont jamais suffisants et doivent tre complts : lorsquon ralise un essai en four directement sur un lment de structure, la structure complte doit tre vrifie par le calcul suivant les conditions de linstruction technique, avec ventuellement rduction de lpaisseur de bton pour prendre en compte lcaillage rellement observ lors de lessai ; lorsquon utilise un systme de protection ayant dj donn lieu un essai, le calcul doit tre ralis sur la structure relle en appliquant, linterface entre la protection et le bton, la temprature mesure derrire la protection lors de lessai. Un tel calcul est ncessaire car mme des tempratures acceptables vis - - vis de la rsistance des matriaux peuvent produire des dilatations thermiques et des efforts que ne peut reprendre la structure dans certains cas. Lpaisseur de protection doit donc tre dimensionne suivant ces considrations (voir section 4.2).

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Dans linstruction technique, on entend par clatement du bton la fois les phnomnes dcaillage et dclatement tels que dfinis dans lannexe D.

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4. Prescriptions de rsistance au feu4.1. Les niveaux de rsistanceLes exigences de linstruction technique ont t fixes en tenant compte de lensemble des enjeux : comme les incendies trs graves sont extrmement rares, des dpenses leves pour sen protger ne sont justifiables que si elles permettent dviter des consquences trop importantes. Les cots de protection dpendent de la courbe temprature - temps retenue, de la dure de rsistance et des matriaux constituant la structure. En dehors des btons hautes performances, les actions thermiques induites par la courbe CN ne provoquent habituellement pas dcaillage, si bien que les dispositions pour la rsistance au feu ne sont dans ce cas pas trs onreuses et consistent principalement en une paisseur suffisante de recouvrement de bton pour protger le ferraillage, ainsi qu des augmentations de ferraillage dans certaines zones pour reprendre les efforts dus aux dilatations thermiques gnes. La protection des structures en bton est beaucoup plus coteuse si lon utilise la courbe HCM, car il est en gnral ncessaire de mettre en place un matriau de protection pour limiter la temprature au niveau des armatures mtalliques et viter lcaillage. Afin de rpondre aux objectifs dcrits dans le chapitre 3.1., quatre niveaux de rsistance au feu ont t dfinis. Ils correspondent des exigences croissantes et sont dcrits dabord pour les tunnels gabarit normal ( 3,50 m) et ensuite pour les tunnels gabarit rduit.

Niveau N0Ce niveau correspond la vrification de labsence de risque deffondrement en chane en cas de rupture locale : la perte dun lment ne doit pas provoquer un report de charge sur dautres parties de la structure qui puisse entraner leur rupture. Cette exigence doit tre vrifie pendant lincendie et aprs lextinction de celui - ci, pendant la phase de refroidissement. Un lment dappui ne peut tre class N0 tout seul, puisque la perte de lappui conduit la perte de llment quil porte. Cest donc lensemble de lappui et de ce quil porte qui doit tre considr comme lment de structure subissant une rupture locale. Le niveau N0 constitue lexigence minimale laquelle doit satisfaire toute structure. Il correspond dans la plupart des cas aux rgles de lart de base de lingnierie. Sa particularit est quil ne dpend pas des courbes temprature - temps : il faut supposer une rupture locale et vrifier la non propagation en chane. On peut donc facilement trouver des exemples de structures qui rsistent un incendie CN pendant deux heures, ou mme un incendie HCM pendant 2 heures, mais qui ne sont pas N0. Le niveau N0 sapplique lorsquune rupture locale prs du foyer ne prsente pas de consquences dommageables pour la scurit des usagers et des quipes de secours susceptibles de se trouver dans dautres zones o la temprature nest pas aussi leve. Les structures qui doivent rpondre aux niveaux de rsistance plus levs dcrits ci - aprs doivent aussi satisfaire cette exigence.

Niveau N1Ce niveau correspond une rsistance la courbe normalise (CN) pendant 120 minutes, ce qui est not CN 120. Dans la majorit des incendies, mais pas les plus violents, le niveau N1 assure la rsistance de la structure pendant la dure ncessaire pour les oprations de secours. Il sapplique aux lments de structure qui assurent une fonction importante pour les oprations de secours, lorsque cette fonction

4. Prescriptions de rsistance au feu

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(dsenfumage par exemple) nest en tout tat de cause pas dimensionne pour lincendie maximal possible. La dure ncessaire pour les oprations de secours est fixe 120 minutes par linstruction technique. Comme lindique linstruction technique, elle peut tre rduite, sous rserve dun accord entre les diffrents services locaux concerns, pour tenir compte des conditions particulires dintervention des secours ou de la configuration des lieux. On verra page 20 que des calculs complmentaires sont en gnral raliser quand lexigence de linstruction technique est le niveau N1.

Niveau N2Ce niveau correspond une rsistance la courbe HCM pendant 120 minutes, ce qui est not HCM 120. Il sapplique aux structures qui doivent tre prserves quelle que soit la violence de lincendie pendant les dures ncessaires pour les oprations de secours ou pour vacuer vers lextrieur les personnes prsentes dans les abris. Ces dures peuvent tre rduites, sous rserve dun accord entre les diffrents services locaux concerns, pour tenir compte des conditions particulires dintervention des secours ou de la configuration des lieux.

Niveau N3Ce niveau requiert une rsistance la fois la courbe normalise pendant 240 minutes (CN 240) et, sparment, la courbe HCM pendant 120 minutes (HCM 120). Il sapplique aux structures qui doivent rsister au pire incendie possible pendant sa dure maximale. Pour les niveaux N2 et N3, une conception classique rend presque systmatiquement ncessaire des protections rapportes. En revanche, une conception prenant en compte le feu ds le dbut du dimensionnement, avec ventuellement des btons spciaux (par exemple comportant des fibres de polypropylne), permet de faire lconomie des protections rapportes, mais ncessite en gnral un essai pour valider la composition du bton. Dans les tunnels dont le gabarit est infrieur 3,50 m, la dfinition du niveau N0 est la mme que ci - dessus ; les niveaux N1, N2 et N3 correspondent tous une rsistance la courbe CN pendant 60 minutes, car un incendie nest pas suppos durer plus longtemps ni produire des tempratures suprieures dans ces tunnels. Le tableau 1 rcapitule les dfinitions des quatre niveaux de rsistance. Tableau 1. Dfinition des niveaux de rsistance Niveaux de rsistance N0 N1 N2 N3 Gabarit 3,50 m Gabarit 3,50 m

Pas de risque deffondrement en chane CN 120 HCM 120 HCM 120 et CN 240 CN 60 CN 60 CN 60

Les exigences N1 N3 sont dfinies dans linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 par rfrence larrt du 3 aot 1999, et sont soit de type stabilit au feu (SF dans le systme franais, R dans le systme europen), soit de type coupe - feu (SF + PF + CF dans le systme franais, REI dans le systme europen) selon la fonction assurer. Larrt du 3 aot 1999 a t abrog et remplac par larrt du 22 mars 2004 relatif la rsistance au feu des produits, lments de construction et douvrages. Les classifications SF/PF/CF (stable au feu, pareflamme, coupe feu) sont remplaces par les classes europennes R, E, I (rsistance, tanchit, isolation).

