Systèmes de verre structurel sous le feu

Date : 27 février 2023

Auteur : Chiara Bedon

Rédacteur académique :Rafic Belarbi

Source: Hindawi - Avancées en génie civil | Tome 2017 | ID de l'article 2120570

EST CE QUE JE:https://doi.org/10.1155/2017/2120570

Les concepts de conception architecturale incorporant des poutres en verre, des panneaux ou généralement des éléments porteurs et des raidisseurs pour les bâtiments, les revêtements, les fenêtres et les cloisons sont largement pris en compte dans les constructions de grande hauteur modernes. Une multitude d'aspects, dont des motivations liées à la transparence, à l'esthétique, à l'éclairage et à la conservation de l'énergie, ont progressivement accru l'utilisation et l'intérêt pour un matériau de construction encore assez innovant. Cependant, comparé à d'autres matériaux traditionnels pour les bâtiments, le verre standard se caractérise généralement par un comportement fragile et une résistance à la traction limitée. De plus, les propriétés intrinsèques du verre, ainsi que les rapports épaisseur-taille généralement limités pour les éléments de vitrage, ou l'interaction mutuelle des composants en verre avec les éléments de construction adjacents dans le cadre d'assemblages complets auxquels ils appartiennent (c'est-à-dire les systèmes de fixation, les mastics, etc. .), ainsi que la combinaison de phénomènes mécaniques et thermiques, rendent les structures en verre très vulnérables. Des règles de conception de sécurité particulières sont donc nécessaires, en particulier dans des conditions de chargement extrêmes. Dans cet article de revue, un état de l'art sur les systèmes de verre structurel exposés au feu est présenté. Une attention particulière est accordée aux méthodes de conception réelles et aux réglementations générales, ainsi qu'aux résultats de la recherche existante - tant au niveau des matériaux qu'au niveau de l'assemblage - qui témoignent des défis, des problèmes et des développements actuels.

Le verre est largement utilisé dans les bâtiments comme matériau de construction, pour remplacer et/ou interagir avec les éléments structurels traditionnels composés d'acier, d'aluminium, de bois et de béton. Les principales applications du verre dans les bâtiments sont liées à une multitude d'aspects, y compris l'esthétique, l'allégement, la transparence et les motivations d'isolation (voir, par exemple, les figures 1(a) et 1(b)).

Généralement, le verre est connu pour se comporter comme un matériau fragile avec une résistance à la compression relativement élevée et une résistance à la traction limitée, se brisant ainsi en de nombreux éclats dangereux [1, 2]. Les concepts de conception à sécurité intégrée, dans ce sens, sont obligatoires, à la fois sous des charges ordinaires et dans des conditions de charge extrêmes.

À cet égard, plusieurs études de recherche ont été consacrées au cours des dernières années au développement et/ou à l'évaluation de réglementations de conception spécifiques et de nouveaux concepts de conception pour les systèmes de verre structurel, y compris des investigations numériques expérimentales étendues et par éléments finis (FE) liées aux connexions, aux composites assemblages et systèmes hybrides [3–6].

Une attention particulière a également été portée à l'analyse et à la conception de systèmes de vitrage soumis à des charges extrêmes, telles que des événements explosifs [7–9], des charges sismiques [10–13], des risques naturels et des charges climatiques [14, 15], des incendies [16 , 17], et impacts [18–20].

En particulier dans le cas d'incendies, des niveaux de sécurité renforcés spéciaux devraient en fait être assurés pour permettre l'évacuation des bâtiments (Figures 1(c) et 1(d)).

Plusieurs aspects sont cependant combinés dans la performance globale au feu d'un système de verre structurel donné, tels que le comportement fragile typique du matériau, la grande sensibilité de ses propriétés mécaniques à la température, la grande sensibilité de la performance au feu aux caractéristiques géométriques, au type de verre et les interactions mutuelles entre tous les composants du système (c'est-à-dire l'ensemble de verre structurel, y compris les supports et les composants du bâtiment).

En tant que problème spécifique des systèmes de verre, en outre, leur performance au feu ne peut pas être dérivée analytiquement mais nécessite des estimations d'essais au feu. La modélisation FE avancée, à cet égard, pourrait représenter une alternative valable aux expériences chronophages et coûteuses. Cependant, les problèmes majeurs pour l'analyse FE des éléments en verre structurel sous feu proviennent du manque actuel de lignes directrices normalisées et de règles générales capables d'offrir des résultats fiables [21], ainsi que de propriétés mécaniques et thermiques bien établies des matériaux utilisés. De plus, les efforts de la littérature FE liés à la performance au feu des systèmes de verre structurel sont très limités (voir, par exemple, [22]).

