Le CSTB a réalisé un essai de recherche exceptionnel de visualisation acoustique de l'écaillage pendant un essai de résistance au feu sur voussoir de tunnel

Publié par Communication CSTB

Photo : Nicolas Richez

Le CSTB a organisé un essai de recherche exceptionnel permettant de visualiser l'écaillage du béton pendant un essai de résistance au feu d'un voussoir de tunnel sur le four Vulcain, en collaboration avec le Politecnico Milan et en présence d'invités de la filière construction. Il fait suite à une série d'essais réalisés en 2017 et 2018 sur deux tunnels du Canal de Suez.

La Direction Sécurité Structure Feu a programmé cet essai de recherche à l'échelle 1 afin d'étudier la stabilité d'un voussoir – et donc de la structure d'un tunnel – soumis à une situation d'incendie sévère, durant un temps défini nécessaire à l'évacuation des usagers. L'enjeu de ces essais de mesure d'écaillage est qu'il est habituellement impossible de mesurer l'écaillage pendant l'essai sur la partie du voussoir exposée au feu.

Le voussoir de 60 cm d'épaisseur, pour 2 mètres de largeur et 4,5 mètres de longueur, a ainsi été soumis à des températures atteignant 1350°C (courbe RWS) durant deux heures, soit les conditions les plus sévères auxquelles il pourrait être confronté une fois en œuvre. Après ces 2 heures, l'ensemble a suivi un refroidissement linéaire pendant 2 heures supplémentaires.

Le mesure de l'écaillage pendant l'essai a été réalisée en partenariat avec le Politecnico Milan via un procédé d'auscultation du comportement en situation d'incendie des bétons. Il s'agit du premier essai réalisé à l'échelle 1 sur un élément de très grande dimension permettant ainsi d'évaluer l'efficacité de cette technique et de montrer tout l'intérêt de l'employer afin de suivre en temps réel l'évolution de l'endommagement et de l'écaillage du béton, durant un essai feu.

Enfin, un relevé topographique par laser 3D a été réalisé immédiatement après l'essai, afin de pouvoir déterminer la perte de matière due à l'écaillage du béton et le confronter aux mesures acoustiques.

Des mesures non-prédictibles par le calcul

Le béton soumis à des conditions de température et de chargement mécanique très élevées est susceptible d'écailler. Ce comportement est lié à des mécanismes complexes qui sont toujours à l'étude. L'écaillage des bétons n'est pas prédictible par le calcul, et des tests à l'échelle 1 sont ainsi nécessaires. L'essai a donc tout d'abord consisté à reproduire en laboratoire les conditions de températures et de chargement mécanique les plus extrêmes qui existeraient dans le tunnel lors d'un incendie. En plus de mesurer l'écaillage du béton et l'évolution des profils de températures dans le voussoir, l'objectif principal était de vérifier que l'élément testé peut supporter une charge mécanique représentative de 12 MPa1 sur sa face interne exposée au feu durant l'essai. Le maintien de cette contrainte nécessite un pilotage en continu des efforts appliqués par les vérins verticaux et horizontaux qui est une spécificité du CSTB.

Un essai complexe, des résultats satisfaisants

Cet essai est très complexe à réaliser car il suppose de maîtriser de nombreux paramètres afin d'être concluant. Tout d'abord, l'installation du voussoir sur le four requiert beaucoup d'attention. Il faut par ailleurs prendre en compte un chargement mécanique vertical (jusqu'à 240 t.) et horizontal (jusqu'à 1020 t.) très élevé, une courbe de températures sévères durant deux heures qui doit être suivie de façon très précise et l'enregistrement continu de plus de 50 mesures.

L'essai s'est parfaitement déroulé et son issue a permis de déterminer un écaillage moyen du béton de l'ordre du centimètre et des températures internes qui ne mettent pas en cause la stabilité de l'élément face à la situation éprouvée.

Des essais uniques, une expertise pluridisciplinaire

Le CSTB apparait par ailleurs comme le premier organisme à réaliser des essais sur demi-voussoirs assemblés pour déterminer le comportement thermomécanique des joints entre deux éléments. Il a procédé à ce type d'essais pour le compte de Pétrojet et du consortium Orascom/Arab Contractors, maîtres d'œuvre des tunnels d'Ismaïlia et de Port Saïd, creusés sous le Canal de Suez.

Au-delà de la mise en œuvre d'essais de résistance au feu, l'expertise du CSTB dans les tunnels et les espaces souterrain est pluridisciplinaire et se décline en aéraulique, ingénierie de sécurité incendie, problématiques vibratoires, acoustique, qualité de l'air, éclairage et sur la maquette numérique et le BIM.

Contact : tunnels@cstb.fr

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1 Une vérification des niveaux de contraintes appliquées a été précédemment réalisée avec des jauges de contrainte.

 

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