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Cest bien entendu larrt du 22 mars 2004 qui est maintenant appliquer aussi pour les tunnels. Les rgles dacceptabilit entre les anciennes et les nouvelles classifications sont fixes en annexe 5 de larrt du 22 mars 2004.

4.2. Conseils gnraux et choix du degr danalyseLe degr danalyse (G0 G3) doit tre choisi en fonction du niveau de rsistance ncessaire et du type de calcul faire (dimensionnement ou vrification). Pour des calculs de dimensionnement dune structure neuve, on retiendra en gnral les choix suivants: niveau dexigence N0 : degr G0 ; niveau dexigence N1 : degr G1 ou G2 ; niveau dexigence N2 ou N3 : une analyse conomique doit tre faite pour dterminer ce qui est le plus pertinent, entre : un degr danalyse G1 assorti de protections thermiques projetes ou par plaques rapportes 5, ou un degr danalyse G2 ou G3 sans protection mais avec des essais en four pour caractriser le phnomne dcaillage, ou un degr danalyse G3 comprenant lusage de techniques innovantes et des essais en four. Pour des calculs de vrification de structures existantes, hormis le cas o seul le niveau N0 est prescrit, on fera un raisonnement en cascade : on commencera par appliquer le degr danalyse G1. Si la rsistance de la structure est dmontr, il nest pas ncessaire daller plus loin. Dans le cas contraire, cette analyse doit permettre didentifier les points faibles de la structure, et de se poser la question de la pertinence des hypothses prises (au besoin par une analyse de sensibilit certains choix de modlisation, afin de juger de la robustesse du calcul). On ralise alors dans ce cas des vrifications de niveau G2, puis G3 le cas chant. En effet, la complexit croissante des degrs danalyse permet dtre de plus en plus prcis, et donc de justifier des structures qui a priori ne seraient pas justifies par un degr danalyse plus bas, mais ceci au prix dune complexit croissante des modles. Le degr G3 tant extrmement complexe, on ne labordera que si lenjeu est important (sinon, on se contentera de proposer une solution utilisant des protections thermiques). Quand des essais sont raliser pour un ouvrage neuf, on utilisera le mme bton pour les essais que pour les structures raliser. Pour les ouvrages existants, il est en gnral impossible de dcouper dans louvrage une dalle de dimension suffisante pour les essais (voir annexe G). Dans ce cas, et dans ltat actuel des connaissances sur lcaillage, on analysera le bton de louvrage et lessai sera ralis sur un bton neuf ayant les mmes caractristiques principales (rsistance caractristique, module dYoung, porosit, teneur en eau, type de granulats, etc). Dans certains cas, lespace de tunnel vrifier comporte une dalle infrieure ou un radier, ou bien la dalle de chausse spare lespace de trafic d'une galerie de scurit ou dun cheminement dvacuation. Il importe dans ce cas den justifier la rsistance au feu en fonction des exigences qui correspondent leur fonction (participation la structure de louvrage, sparation avec un second espace de trafic, sparation avec une galerie de scurit ou un cheminement dvacuation, etc.). Pour pratiquer cette justification, on peut si ncessaire prendre en compte leffet isolant de la chausse (voir ci - dessous). Dans le cas des tunnels de gabarit infrieur 3,50 m, une analyse de niveau G0 ou G1 est en gnral suffisante, car les niveaux N1, N2 et N3 correspondent tous trois une tenue 60 minutes sous la courbe normalise.

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Les systmes de protection thermique couramment utiliss sont principalement de deux natures : les systmes projets, dont la mise en uvre est assure par voie humide ; les protections par plaque de parement fixes directement contre les parois protger. noter galement lexistence de panneaux de fond de coffrage, qui peuvent galement assurer la fonction pour les structures neuves.


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Cas particulier des structures protges par revtement rapportLorsque lon utilise un revtement rapport pour protger une structure, la dmarche utiliser pour le dimensionnement et la vrification est la suivante : choix du matriau de protection et de son paisseur afin de garantir une temprature maximale prdfinie linterface avec le bton ; dimensionnement de la structure en prenant en compte cette temprature la place de la courbe temprature - temps. Il est judicieux de retenir une temprature dinterface suffisamment faible, afin de limiter le dimensionnement de la structure. On peut par exemple retenir une temprature entre 250 et 400C. La temprature relle atteinte linterface doit tre value par des essais au cours desquels il faut veiller ce que le systme qui assure laccrochage ou ladhrence du revtement sur la structure soit identique celui qui sera utilis sur le tunnel. Il convient de procder un calcul de vrification de la structure, car mme des tempratures acceptables vis - - vis de la rsistance des matriaux peuvent produire des dilatations thermiques et des efforts que ne peut reprendre la structure dans certains cas. Une temprature dinterface suffisamment faible permet de se contenter dans tous les cas dun niveau danalyse G1. Lorsque llment de structure protger est sous chausse, on ne peut pas employer de matriaux isolants, car ils nont pas les bonnes caractristiques mcaniques pour porter les vhicules. Il vaut mieux alors prendre en compte la charge thermique dans le dimensionnement de la dalle, par exemple au moyen dun sur - enrobage des aciers (en effet, dans ce cas, mme sil y a caillage, les cailles restent en place et le bton endommag continue de jouer un rle de protection thermique).

4.3. Rsistance au feu des structures principales4.3.1. Choix du niveau de rsistanceLinstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 impose des exigences de rsistance au feu pour les tunnels revtus, les tunnels immergs et les tranches couvertes. Il est noter que le choix du niveau de rsistance au feu dun ouvrage ne dpend pas du fait que ce tunnel est autoris ou non au transports de marchandises dangereuses. En effet, les graves incendies survenus ces dernires annes dans les tunnels europens ont montr que des marchandises combustibles mais non classes comme dangereuses par la rglementation pouvaient alimenter des incendies extrmement violents. Le tableau 2 dcrit les exigences en terme de rsistance au feu des structures principales de ces ouvrages.