Dans cet article, une revue des recherches expérimentales sur les systèmes de verre structurel sous feu est proposée. La section 2 rappelle d'abord un bref aperçu des concepts et des exigences de conception structurelle. Dans la section 3, les propriétés mécaniques et thermiques du verre standard à haute température sont rapportées, mettant en évidence plusieurs résultats de sources documentaires, ainsi que des solutions de verre résistant au feu (FR) relativement récentes disponibles sur le marché pour des applications spéciales. Une attention particulière est accordée, en particulier, aux propriétés des matériaux représentant les paramètres d'entrée clés à des fins de conception structurelle. Les sections 4 et 5 présentent enfin un résumé des recherches expérimentales existantes liées à la performance au feu du verre à haute température, y compris les propriétés des matériaux (section 4) et les systèmes de verre structurel (section 5), tels que les planchers et les plafonds, les poutres, les façades et les fenêtres. , et des systèmes de vitrage rétrofittés via des films de protection.

2.1. Systèmes de verre structurel sous charges ordinaires

Par rapport aux matériaux traditionnels utilisés dans les constructions, l'un des principaux facteurs affectant la conception et la vérification des éléments en verre structurel est représenté par ses caractéristiques intrinsèques. Même sans faute du concepteur, un élément de verre structurel donné peut en effet se casser inopinément, au cours de sa durée de vie [1]. Quelle qu'en soit la raison, l'intégrité structurelle de l'ensemble auquel il appartient ne doit pas être compromise. Selon le concept de conception général de l'EN 1990:2002 [23], il convient de vérifier correctement à la fois l'état limite ultime (ELU) et l'état limite de service (ELS).

La vérification de la résistance ULS est destinée à satisfaire la sécurité structurelle d'un élément en verre structurel [1, 2]. Une telle évaluation de la sécurité est généralement effectuée en limitant les contraintes principales maximales obtenues sous des combinaisons de charges pertinentes pour qu'elles ne dépassent pas la résistance de conception du verre. Cependant, plusieurs aspects peuvent affecter la valeur de conception de la résistance du verre (voir, par exemple, [1, 2]), étant défini en fonction du type de verre, de la charge (c'est-à-dire dans le plan et hors du plan), de la charge temps (c'est-à-dire instantané, permanent, etc.), effets et traitements de bord, traitements de surface du verre, profil, etc. En Europe, suivant les recommandations de [2, 24], plusieurs codes nationaux ont adopté les mêmes dispositions de conception (voir par ex. , [25–27]). Différentes approches peuvent être trouvées dans les réglementations américaines, tandis que d'autres problèmes découlent également d'une combinaison d'effets dus à de multiples actions de conception (voir, par exemple, [28]).

La vérification ELS vise à limiter les flèches. Les valeurs limites de référence pour de telles déformations dépendent principalement des applications spécifiques ou des conditions d'appui. Comme dans le cas des spécifications pour la conception ULS, différentes valeurs de déformation limite ELS peuvent être trouvées dans les normes. Une autre condition de conception qui doit être correctement vérifiée (voir, par exemple, les lignes directrices du CNR [29]) est alors associée à ce que l'on appelle l'état limite d'effondrement (CLS). Étant donné un système de verre structurel à vérifier, afin d'assurer une redondance appropriée en cas de fissuration accidentelle, la résistance CLS résiduelle et les déformations maximales du système partiellement endommagé sont également requises.

2.2. Systèmes de verre structurel sous charge de feu

Le chargement au feu représente, pour les systèmes verriers comme pour les constructions en général, une configuration de chargement extrême. A ce titre, des dispositions spécifiques doivent être prises en compte pour garantir des niveaux de performance appropriés.

Etant donné un système de vitrage exposé au feu, conformément aux normes en vigueur (voir par exemple la réglementation EN 13501-2 [30]), sa performance au feu est généralement définie sur la base de trois niveaux de classement :

(a) intégrité (classement « E ») : le verre empêche le passage des flammes, des fumées et des gaz chauds. Le feu reste maîtrisé ;(b) limitation du rayonnement (« EW ») : le verre limite la quantité de chaleur qui le traverse vers le côté à protéger ;(c) isolation thermique (« EI ») : la température moyenne du verre du côté protégé reste inférieure à 140°C ; par conséquent, le risque d'auto-combustion des matériaux exposés (en raison du rayonnement ou de la convection) peut être minimisé et les bâtiments peuvent être évacués en toute sécurité et calmement.

Les critères de référence FR ci-dessus ne peuvent être déterminés que sur la base d'expériences d'incendie, et les classes de classement FR typiques sont associées à 30, 60 ou 120 minutes de performance. Les normes pertinentes utilisées en Europe sont, par exemple, le document EN 1363-1 [31], fournissant les exigences et les méthodes d'essai FR ; EN 1364-1 [32], pour les éléments et murs non porteurs ; et EN 1634 [33], pour les portes et volets. Les planchers et les toits doivent en effet être testés conformément à la réglementation EN 1365-2 [34] puis classés en suivant les dispositions de la norme EN 13501-2.

En plus des dispositions de l'UE, la norme de l'American Underwriters Laboratory [35] comprend une exigence supplémentaire ; c'est-à-dire qu'un système de vitrage FR donné devrait avoir la capacité de résister à ce que l'on appelle le "test du jet d'eau", qui évalue la capacité du système à rester intact après qu'un jet d'eau ait été projeté sur sa surface, lorsqu'il est exposé au feu [36 ].