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Tableau 2. Niveaux de rsistance au feu requis pour les structures principales des tunnels revtus, des tunnels immergs et des tranches couvertes Niveau de rsistance Cas gnral (pas de risque dinondation ou denvahissement catastrophique par le terrain ni de risque de dommages graves en surface ou pour dautres constructions proches) : a. Cas o une rupture locale est sans consquence sur la scurit des usagers ou des services de secours pouvant tre prsents ailleurs dans le tunnel b. Structure qui supporte une voie routire ou une zone accessible aux pitons avec : possibilit dinterdire la circulation sur la voie porte ou dvacuer la zone en un temps court impossibilit dinterdire la circulation sur la voie porte c. Structure ncessaire pour maintenir la stabilit dun autre tube ou la sparation avec celui - ci : avec existence de communications directes avec lextrieur et possibilit dinterdire la circulation dans le second tube en un temps court avec existence de communications directes avec lextrieur et impossibilit dinterdire la circulation dans le second tube en un temps court en labsence de communications directes avec lextrieur d. Structure dont une rupture locale risque de couper une gaine de ventilation ou des cbles longitudinaux : qui sont importants pour les oprations de secours qui sont indispensables pour lutilisation des abris et des cheminements qui permettent dy accder par lextrieur Risque dinondation ou denvahissement catastrophique par le terrain Risque de dommages graves en surface ou pour dautres constructions proches

N0

N1 N2 ou N3 ()

N1 N2 () N2

N1 N2 N3 N3 ()

Selon le caractre stratgique ou non de la voie (par exemple, cas dune voie autoroutire trs fort trafic). Ce cas napparat pas dans le tableau de synthse en annexe 2 de linstruction technique. Pour les tunnels de gabarit autoris infrieur 3,50 m, on retiendra un niveau CN240, CN180 ou CN120 pour un btiment, selon sa nature (immeuble de grande hauteur, tablissement recevant du public ou tablissement class en raison du risque dincendie, autre btiment, voir 6.2 de linstruction technique).

Le niveau de rsistance N0 dune structure garantit seulement quune rupture locale ne risque pas de provoquer deffondrement en chane. Par consquent, lors dun incendie, mme faible, une telle structure peut seffondrer assez rapidement,mais cette rupture doit rester locale,limite aux zones o toute survie des usagers est impossible. Le niveau N0 doit aussi tre recherch pour les ouvrages prsentant une ouverture lgrement suprieure 1 m 2 par mtre linaire de voie et qui, par consquent, ne sont pas soumises la circulaire 2000 - 63. Pour les structures neuves devant rpondre une exigence N0, le matre douvrage peut dcider de choisir un niveau plus lev, par exemple le niveau N1, voire un niveau intermdiaire (CN 60 par exemple), afin dviter des sujtions de rparations et de faciliter lintervention des services de secours au droit du foyer. Pour les tunnels gabarit autoris suprieur 3,50 m, le niveau N2 est toujours difficile respecter. Pour lobtenir, il faudra dans la plupart des cas prvoir ou bien une protection thermique en fond de coffrage,


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ou bien une protection thermique rapporte, ou bien des btons spciaux. Le surcot du niveau N2 par rapport au niveau N1 peut donc tre trs important. Pour les tunnels dans lesquels des lments de la structure dun tube sont ncessaires pour la stabilit du second, linstruction technique contient des dispositions spcifiques (niveaux N1 ou N2 selon que le tunnel est quip ou non daccs directs lextrieur). Pour les ouvrages existants, la vrification peut tre problmatique, en particulier pour les tranches couvertes doubles. Il convient dans ce cas de faire un tat des lieux du niveau de rsistance de la structure, et dadapter le plan dintervention en consquence si le niveau de rsistance reste acceptable, ou dengager des travaux de rnovation lourde si ce nest pas le cas. Dans le cas des ouvrages neufs de gabarit autoris suprieur 3,50 m, la ncessit de respecter un niveau N2 si le tunnel nest pas quip daccs directs lextrieur peut conduire retenir : un type de structure qui permette que la stabilit dun tube nengage pas celle du second, mme si ce type de structure est plus complexe de celui que lon retiendrait indpendamment des considrations sur lincendie ; ou bien de mettre en place des accs directs lextrieur utilisables par les services de secours (un bon exemple est le cas dune tranche couverte double situe une profondeur suprieure 15 m). Pour les structures qui ne sont soumises qu une exigence de niveau N1 mais qui portent des zones vacuer rapidement (voirie, espace pitonnier, etc.), il est recommand de raliser un calcul complmentaire (non prvu explicitement par linstruction technique), afin de dterminer la dure de stabilit relle au feu sous les courbes HCM de cette structure. En effet, un feu trs violent, mme trs improbable, est toujours possible, et la dure de stabilit relle de la structure dans ces conditions doit tre connue. Cest un lment dapprciation supplmentaire qui est prendre en compte dans ltablissement des modalits dintervention des forces de secours.De mme,pour une structure soumise uniquement une exigence de niveau N0, il est souhaitable de dterminer la stabilit relle au feu sous la courbe CN.

4.3.2. Localisation et tendue de lincendieLorsquun incendie se dclare dans un tunnel ou une tranche couverte, sa localisation (prs des parois, sur la chausse, en haut dun camion), sa zone dtendue (en latral, mais aussi en longitudinal) et son intensit peuvent varier.Tout ceci entrane, selon les cas, des variations de la distribution des tempratures au sein des structures principales (lincendie peut chauffer diffremment une partie plus ou moins importante des structures, voire lintgralit de la structure). De plus, le mouvement des fumes selon le type de ventilation (transversale ou longitudinale) modifie galement cette distribution des tempratures. Linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 ne donne aucune indication sur la localisation et ltendue de lincendie, se limitant la courbe de monte en temprature des gaz (CN ou HCM) au cours du temps. Par consquent, il convient, lors de la vrification de la tenue au feu dune section, de rechercher le cas le plus dfavorable pour la section vrifier. En pratique, les efforts induits par lchauffement sur une structure hyperstatique sont trs dfavorables au niveau des sections o ces dformations sont le plus gnes (aux encastrements par exemple), alors quils peuvent avoir un effet favorable pour dautres sections pour lesquelles ils contribuent rduire les efforts ( mi - trave du plafond par exemple). Dans ces dernires sections, il est nanmoins possible que ces efforts deviennent dfavorables si les moments sinversent. Il est ainsi ncessaire, lors de la conception ou de la vrification du niveau de rsistance, de prendre en compte deux scnarios (voir annexe E) pour les structures hyperstatiques : un scnario o lon applique les courbes CN ou HCM sur les faces intrieures de lensemble des composants du tunnel ou de la tranche couverte (parois latrales, plafond), ce qui correspond au cas le plus dfavorable en pratique pour les sections situes au niveau des encastrements ; un scnario o lon nglige les contraintes cres par lchauffement (le seul effet de lincendie est alors un affaiblissement de la rsistance de la structure), ce qui correspond au cas dun incendie de faible tendue. Ce cas est le plus dfavorable en pratique pour les sections situes au milieu du plafond.

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Il est toutefois loisible au concepteur de rechercher dautres scnarios qui seraient plus dfavorables pour les sections vrifier, par chauffement partiel des composants du tunnel ou de la tranche couverte (plafond, partie des parois latrales). Dans le cas dun lment de structure isostatique, la position de lincendie na pas dincidence sur les efforts sollicitants car, la structure tant libre de se dformer, les dilatations thermiques ne gnrent pas defforts. On se contente donc de vrifier le cas de lincendie appliqu au niveau des sections les plus critiques.

4.3.3. Mthodologie de calculAlors que la vrification du niveau de rsistance N0 ne ncessite gnralement pas de calcul, mais une rflexion sur la stabilit en chane de la structure (degr danalyse G0), la vrification des niveaux de rsistance N1, N2 ou N3 requiert une mme mthodologie de calcul qui peut se dcomposer en trois tapes : un calcul thermique permettant dvaluer le champ de temprature au sein de la structure (voir annexe C) ; un calcul des efforts dans la structure avec la prise en compte des efforts induits par les dilatations thermiques lorsquils sont dfavorables dans les structures hyperstatiques (voir annexe E) ; la vrification des sections en prenant en compte le fait que les caractristiques mcaniques des matriaux varient avec la temprature (on prendra comme rfrence le DTU feu ou lEurocode 2 partie 1.2. 6). Le cas chant, les rotations dans les rotules plastiques doivent galement tre vrifies (on prendra comme valeurs limites les rotations limites donnes dans le DTU Feu pour les dalles dpaisseur infrieure 25 cm et celles donnes dans lEurocode 2 pour les dalles plus paisses). La combinaison retenue est ltat limite accidentel, o toutes les charges sont affectes du coefficient 1. Si le tunnel supporte des voies accessibles aux vhicules ou aux pitons, on prendra en compte la valeur frquente de ces charges lorsque le niveau de vrification est N2 (voie porte conserver pendant au moins deux heures). Lorsque le niveau de vrification est N1 (voie porte fermer rapidement) on prendra en compte uniquement la charge permanente pour les calculs de dimensionnement. Dans ce cas, on fera un calcul complmentaire (non prvu par linstruction technique) qui value la dure de rsistance de la structure sous courbe HCM et charges frquentes. Cette dure sera compare au dlai de fermeture prvu pour louvrage. Lorsquune structure de tunnel porte une voie routire ou ferre, on choisira la charge dexploitation en fonction dune analyse des possibilits de fermeture (voir annexe E). Il se peut que linstant o la structure est la plus sollicite ne corresponde pas la dure maximale de lincendie. Il est donc en gnral ncessaire de vrifier la structure plusieurs instants au cours de lincendie.

4.4. Rsistance au feu des structures de second uvreLes nombreux cas possibles pour la rsistance au feu des structures de second uvre doivent tre examins en fonction des objectifs dcrits dans le chapitre 3.1. Le tableau 3 traite des cas les plus habituels. Selon que llment considr a un rle seulement de rsistance mcanique, ou aussi de compartimentage, lexigence figurant dans le tableau se traduira par un classement de rsistance, tanchit ou isolation (REI ceci est prcis dans linstruction technique avec la terminologie franaise SF / PF / CF). Les mmes exigences sappliquent aux lments non structuraux qui interviennent dans une fonction de compartimentage: cloisons, portes, systmes de calfeutrement des pntrations des quipements et cbles traversant des parois rsistantes au feu, etc.6

LEurocode 1.2 (XP ENV 1992-1-2) nest pas toujours trs clair sur ce point; en cas dincomprhension, on pourra saider de sa nouvelle version, actuellement en projet dfinitif (prEN 1992 - 1 - 2).


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Tableau 3. Niveaux de rsistance au feu requis pour les structures de second uvre Structures de second uvre Faux plafonds et parois sparant le tunnel et les gaines de ventilation : a. Cas gnral (une perte locale de continuit naffecte pas la scurit des usagers prsents dans dautres zones du tunnel) b. Si la continuit de la gaine est importante pour laction des secours c. Gaines de ventilation des abris Autres parois des gaines de ventilation : a. Cas gnral b. Gaines utilises pour le dsenfumage Parois sparant les locaux techniques et stations de ventilation du tunnel : a. Vis - - vis dun incendie survenant dans le local ou la station b. Vis - - vis dun incendie survenant dans le tunnel : cas gnral si risque pour lutilisation des abris et de leurs cheminements si risque pour la continuit de lalimentation lectrique ou des tlcommunications Amnagements pour lvacuation des usagers et laccs des secours (rsistance globale vis - - vis dun incendie dans le tunnel, prenant en compte plusieurs parois le cas chant) a. Communications directes avec lextrieur b. Communications entre tubes (rsistance globale de la sparation) : si paroi commune entre les tubes si pas de paroi commune c. Galeries de scurit, abris et leurs accs Dalle supportant la chausse : a. Cas gnral b. Dalle au - dessus dun espace requrant un niveau suprieur de rsistance

Niveau de rsistance

N0 N1 N2 N0 () N1 N1 N2 N3

() () N2 N2

N0 ()

Dans le cas gnral, il ny a pas dexigence autre que N0; pour les gaines dont la continuit au droit dun incendie est importante pour laction des secours, mais qui nont pas de rle dans la ventilation ou lvacuation des abris, on retient le niveau N1, la courbe CN tant applique des deux cts de la paroi ; il est noter que le tableau 6 annex linstruction technique est imprcis sur ce point, mais que le texte lui - mme de linstruction technique est trs clair. Courbe normalise pendant 60 minutes dans tous les cas. Le niveau retenir (N1 ou N2) est le mme que celui retenu pour la paroi entre les deux tubes. Le niveau retenir est celui de lespace situ sous la dalle.

Quand le niveau de rsistance requis pour un plafond est N0, une vrification supplmentaire de la tenue de la structure en tous les endroits compatibles avec la prsence des services de secours est utile pour prciser les modalits dintervention de ces services. Ce calcul sinspire du critre pour la chute dlments lourds suspendus, et est donc abord au paragraphe suivant.