Par rapport à d'autres conditions de charge extrêmes qui peuvent survenir au cours de la durée de vie d'un système de vitrage structurel donné, le principal problème des systèmes de verre FR provient de la réponse du verre aux variations de température. Le verre conventionnel pour application dans les bâtiments (Section 3) offre en effet une résistance généralement limitée lorsqu'il est exposé au feu et se brise généralement en quelques minutes, ce qui témoigne des phénomènes dits de rupture thermique (Section 4). Le traitement thermique peut offrir une résistance légèrement plus longue, mais cette amélioration pourrait ne pas être suffisamment significative. Des types de verres spéciaux, classiquement désignés comme « verres FR » ou « verres coupe-feu », sont en effet disponibles sur le marché pour des applications spécifiques (section 3.3). D'un côté, outre les performances générales au feu des verres standards, des recherches expérimentales passées ont prouvé que les systèmes de verre ordinaires peuvent également offrir des performances au feu intéressantes (Section 5). Cependant, les effets thermiques purs combinés à des charges mécaniques supplémentaires agissant sur un système de verre structurel donné à vérifier devraient gravement compromettre ses performances globales, nécessitant ainsi des tests expérimentaux et des investigations détaillées au niveau du matériau ainsi qu'au niveau des composants et de l'assemblage.

3.1. Propriétés chimiques et physiques à température ambiante

La plupart des solutions de verre dans les bâtiments existants ou nouveaux sont réalisées en utilisant du verre de silice sodocalcique (SLS). Des applications spéciales et en nombre limité uniquement, lorsqu'un niveau certifié de résistance au feu et de résistance à la chaleur est requis, sont en effet réalisées avec du verre borosilicaté (BS), puisqu'il offre de meilleures performances aux changements de température. Les applications du verre BS dans les bâtiments sont en effet limitées, par rapport à l'énorme utilisation du verre SLS pour les éléments porteurs, les fenêtres, etc. Le tableau 1 présente les principales caractéristiques chimiques et physiques des types de verre SLS et BS à température ambiante. Des valeurs nominales y sont également fournies pour les résistances caractéristiques en traction et en compression. Comme on le sait, plusieurs types de verre SLS sont en fait disponibles dans le commerce [1, 2], le verre flotté recuit (AN) représentant le matériau de base de référence.

La résistance du verre AN est généralement limitée, par rapport à d'autres matériaux de construction, avec une valeur caractéristique nominale en tension jusqu'à 45 MPa. Les propriétés mécaniques du verre AN peuvent ensuite être améliorées par des processus thermiques ou chimiques, conduisant à des verres renforcés (HS, avec 70 MPa la valeur nominale de résistance à la traction) ou entièrement trempés (FT, avec 120 MPa sa résistance à la traction), respectivement, avec une amélioration résistance à la traction ainsi que des effets bénéfiques notamment sur la forme et la taille des éclats, en cas de rupture accidentelle, dus à l'état initial des contraintes résiduelles résultant des opérations de renforcement. Par souci de clarté, le tableau 1 mentionne uniquement les valeurs nominales des propriétés mécaniques du matériau.

Tableau 1. Propriétés chimiques et physiques des types de verre SLS et BS (à température ambiante), conformément à [1]. - Table pleine grandeur

Tant que la température de transition Tg n'est pas dépassée, le verre se comporte de manière élastique linéaire sous les charges de conception assignées. Étant donné une combinaison de charges ordinaires à vérifier, en conséquence, la connaissance des propriétés mécaniques élastiques et des valeurs de résistance pour le verre SLS données dans le tableau 1 permet ensuite d'effectuer des analyses structurelles analytiques ou FE.

Cependant, l'apparition et la propagation de fissures peuvent même se produire prématurément en raison d'éventuelles contraintes thermiques, ce qui nécessite une approche multidisciplinaire typique pour un tel matériau de construction. Les chocs thermiques, c'est-à-dire les fissures dues au gradient de température entre les régions de verre chauffées et non chauffées, ainsi que dus au coefficient de dilatation thermique relativement faible du verre, sont en fait généralement attendus lorsque le gradient de température est de l'ordre de 40°C pour le verre AN, jusqu'à 100°C pour le verre HS et 200–250°C pour le verre FT [1]. Un grand nombre d'études de recherche se sont concentrées sur l'évaluation des défaillances thermiques des vitrages, en prenant en compte les panneaux de verre simples, les doubles vitrages et les systèmes fixes (section 4).

3.2. Verre de sécurité feuilleté et verre isolant

D'autres problèmes et complexités de conception surviennent dans la mesure où les systèmes de verre ne consistent pas en des vitres simples mais sont assemblés en sections stratifiées composites et/ou en unités de verre isolées, comme cela est classiquement utilisé pour les bâtiments.