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4.5. Protection contre la chute dlments en plafondIl importe aussi de sassurer que, lors dune intervention, les services de secours ne puissent pas tre mis en danger par la chute dlments non structuraux du tunnel ou dquipements suspendus, par exemple des lments de panneaux messages variables ou dacclrateurs. Linstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 prvoit donc que les lments suspendus et leurs dispositifs de suspension doivent rsister une temprature de 450 C pendant deux heures pour un gabarit autoris suprieur 3,50 m, une heure pour un gabarit autoris infrieur 3,50 m. Cette valeur de 450 C a t retenue la suite des travaux dun groupe de travail DDSC / CETU qui ont montr que la temprature de 450 C pour une nappe de fume stratifie gnre un rayonnement au sol partout suprieur 5 kW/m 2. Ce seuil de 5 kW/m 2 correspond au rayonnement maximal que peut supporter pendant 15 30 minutes un pompier quip de moyens de protection. Une des consquences de cette exigence est que les ancrages servant la fixation des lments en plafond doivent tre suffisamment rsistants au feu. Selon linstruction technique, des structures de niveau N0 sont admissibles en tunnel. Pour les structures en bton, quand ces structures sont situes au-dessus des endroits o peuvent se trouver des pompiers, une vrification supplmentaire (non prvue par linstruction technique) est recommande pour dterminer la stabilit relle de ces structures dans les conditions simultanes les plus extrmes dexposition des pompiers et de sollicitations thermiques lies lextraction des fumes le cas chant. Un calcul de la dure de rsistance sous feu CN et une vrification de la tenue au feu 450 C dans le tunnel pendant une dure de deux heures sont souhaitables (lorsquil sagit dun plafond supportant des gaines dextraction, une analyse plus pousse sur la base du mouvement des fumes peut tre ncessaire pour dterminer les tempratures en gaine). Ces calculs doivent permettre de prciser les modalits dintervention des services de secours. Le tableau page suivante fait la synthse des justifications de structure exiges par linstruction technique et des calculs complmentaires proposs par le prsent guide.


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Niveau de rsistance TUNNEL DE GABARIT AUTORIS 3,50 M

Calculs de dimensionnement

Calculs complmentaires Dure de rsistance sous courbe CN (cas des plafonds des espaces de trafic : dure de rsistance sous 450 C) Dure de rsistance sous courbe HCM avec charges permanentes et frquentes Dure de rsistance sous courbe CN (cas des plafonds des espaces de trafic : dure de rsistance sous 450 C) Dure de rsistance sous courbe CN avec charges permanentes et frquentes Dure de rsistance sous courbe HCM avec charges permanentes et frquentes

N0

Absence de rupture en chane

N1

CN 2h (charges permanentes seulement) HCM 2h (charges permanentes et frquentes) HCM 2h + CN 4h (charges permanentes et frquentes)

N2 N3

TUNNEL DE GABARIT AUTORIS 3,50 M

N0

Absence de rupture en chane

N1

CN 1h (charges permanentes seulement)

N2 N3

CN 1h (charges permanentes et frquentes) CN 1h (charges permanentes et frquentes)

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5. Fonctionnement la chaleur des quipements5.1. quipements lectriques et tltransmissionsLinstruction technique annexe la circulaire 2000 - 63 exige que la continuit des artres principales assurant linterconnexion entre postes dalimentation lectrique et des tltransmissions (communication, tlcommandes, capteurs, etc) soit assure au droit de lincendie, et ce pour une sollicitation thermique de niveau N3. La rsistance au feu des cbles est dfinie par les catgories CR1 et CR2. Le niveau CR1, le plus exigeant, consiste assurer la continuit de la fonction lorsque le cble est chauff selon la courbe CN pendant 50 minutes, puis maintenu 900 C pendant 15 minutes. Il nest donc pas possible davoir les niveaux de rsistance exigs ci - dessus avec des cbles dans lespace de trafic. Cette rsistance peut tre ralise en mettant les cbles sous trottoir ou sous chausse, mais dans ce cas il convient de vrifier que la protection est suffisante y compris au niveau des chambres de tirage et des botes de jonction et de raccordement. Une autre possibilit est de raliser un bouclage par lautre tube si le tunnel est deux tubes ou par lextrieur sinon, et de faire en sorte quune rupture locale des cbles nentrane pas la perte de la fonction assure par ces cbles de part et dautre de lincendie. En gnral, les points faibles des circuits dalimentation lectrique sont les botes de jonction, de raccordement et de drivation. On sassurera donc tout particulirement que ces lments ne puissent pas compromettre la continuit des fonctions vises. Pour lclairage de scurit (assurant sur la chausse 10 lux en moyenne et 2 lux en tout point), linstruction technique exige que les cbles dalimentation soient de classe CR1 ou protgs des effets directs du feu.Toutefois, comme un incendie peut gnrer des tempratures suprieures ce niveau de rsistance, linstruction technique exige en plus que cet clairage soit aliment par des cantons de moins de 600 m.Les plots de balisage lumineux (ou hublots de jalonnement) doivent tre aliments selon des cantons de 100 m, car leur rle est fondamental pour lvacuation des usagers, notamment dans les zones enfumes. Linstallation des radiocommunications doit se faire par cantons de 500 m en urbain et 800 m en non urbain.

5.2. quipements de ventilation5.2.1. Ventilateurs dextraction et acclrateursLes prescriptions de linstruction technique sont rsumes dans le tableau ci - aprs, et assorties de commentaires. Les tempratures exiges sont nettement plus faibles que celles exiges pour les structures. Cela tient dune part au fait quil est impossible de trouver des quipements lectromcaniques rsistant de telles tempratures, dautre part du fait que les tempratures hors de flammes sont nettement plus basses que dans les flammes (voir annexe A), et enfin de la baisse defficacit des ventilateurs dans lair chaud (qui fait qu 400 C, le dbit massique brass par un ventilateur nest plus que de 40 % environ du dbit massique brass 20 C). Les ventilateurs ont en gnral des protections thermiques pour viter les surchauffes en fonctionnement normal. Il est ncessaire pouvoir dsactiver ces systmes en cas dincendie.

5. Fonctionnement la chaleur des quipements

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Gabarit autoris 3,50 m Tunnel interdit aux TMD 1. Ventilation longitudinale : avec prise en compte forfaitaire de la perte des acclrateurs avec prise en compte par le calcul de la perte des acclrateurs stations dextraction massive 2. Ventilation transversale : cas gnral cas o des trappes de dsenfumage sont proches des ventilateurs cas de ventilateurs individuels dans chaque bouche

Gabarit autoris 3,50 m Tunnel autoris aux TMD 400 C 2h () () 400 C 2h () 1h () () 1h ()

200 C 2h () 200 C 2h

200 C 2h 400 C 2h () 400 C 2h ()

400 C 2h () 400 C 2h () 400 C 2h ()

1h () 1h () 1h ()

En labsence de matriels satisfaisant cette exigence, on peut retenir une rsistance 400 C 1h. Temprature adapter en fonction de la puissance de lincendie de dimensionnement et des caractristiques du tunnel ; on peut en gnral retenir 200 C. Il ny a dans ce cas aucune exigence particulire dans linstruction technique; on peut cependant recommander de retenir au minimum 200 C 2h.

5.2.2. Trappes de dsenfumage et registresLe fonctionnement des trappes de dsenfumage en ventilation transversale et le cas chant en ventilation longitudinale avec extractions massives doit permettre : pendant une dure de 15 minutes, louverture pour une temprature de 400 C dans le tunnel et de 20 C en gaine ; pendant une dure dune heure : louverture et la fermeture pour une temprature de 200 C dans le tunnel et dans la gaine, louverture une temprature de 400 C dans le tunnel et 200 C dans la gaine. Une fois encore, cest le systme qui doit pouvoir assurer sa fonction. Les lments analyser sont donc la dilatation des lments de trappes, la motorisation, lalimentation lectrique, les circuits de commande, Il nexiste pas de procdure normalise pour tester des trappes. Un exemple de cahier des charges pour raliser un tel test est donn en annexe G. Le niveau de rsistance au feu des registres (on appelle registres les mcanismes dont les fonctions sont similaires celles des trappes mais placs dans les conduits de ventilation) situs proximit immdiate des ventilateurs nest pas prescrit explicitement par linstruction technique. Par cohrence, on choisira des exigences permettant lutilisation des ventilateurs dans leurs conditions extrmes de rsistance, afin de permettre des basculements de ventilateurs en cas de dfaillance de lun deux. Les transparences arauliques doivent pouvoir fonctionner louverture pendant 1 heure 400C dans le tunnel. Du fait de la grande taille de ces transparences arauliques (de lordre de 100 m 2), des essais sont impossibles,et ce point est justifier lment par lment et par le calcul (en particulier pour la dilatation).

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5. Fonctionnement la chaleur des quipements

Annexe ARaction au feuA.1 IntroductionLa prsente annexe prsente la classification de raction au feu franaise et la classification europenne, ainsi que leur correspondance. La classification franaise ne peut plus tre employe pour un produit dont le marquage CE, qui traduit la conformit la Directive Europenne relative la libre circulation des produits de construction, est entr en vigueur. terme, le systme franais sera donc abandonn.

A.2. Le systme national (classements M)Le systme dvaluation partage les produits de construction en deux familles : les revtements de sols et les autres produits. En labsence dexigences de raction au feu pour les chausses des tunnels routiers, seules les mthodes sappliquant aux produits autres que les sols sont prsentes. Les produits autres que les sols sont diviss en deux catgories : 1. Les produits rigides de toute paisseur et les produits souples dpaisseur suprieure ou gale 5 mm 2. Les produits souples dpaisseur infrieure 5 mm Entrent galement dans la premire catgorie les revtements de murs ou de plafonds, qui sont tests sur des supports types (fibre ciment, plaque de pltre ou panneau de bois).Tous les produits gnralement employs en tunnel sont donc de cette premire catgorie, qui est la seule prsente ci-dessous. Pour valuer le comportement au feu de ces produits, on a recours aux essais suivants : lessai la bombe calorimtrique (dtermination de la chaleur de combustion NF EN ISO 1716) : cet essai reprsentant le scnario dun feu pleinement dvelopp (post flash-over) est destin dterminer les performances des produits faible ou trs faible fraction organique, qui de fait, sont peu ou trs peu combustibles. Cet essai permet de mesurer le pouvoir calorifique suprieur (PCS) dun matriau ; lessai principal de rayonnement (NF P 92 - 501) : cet essai dit essai de la cabine piradiateur est destin valuer le comportement au feu des matriaux combustibles. Il permet dvaluer le degr dinflammabilit des produits, soumis un scnario de feu non pleinement dvelopp (flux incident nominal gal 30 kW/m 2). Un indice de classement est dtermin au moyen de trois paramtres : t i : temps ncessaire pour obtenir la premire inflammation, exprim en secondes, t : dure de l'inflammation, exprime en secondes, : somme, exprime en centimtres, des hauteurs de flammes pendant toute la dure d'inflammation notes toutes les 30 secondes, Calcul de l'indice q : q = 100 h ti t

h

Lindice de classement q correspond la moyenne des q obtenus. Lessai principal par rayonnement est assorti dessais complmentaires dans le cas des les matriaux qui percent sans inflammation : lessai complmentaire de propagation du feu (persistance de flammes et vitesse de propagation de flammes NF P 92-504):cet essai sapplique aux matriaux combustibles facilement inflammables; il permet de vrifier que la dure de persistance des flammes et la vitesse de propagation de flammes Vp restent infrieures des valeurs spcifies ;

Annexe A - Raction au feu

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lessai complmentaire pour matriaux fusibles (NF P 92 - 505) : pour les produits soumis des phnomnes de fluage ou de rtractation (produits dits fusibles ou thermofusibles). Cet essai consiste soumettre le produit laction dun brleur (piradiateur), et observer loccurrence de linflammation dune ouate de cellulose provoque par la chute de gouttes et dbris enflamms.

A.2.1. Dtermination du classement M0Les critres daccession au classement M0 pour les matriaux souples dpaisseur suprieure 5 mm et pour les matriaux rigides de toutes paisseurs sont identiques.Ils sont prciss dans le tableau ci-dessous: Matriaux rigides Matriaux souples dpaisseur > 5 mm Essai bombe calorimtrique (NF EN ISO 1716) + (essai par rayonnement) NF P 92 - 501

PCS 2,5 MJ / kg q = 0 et t 5 sec

Pour les matriaux multicouches, cette condition est respecter pour chacune des couches, sauf cas prvus par la norme NF P 92 - 507. Certains matriaux ont un PCS rigoureusement nul sous lessai de la bombe calorimtrique. Ils sont dits inertes.

A.2.2. Dtermination des classements M1 M4 partir des essais prsents ci-dessus, on range les produits qui ne sont pas M0 dans les classes suivantes: Essais Essai par rayonnement (NF P 92 - 501) Critres de classement q q q 2,5 15 50 Classement M1 M2 M3

Essai de persistance (NF P 92 504)

Matriaux nentrant pas dans les catgories prcdentes et Vp 2 mm.s 1 Matriaux nentrant pas dans les catgories prcdentes et Vp 2 mm.s 1

M4

Non class

A.3. Le systme europen (Euroclasses) linstar de son pendant franais, le systme europen distingue les revtements de sols des autres produits. On ne traite pas ci - dessous du cas des revtements de sols.