Le verre feuilleté (LG) représente, en termes généraux, la combinaison de deux ou plusieurs couches de verre avec des feuilles constituées d'un certain type de couche intermédiaire. LG a d'abord été développé pour les applications automobiles, depuis le début des années 1900, pour éviter les blessures en cas d'accident, et ce n'est qu'au cours des dernières décennies que LG a été largement utilisé dans les applications de génie civil à des fins structurelles. En règle générale du concept LG, la section transversale résistante est censée répondre comme un système composite aux charges externes, ayant ainsi des performances mécaniques améliorées par rapport aux vitrages simples, à la fois dans la phase élastique et dans la phase postfissurée. D'un point de vue mécanique, le premier avantage implicite des applications structurelles LG est que plusieurs couches de verre peuvent être collées ensemble ; par conséquent, le niveau requis de résistance, de rigidité et de redondance peut être obtenu en utilisant des épaisseurs de verre conventionnelles disponibles sur le marché. De plus, grâce à la présence de films de collage, LG représente depuis des décennies la solution de verre de sécurité classique dans les bâtiments, car capable de maintenir ensemble les éclats de verre en cas de défaillance, réduisant ainsi les risques éventuels pour les personnes (Figures 2(a) et 2( b)).

Les films de liaison sont généralement constitués de films de butiral de polyvinyle (PVB), de feuilles d'ionoplaste (c'est-à-dire SentryGlas® (SG)) et de composés d'éthylène-acétate de vinyle (EVA). Comme aspect commun de tels intercalaires possibles, outre leurs lois de comportement différentes, ces films sont généralement caractérisés par un comportement visqueux ; par conséquent, ils sont généralement sensibles à la température et à l'application du temps de charge, comme l'ont également souligné plusieurs efforts de recherche [37-39]. De plus, même à température ambiante, les intercalaires utilisés pour les applications LG sont généralement caractérisés par une rigidité au cisaillement relativement faible, par rapport au verre (Figure 2(c)). La performance structurelle globale d'une section composite LG donnée dépend donc fortement des caractéristiques de l'intercouche, y compris la durabilité et la résistance.

En termes de conception structurelle des systèmes LG sous charges ordinaires, diverses méthodes sont disponibles pour tenir compte des effets de la dégradation des intercouches au fil du temps et de l'augmentation de la température (voir [1, 2] pour un résumé des formulations existantes). En conséquence, au stade de la conception, des comportements de résistance et de rigidité optimaux pour l'ULS et l'ELS sont généralement assurés, ainsi que des performances de sécurité appropriées pour l'étage postfissuré CLS. La plupart du temps, une contribution nulle, compte tenu de la dégradation mécanique typique des intercalaires pour des températures supérieures à 30 °C (Figure 2(c)), est cependant attendue des intercalaires sous charge de feu ; c'est-à-dire que la section LG devrait se comporter de manière totalement découplée. Là, des hypothèses de conception spécifiques doivent être prises en compte, y compris l'utilisation de composés intumescents spéciaux (Section 3.3).

Plusieurs vitres (sections monolithiques et LG) peuvent ensuite être assemblées pour agir comme des unités de verre isolées, à la fois doubles (c'est-à-dire, cavité de gaz unique interposée entre les panneaux de verre) ou triples (c'est-à-dire, double cavité). Là, les calculs de conception doivent prendre en compte les effets dits de partage de charge dus au remplissage d'air ou de gaz dans les cavités, c'est-à-dire l'interaction mutuelle entre les vitres une fois soumises à des charges mécaniques [1, 2]. Les charges climatiques ordinaires représentent une condition de conception supplémentaire à vérifier correctement, en raison des variations possibles du volume et de la pression de la cavité. Les analyses thermiques des systèmes de vitrage isolant sont donc nécessaires même sous exposition solaire uniquement. Par conséquent, tous les aspects et variables mentionnés augmentent encore la complexité de conception des systèmes de vitrage sous feu.

3.3. Vitrage coupe-feu

Le vitrage FR représente une solution relativement récente, connue pour offrir une excellente protection des vies et des biens en cas d'incendie, et donc peut être utilisée comme barrière de séparation coupe-feu ou de compartimentage (pour une durée déterminée), permettant aux occupants de se rassembler dans un espace relativement compartiment sûr et faisant partie d'une "stratégie de sécurité incendie" intégrée pour l'ensemble du bâtiment auquel il appartient. En tant qu'aspect crucial de ces solutions, les systèmes de verre FR nécessitent une attention extrême dans les détails de l'installation. De plus, tous les composants FR, tels que les joints de vitrage, les cordons, les fixations et le cadre, doivent être compatibles et fonctionner ensemble pour atteindre les performances requises [36].

Les vitrages FR, en raison également de coûts relativement élevés, trouvent en fait des applications limitées dans les bâtiments, en particulier là où des issues de secours protégées doivent être assurées en cas d'incendie. Conformément à une étude réalisée par Yang et al. [40], par exemple, le vitrage FR représentait en 2011 moins de 5 % de l'ensemble des applications de vitrage en Chine. Les principales limitations dans l'utilisation du verre FR proviennent également du besoin actuel d'efforts de recherche supplémentaires et d'enquêtes sur sa performance réelle au feu (Section 4).

Conformément aux directives de conception telles que [36], les solutions de vitrage FR actuellement disponibles sur le marché peuvent inclure (i) des composites LG, obtenus en collant ensemble différents types de verre (par exemple, des vitres SLS avec des types de verre améliorés et FR) avec des couches intermédiaires (c'est-à-dire films intumescents); (ii) verre armé ; (iii) verre céramique; (iv) verre feuilleté en résine; (v) verre feuilleté en gel ; et (vi) verre de sécurité en silicate alcalino-terreux trempé thermiquement (Figure 3). Plusieurs couches de verre selon les types d'exemples (i) à (vi) peuvent ensuite être combinées dans des unités de vitrage FR isolées. Dans la liste de solutions (i)–(vi) donnée, les éléments en verre armé n'offrent pas une meilleure résistance au feu par rapport au verre ordinaire et se fissurent généralement tôt en raison des contraintes thermiques. La performance FR est en effet assurée par leur treillis métallique intégral, capable de maintenir ensemble et en place des morceaux de verre fissurés.

D'une manière générale, à des fins de conception structurelle et de calculs mécaniques, un système FR donné peut être traité de manière conventionnelle comme un élément de verre non FR standard (sections 2.1, 3.1 et 3.2), avec la différence de performances améliorées en cas d'exposition au feu. De manière générale, les verres FR sont en fait considérés comme des outils efficaces de protection passive contre l'incendie (PFP) pour les bâtiments, avec des applications spécifiques telles que les portes vitrées coupe-feu internes et externes (panneaux de vision); cloisons et compartiments intérieurs ; toits, planchers et plafonds ; panneaux de façade; parois des couloirs d'évacuation et d'accès ; et les escaliers, les halls et les enceintes (pour protéger les puits). Juxtaposés aux outils PFP, les systèmes de protection active contre l'incendie (AFP) peuvent fournir un effort supplémentaire en combinaison avec les systèmes PFP, mais nécessitent un certain mouvement et une certaine réponse pour combattre le feu.

Les outils AFP typiques peuvent être soit automatiques (c.-à-d. gicleurs d'eau, alarmes incendie, systèmes de suppression d'air hypoxique, etc.) soit manuels (c.-à-d. évacuation d'urgence, extincteurs, pompiers, tuyaux d'arrosage, etc.). La conception au feu et l'optimisation de tels systèmes sont cependant généralement complexes et nécessitent des compétences spécifiques. De plus, les systèmes combinés PFP et AFP devraient généralement offrir des avantages accrus, mais pourraient également conduire à de moins bonnes performances. Jusqu'à présent, plusieurs études de recherche [41-45] ont mis en évidence, par exemple, que les films d'eau et les gicleurs peuvent fournir des performances au feu élevées également aux systèmes de verre standard non coupe-feu, ainsi que que les rideaux de verre FR avec des films d'eau peuvent offrir des performances au feu élevées, mais une résistance à la chaleur limitée, ou que les systèmes AFP peuvent anticiper la rupture par choc thermique des vitrages et des enceintes, les conduisant à un effondrement prématuré.

La performance du verre à haute température sous chauffage et charge au feu a attiré l'attention de plusieurs études de recherche expérimentale, depuis les années 1950, en raison de l'utilisation massive de panneaux de vitrage dans les fenêtres et les fenestrations. La plupart de ces études sont liées aux effets de choc thermique dans le verre SLS, ainsi qu'à sa caractérisation thermique en général, y compris les variations du module d'élasticité (MOE) et de la résistance aux températures élevées, alors que seules des études expérimentales limitées sont actuellement disponibles pour le verre composite. systèmes et ensembles soumis à un incendie ou à des charges combinées d'incendie et mécaniques (section 5). Les sections 4.1 et 4.2, à cet égard, présentent un résumé des principaux résultats de la recherche au niveau des matériaux, mettant en évidence certains paramètres d'influence clés qui doivent être correctement pris en compte pour l'évaluation de la réaction au feu des systèmes de verre structurel.

4.1. Température de transition vitreuse

Comme valeur nominale conventionnelle de la température de transition vitreuse, les normes de conception suggèrent une valeur conventionnelle Tg = 530°C (tableau 1). Cependant, sur la base d'expériences menées au cours des dernières décennies sur du verre SLS, le verre AN standard a mis en évidence de fortes variations de Tg, avec des températures de transition mesurées de l'ordre de 550°C, 283°C et 400°C [46, 47]. .

Rouxel et Sangleboeuf [48] ont mesuré sur des éprouvettes de verre SLS des valeurs de Tg comprises entre 450°C et 600°C, témoignant des performances thermiques d'éprouvettes fissurées artificiellement, y compris des essais de flexion à haute température pour suivre les variations de MOE.