A.3.1. Classement principalLe systme europen de raction au feu, dit systme des Euroclasses, sappuie sur des essais reprsentant trois niveaux de sollicitation thermique (classs par exigence croissante) : attaque thermique par une flamme de petite taille ; feu intermdiaire ; feu pleinement dvelopp. Ces trois niveaux sont dtaills ci - aprs.

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Le scnario dattaque thermique par une petite flamme (NF EN ISO 11925 - 2) est trs peu nergtique et sollicite une trs faible surface du produit. Les produits qui senflamment sont classs F, et ceux qui ne senflamment pas sont classs E. La classe F est utilise galement pour les produits qui nont pas t tests. Un produit de classe E contribue fortement au feu et latteinte du phnomne de flash over. Il ny a pas dquivalent dans le systme national et cette classe nest pas prescrite dans les rglementations franaises de scurit contre lincendie. Le scnario de feu intermdiaire est celui reprsentant le feu dun petit lment de mobilier dans le coin dune pice (par exemple, un feu de poubelle). Ce scnario de feu est reprsent par lessai de lobjet isol en feu, dit essai SBI pour single burning item, (NF EN 13823) labor spcifiquement pour les besoins de lharmonisation. Il permet de ranger les produits dans les classes suivantes : classe B (ou mieux, en fonction des rsultats aux essais de scnario de feu pleinement dvelopp): pour les produits qui ne contribuent pas au flash - over ; classe C, pour les produits qui contribuent au flash - over de manire limite ; classe D, pour les produits qui contribuent au flash - over. Le scnario de feu pleinement dvelopp permet de classer les produits faible ou trs faible fraction organique, rpartis en deux classes : classe A1 : pour les produits qui napportent aucune contribution au feu, et ne produisent aucune fume ; classe A2 : pour les produits qui napportent aucune contribution significative au feu. Les classes A1 et A2 sont dtermines au moyen de deux essais (plus lessai SBI pour la classe A2) : mesure du PCS la bombe calorimtrique (NF EN ISO 1716) qui est lessai pratiqu en France pour la classe M0 ; test au four de non-combustibilit (NF EN ISO 1182).

A.3.2. Les classements additionnelsLes classements additionnels portent sur lmission de fumes dune part et la production de gouttes et dbris enflamms dautre part. Production de fumes : lors des essais de niveau de sollicitation thermique intermdiaire (essai SBI), les fumes sont extraites et values, en termes de vitesse de production et de quantit totale mise. Cette disposition est totalement nouvelle par rapport au systme franais qui nintgre pas cette caractristique. Pour les produits autres que les sols, on dnombre trois classes : classe additionnelle S1 : production de fumes trs limite ; classe additionnelle S2 : production de fumes limite ; classe additionnelle S3 : produits qui ne sont ni S1, ni S2. Production de gouttes et dbris enflamms: lors des essais, on observe lventuelle chute de gouttes ou dbris enflamms, et on value la dure dinflammation. Ce critre existe dans le systme franais, mais il est directement intgr dans le classement M. Pour les produits autres que les sols, on dnombre trois classes : classe additionnelle d0 : pas de production de gouttes ou dbris enflamms ; classe additionnelle d1 : production de gouttes ou dbris dont linflammation ne dpasse pas 10 secondes ; classe additionnelle d2 : produits qui ne sont ni d0, ni d1.

A.3.3. Constituants non-substantielsUn matriau est un constituant non substantiel sil ne constitue pas une part significative dun produit homogne. Une couche dune masse infrieure 1kg par mtre carr et dune paisseur infrieure 1 mm est considre comme non substantielle.


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A.4. Tables dacceptabilit entre exigences M et EuroclassesAfin de permettre lemploi en France des produits de construction marqus CE dont la caractristique de raction au feu a t dtermine selon le systme europen des Euroclasses, deux tables dacceptabilit ont t dfinies par larrt du 21 novembre 2002, lune propre aux revtements de sol (sans objet dans le cas prsent) et lautre pour les produits en usage vertical ou en plafond. Ces tables indiquent les euroclasses qui rpondent aux exigences de la rglementation franaise, qui reste lheure actuelle exprime en classement M . Euroclasse de raction au feu A1 s1 A2 s1 s2 ou s3 B C (3) D s1 ou s2 ou s3 s1 (2) (3) ou s2 (3) ou s3 (3) s1 (2) ou s2 ou s3 Toutes classes (2) autres que E - d2 et F d0 d1 (1) d0 ou d1 (1) d0 ou d1 (1) d0 ou d1 (1) d0 ou d1 (1) M2 M3 et M4 (non gouttant) M4 M1 Exigence Incombustible M0

1. Le niveau de performance d1 est accept uniquement pour les produits qui ne sont pas thermofusibles dans les conditions de lessai. 2. Le niveau de performance s1 dispense de fournir les informations prvues par larrt du 4 novembre 1975 modifi portant rglementation de lutilisation de certains matriaux et produits dans les tablissements recevant du public et linstruction du 1 er dcembre 1976 sy rapportant. 3. Admissible pour M1 si non substantiel (voir ci - dessus).

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Annexe BCalcul de la temprature de lairIl y a toujours une incertitude sur les termes sources incendie en tunnel, car les vhicules sont tous diffrents, avec des chargements divers.Les principaux paramtres pour prciser une source incendie sont sa puissance et sa production en gaz toxiques (cette dernire ninflue pas sur la rsistance au feu des structures). Cependant : la puissance varie beaucoup dun incendie lautre ; et sa connaissance ne suffit pas dterminer une courbe temprature - temps. Lobjectif de cette annexe est de montrer le lien quil y a entre la puissance dun incendie et les tempratures atteintes lors de cet incendie.

B.1. Puissance des incendiesLa puissance dun incendie varie beaucoup selon les circonstances de cet incendie, en particulier selon les vhicules impliqus et leur chargement, mais aussi de manire fondamentale selon les conditions dalimentation en air frais et selon la surface de contact quoffre le combustible avec lair frais. Afin de contourner lincertitude sur les puissances, on fixe des puissances forfaitaires correspondant des incendies violents, et on dfinit ainsi des incendies de dimensionnement en fonction du gabarit des vhicules autoriss dans le tunnel considr et de lautorisation ou non aux transports de marchandises dangereuses. On dfinit aussi, pour les tudes spcifiques des dangers, des incendies maximaux (voir le fascicule 4 du guide des dossiers de scurit pour une dfinition prcise des incendies maximaux). Les puissances correspondantes sont indiques dans le tableau ci - dessous : Type de tunnel Gabarit autoris infrieur 2 m Gabarit autoris compris entre 2 et 3,50 m Gabarit autoris suprieur 3,50 m et tunnel interdit aux transports de marchandises dangereuses Gabarit autoris suprieur 3,50 m et tunnel autoris aux transports de marchandises dangereuses

Incendie de dimensionnement de la ventilation 8 MW 15 MW

Incendie maximal 15 MW 30 MW

30 MW

100 MW

200 MW ()

200 MW

Linstruction technique prvoit de concevoir la ventilation transversale sur les mmes dispositions quen labsence de marchandises dangereuses.