En raison des propriétés intrinsèques du verre SLS, il est en effet connu que, dans la mesure où la température de service augmente jusqu'à Tg, sa réponse devient progressivement dépendante du temps, avec une augmentation rapide des déformations permanentes. Le verre AN standard, basé sur [42–44], s'est avéré offrir une transition typique de cassant à ductile (BTD) à haute température, avec une amélioration de la ténacité par rapport aux autres types de verre. Cependant, on a également observé que le même comportement BTD dépendait fortement de la vitesse de déformation imposée, avec une augmentation de la BTD et de la température de transition avec l'augmentation de la vitesse de déformation [48].

4.2. Propriétés thermomécaniques du verre et effets de la température

Les propriétés élastiques du verre standard à des températures élevées ont été largement évaluées par Rouxel [47], en tenant compte des données expérimentales disponibles dans la littérature après les années 1950, mettant en évidence la sensibilité MOE du verre SLS à la température, par rapport à d'autres types de verre (voir Figure 4, avec du verre flotté SLS étiqueté comme "verre à vitre"). Une dépendance plutôt linéaire et une diminution limitée peuvent être observées pour les valeurs de MOE du verre SLS, dans la mesure où T ne dépasse pas Tg, tandis qu'une perte brutale de rigidité est observée.

Des expériences antérieures ont également été menées à la fois sur des composants en verre SLS et BS par Kerper et Scuderi [49], avec une attention particulière pour les échantillons comprenant (i) du verre SLS renforcé chimiquement, (ii) du verre SLS entièrement trempé thermiquement et (iii) du verre semi-trempé thermiquement. Verre BS. Dans le cadre de l'étude expérimentale, des lattes de verre de dimensions 254 × 38,1 mm (6,35 mm d'épaisseur) et 152,4 × 25,4 mm (2,54 mm d'épaisseur) ont été prises en compte. Compte tenu des types d'échantillons (i) à (iii) et d'une température de référence (0 à 560 ° C la plage testée), des valeurs de MOE presque stables ont été dérivées expérimentalement, même après des cycles séquentiels de chauffage et de refroidissement. Les valeurs de MOE se sont généralement avérées complètement relâchées pour des températures supérieures à 400°C.

Une corrélation étroite peut être observée avec les variations de MOE dans les échantillons de verre AN standard, provenant de différentes sources de la littérature (voir la figure 5, où les résultats des tests de Shen et al. [50] sur des échantillons SLS monolithiques (75,43 × 14,80 mm la taille, avec 3,26 mm l'épaisseur nominale) sont également signalés). La même figure 5, enfin, met en évidence les valeurs MOE généralement croissantes pour les spécimens BS, en fonction de l'augmentation des températures.

Il est intéressant de noter à des fins de conception structurelle que Kerper et Scuderi [49] ont également évalué les variations de résistance du verre SLS à des températures élevées. En particulier, aucune perte de résistance n'a été signalée pour des températures allant jusqu'à 375 °C (moins de 5 % de pertes, par rapport à la température ambiante), pour les échantillons SLS entièrement trempés thermiquement. Une diminution substantielle de la résistance n'a été enregistrée que pour des températures supérieures à 500°C (exposition au feu pendant plusieurs heures) et 550°C (15 minutes d'exposition au feu). Le verre SLS renforcé chimiquement a en effet montré une dégradation prononcée de la résistance avec l'augmentation de la température, jusqu'à 5% de perte à 204°C (500 heures d'exposition au feu), 5,8% à 260°C (500 heures), et 100% à 600°C (6 heures).

Suite à [49], un grand nombre d'études expérimentales liées aux performances du verre SLS se sont concentrées sur l'évaluation de la rupture thermique, étant représentative de la principale cause de fissuration du verre pour les fenêtres. La question de la fissuration et des retombées thermiques du verre a été soulevée pour la première fois dans les années 1980 par Emmons [51] et d'autres chercheurs [52, 53], tandis qu'au cours des dernières décennies, un nombre croissant d'expériences ont été menées sur des spécimens à petite échelle, vitres, ou doubles vitres à support variable, sous l'effet du feu ou du rayonnement thermique (voir, par exemple, [54–60]). Des investigations numériques ont été, par exemple, proposées dans [61-63], mettant en évidence les effets des conditions de bord et aux limites sur la réponse thermique et la rupture des vitres standard.

Malou et al. [64] ont réalisé des expériences de résistance thermique sur des échantillons de verre SLS, AN de 3 mm d'épaisseur (15 × 50 mm leur taille nominale). Une valeur assez constante a été enregistrée pour la résistance à la traction du verre, jusqu'à une augmentation de température de 270°C (Figure 6(a)). Des températures plus élevées étaient en effet associées à une forte diminution de la résistance mesurée (plus de 50% de la valeur de référence à température ambiante), témoignant d'effets de choc thermique et de propagation des dommages dans les échantillons de verre, ainsi que des performances généralement limitées du verre AN. Une diminution plutôt régulière de la MOE a également été observée (Figure 6(a)).