Annexe B - Calcul de la temprature de lair

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Les puissances des incendies de dimensionnement sont suprieures la quasi totalit des incendies ayant eu lieu en tunnel. Les puissances des incendies maximaux ont t dtermines partir dessais incendies dans des conditions parfois extrmes vis--vis de lalimentation en oxygne,et ils sont donc de ce fait trs peu probables.

B.2. Lien avec les tempratures atteintesB.2.1. Tempratures maximalesLa connaissance de la puissance dun incendie et des dbits dair ne suffit pas dterminer les tempratures maximales atteintes. Ces tempratures peuvent atteindre jusqu 1 300 C, alors que dans un feu de bac de fioul lair libre, elles ne dpassent pas les 800 C. Ces tempratures extrmes sont dues au fait que le feu est bien aliment en oxygne car le tunnel est ouvert aux deux extrmits, mais aussi leffet de four qui peut prchauffer lair arrivant dans la zone de combustion. On ne cherche donc pas relier la temprature maximale la puissance de lincendie, mais on utilise des courbes rglementaires, les courbes CN et HCM selon les cas. Des tempratures extrmes ne sont possibles qu proximit immdiate du foyer, et ne peuvent donc pas occuper de trs grandes zones du tunnel, sauf en cas dembrasement gnralis de nombreux vhicules.

B.2.2. Tempratures de dilutionQuand une source de chaleur libre son nergie en rchauffant un certain volume dair par unit de temps, le mlange de la chaleur seffectue assez rapidement, et en ngligeant toute perte de chaleur, la temprature atteint rapidement la valeur donne par la formule de dilution (voir fascicule 4 du guide des dossiers de scurit). Dans les cas pratiques en tunnel, lcoulement est pleinement turbulent, et la longueur de la zone de mlange au - del de laquelle la temprature est peu prs homogne dans la section et avoisine la temprature de dilution, est de lordre de quelques diamtres hydrauliques. Ceci est particulirement utile pour valuer les tempratures en ventilation longitudinale et dans les gaines de ventilation pour un systme transversal. Des ordres de grandeur de ces tempratures de dilution sont donns titre indicatif dans le tableau ci - dessous pour une temprature ambiante de 20 C : Dbit dair Puissance 30 MW 200 MW 220 C 1 300 C 150 C 900 C 100 kg / s 150 kg / s 200 kg / s 250 kg / s 300 kg / s

Temprature de dilution 120 C 680 C 100 C 550 C 90 C 460 C

Les tempratures maximales effectivement atteintes sont suprieures aux tempratures de dilution, dans des proportions qui dpendent fortement du mouvement de lair en tunnel. Les mesures faites lors des essais du Memorial Tunnel ont montr que les tempratures maximales hors des flammes atteintes dans des conditions de vitesse de lair suprieure la vitesse critique taient de lordre de 100 200 C plus leves que les tempratures de dilution (voir G. Giuli, G. Giorgiantoni et P. Zampetti, Tunnel Management International, 6 :3, pp 13 - 18, 2003). Dans le cas gnral, seule une analyse fine du mouvement des fumes permet de prciser les tempratures atteintes lors dun feu de puissance donne avec un scnario de ventilation donn. Si une telle analyse est effectue, on veillera suivre les recommandations de lannexe D du fascicule 4 du guide des dossiers de scurit dit par le CETU, qui prcise en particulier les exigences que lon doit avoir dans les cahiers des charges pour la sous-traitance de simulations tridimensionnelles.

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Annexe B - Calcul de la temprature de lair

Annexe CPropagation de la chaleur dans un solideC.1. IntroductionPour vrifier la tenue des structures des ouvrages, il faut dterminer la rpartition des tempratures dans toutes les structures en fonction : du type d'incendie (rparti, localis) ; de la violence de l'incendie (CN, HCM) ; du temps d'exposition (1 h 2 h 4 h). Lorsquun essai en four est ralis suivant les courbes temprature-temps imposes et que lon dispose de suffisamment de points de mesure dans lpaisseur des dalles, on peut prendre directement les tempratures mesures lors de lessai en fonction du temps, sans raliser de calcul thermique. Lorsque ce nest pas le cas, il est ncessaire de raliser un calcul thermique dans la structure. Ce calcul se fait en distinguant 3 zones : 1. La zone l'air entre l'incendie et les parois 2. L'interface air / parois 3. Les parois proprement dites Les parois englobent les structures principales (pidroits, dalles) et les structures de second uvre (gaines, galeries, issues) en bton. On suppose que les courbes de temprature prises comme hypothse reprsentent la temprature maximale des gaz dans la zone 1. La zone 2, qui comprend la couche limite thermique dans lair, est modlise par lemploi de coefficients dchange. Lapproche rglementaire nest donc descriptive quau niveau de la courbe de temprature dans la zone 1 : la distribution des tempratures dans le bton se fait par le calcul. On peut enrichir le modle par la prise en compte de l'eau interstitielle dans le bton, qui intervient dans le calcul thermique total par la teneur en eau du bton et la chaleur latente de vaporisation.

C.2. Courbes de tempratures prendre en compteLes courbes prendre en compte sont la courbe CN ou la courbe HCM, dfinies dans la section 3.3. Elles correspondent la temprature dans lair ou les fumes lextrieur dune fine couche limite thermique dans ce fluide. La prise en compte de cette couche limite est faite par la modlisation des changes thermiques entre lair et le matriau (voir ci - dessous).

C.3. quations de la thermiqueC.3.1. Conduction de la chaleur dans le btonLa conduction de la chaleur dans le bton est rgie par lquation gnrale de la thermique : Cp T div ( grad ( T )) = 0 . t

Annexe C - Propagation de la chaleur dans un solide

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o C p est la chaleur spcifique du bton (J . kg 1 . K 1), la masse volumique du bton (kg . m 3) et la conductivit thermique du bton (W . m 1 . K 1). Ces grandeurs sont donnes dans le DTU feu-bton et dans lEurocode 2. Dans ltat actuel de la rglementation,on peut choisir entre les caractristiques fournies par ces deux documents, condition de se conformer au mme document pour lensemble du calcul. On peut, dans le degr danalyse G1, supposer des caractristiques indpendantes de la temprature (ce qui permet dutiliser des outils de rsolution des quations trs simples) condition de retenir des choix conservatifs (en particulier, prendre une conductivit maximale et une chal

guide comportement au feu cle2f3714

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