Plus tard, Xie et al. [65] ont étudié expérimentalement la résistance à la traction d'échantillons de verre SLS, AN à des températures élevées. Des essais de traction quasi-statique ont été réalisés sur de petites éprouvettes, d'épaisseur comprise entre 4 mm et 12 mm (2 mm la différence entre chaque jeu d'éprouvettes). Des répétitions d'essais sur des spécimens ayant les mêmes propriétés géométriques ont été effectuées à 25°C et 200°C, où la résistance à la rupture critique a été dérivée comme la première occurrence de fissuration. Dans la figure 6(b), la preuve de ces résultats de test (valeurs moyennes, avec des valeurs minimales et maximales pour chaque série) est fournie. Conformément à [65], une diminution négligeable de la résistance a été observée pour les échantillons exposés à 200°C, par rapport aux résultats à température ambiante, tandis qu'une sensibilité plus élevée a été observée, en particulier pour l'épaisseur du verre (Figure 6(b)).

Il convient de noter que, dans la mesure où différentes références bibliographiques sont examinées (voir, par exemple, [66]), même des résultats expérimentaux opposés peuvent être dérivés, mettant en évidence une dispersion et une sensibilité généralement élevées de la résistance thermique du verre aux températures élevées, suggérant ainsi d'autres tests et investigations au niveau du matériel.

En passant du niveau du matériau au niveau de l'assemblage, un tel besoin d'évaluation et d'investigation expérimentales supplémentaires peut être davantage perçu.

Les expérimentations liées à la rupture thermique de vitrages spécifiques sous charge de feu n'ont en effet été menées que récemment, c'est-à-dire pour des doubles vitrages [58] ou des vitrages à fixation ponctuelle appartenant à des murs-rideaux [60]. Dans le cas des vitres à point fixe, par exemple, une sensibilité élevée à la rupture thermique (c'est-à-dire le temps de défaillance et le modèle de fissure) a été généralement observée, en fonction de la position des connecteurs ponctuels (voir un exemple à la figure 7). La performance réelle d'un tel type d'échantillons - comme prévu à partir de la configuration des limites examinée - s'est avérée être strictement liée aux effets combinés de l'exposition thermique ainsi qu'au chargement mécanique (c'est-à-dire le poids propre des panneaux fixes, entraînant une contrainte supplémentaire pics proches des trous), nécessitant donc une étude détaillée des deux aspects combinés.

À cet égard, Chen et al. [17] ont étudié les performances de rupture thermique des fenêtres AN standard, sous les effets combinés des charges thermiques et des pressions du vent. Des panneaux monolithiques de 0,6 × 0,6 m (6 mm d'épaisseur) soutenus par une ossature en acier ont été soumis à une charge calorifique de référence et à différents niveaux de pression du vent (jusqu'à 11 m/s la vitesse du vent sur la surface du verre). La fissuration du verre, dans certains cas, s'est produite avec la chute d'échantillons du cadre de support. Les résultats des essais (15 éprouvettes au total) ont cependant généralement prouvé que le temps de première fissuration diminue nettement avec l'augmentation de la pression de vent imposée ; c'est-à-dire que les charges mécaniques (le vent, dans ce cas précis) peuvent fortement accélérer la défaillance des systèmes de verre chargés thermiquement. En conséquence, des investigations détaillées comprenant des charges thermiques et mécaniques combinées bien représentatives des charges réelles et des configurations des limites pour le système de vitrage structurel examiné doivent généralement être effectuées.

Dans le cas des systèmes LG, par exemple, les performances thermiques des intercalaires d'usage courant doivent être correctement prises en compte. À cet égard, Debuyser et al. [16] ont étudié le comportement d'échantillons LG monolithiques et triple couche composés de verre AN standard, sous les effets d'un chauffage par rayonnement. Des épaisseurs nominales de verres de 6 mm, 10 mm et 15 mm ont été prises en compte, étant liées entre elles dans des profilés LG par des couches de PVB ou SG (0,76 mm ou 1,52 mm l'épaisseur des feuilles intercalaires).

Des spécimens monolithiques revêtus à faible émissivité ont également été inclus dans l'ensemble d'expériences. Des tests de rayonnement et de transmission ont été effectués, mettant en évidence - conformément aux efforts de recherche antérieurs - la résistance relativement limitée et les faibles performances thermiques des échantillons de verre AN, en raison de l'apparition prématurée de fissures thermiques ainsi que de la mauvaise réaction thermique. des intercalaires de liaison (dans le cas des éprouvettes LG). Les problèmes de conception critiques ont également été soulignés, en tirant parti d'un modèle 1D capable de capturer la réponse thermique réelle des spécimens testés. Les propriétés thermiques des feuilles de PVB et de SG, jusqu'à 340°C, ont également été rapportées (Figure 8). Les résultats des tests recueillis dans [16] - même limités à des températures maximales de 340 ° C - ont généralement montré une corrélation étroite avec les références de la littérature antérieure pour le verre SLS [67, 68] (Figure 8). La caractérisation thermique des feuilles PVB et SG est également intéressante.

Bien que le nombre relativement important d'études expérimentales se soit concentré sur la performance thermique du verre en tant que matériau de construction, des efforts de littérature limités sont encore disponibles sur la performance au feu des systèmes et assemblages de verre plein (voir une sélection dans le tableau 2).

Tableau 2. Résumé des études de recherche expérimentale sélectionnées sur les systèmes de verre structurel sous feu. - Table pleine grandeur

5.1. Murs de verre, façades, enceintes et fenêtres

Les enceintes et parois vitrées ont attiré l'attention des chercheurs, en particulier au cours des dernières années, pour évaluer la performance au feu de nouvelles solutions FR à la place du verre standard. Ce faisant, les configurations réelles des limites et des chargements ont été correctement prises en compte dans la définition de la configuration et des méthodes d'essai, de manière à reproduire les conditions d'essai d'échantillons à grande échelle dans le cadre de bâtiments complets et de systèmes complexes.

Des enceintes en verre conçues pour une extension de l'aéroport international de Washington Dulles (système de train automatisé pour les passagers) ont été testées dans des conditions d'incendie en 2007, comme le rapporte Mejicovsky [69] (Figure 9 (a)). Des panneaux de verre de 3,8 × 3,6 m de haut et soutenus par des cadres intérieurs en acier (4,7 m de largeur moyenne de baie) ont été étudiés. Des détails particuliers ont été définis (même en utilisant des matériaux standards non classés au feu), afin d'offrir une redondance appropriée au système de vitrage, même en cas d'événement accidentel. Dans ce but, une maquette spéciale a également été conçue, afin de simuler l'état réel de chargement au feu de l'enveloppe vitrée.

Les éléments verriers pour plafonds et murs ont été conçus sous forme de profilés LG, composés de deux verres FT de 10 mm d'épaisseur collés par un intercalaire PVB de 1,52 mm d'épaisseur. Les joints de vitrage ont ensuite été réalisés au moyen de cales de pose en caoutchouc de silicone et de joints de mastic silicone structurel (type Dow Corning 995™), tandis que le canal de vitrage et les garnitures de bord étaient constitués d'acier inoxydable d'une épaisseur minimale de 3 mm. L'essai au feu a été arrêté après 35 minutes d'exposition, avec des températures dans le verre supérieures à 250°C (jusqu'à 400°C dans les 5 derniers essais de l'expérience). Le post-examen du système de vitrage n'a révélé aucune fissuration ou délogement des composants, mais une fusion et un dégazage localisés de la couche intermédiaire de PVB ont été observés, sous la forme de petites bulles et/ou de délaminage partiel (voir les détails de la figure 9 (a)).

Un essai au feu standard à grande échelle selon EN 1363-1 et EN 1364-1 a été rapporté par Machalická et al. [70] pour une paroi vitrée soutenue par un cadre en aluminium. Le mur (3,475 × 4,57 m de taille globale) était composé de trois panneaux spéciaux FR, LG, de type rempli de gel (1,4 × 4,5 m de la taille du panneau LG central, 1 × 4,5 m pour les panneaux latéraux). Les petits espaces entre les vitres adjacentes ont été remplis au moyen de rubans ignifuges et de mastics spéciaux. L'effondrement de la paroi de verre s'est produit après 49 minutes d'exposition au feu, avec des températures maximales de l'ordre de 150°C (Figure 9(b)).

Les deux panneaux LG doubles composés de verre trempé spécial, de type rempli de gel (type SAFTI SuperLite II-XL™, avec 19,05 mm d'épaisseur totale), et les panneaux de verre monolithiques (6,35 mm d'épaisseur) ont été assemblés pour obtenir le mur de vitrage testé dans [71]. Un tel mur de verre (deux panneaux de verre pour chaque type de section) était soutenu par un cadre et avait des dimensions hors tout de 2,42 × 2,42 m. Les expériences au feu ont mis en évidence des performances au feu limitées des panneaux de verre simples, par rapport aux composants FR. Les vitrages monolithiques étaient en effet caractérisés par une retombée prématurée du cadre porteur (c'est-à-dire 3 minutes après l'allumage, 0,8 seconde s'écoulant entre l'apparition des premières fissures du verre et la retombée finale des vitrages monolithiques (Figure 10(a))). Les panneaux doubles LG, au contraire, sont restés intacts jusqu'à la fin du test (> 30 minutes), sans fissures visibles ni mécanismes de défaillance à proximité des connexions avec le système de charpente.

Ce n'est pas le cas des études expérimentales menées par Yang et al. [40] qui ont testé des panneaux de verre FR monolithiques sous des courbes de feu standard. L'étude expérimentale a en effet mis en évidence des problèmes majeurs liés aux systèmes d'ossature et aux connexions associées. Même les panneaux de verre FR se sont avérés offrir de hautes performances sous charge de feu ; en particulier, on a observé que la perte d'intégrité avait son origine dans les détails de connexion du cadre verre-métal (figures 10(b) et 10(c)). D'autres expériences d'incendie et des enquêtes numériques sur les systèmes de façade en verre peuvent également être trouvées dans [78–82], avec des preuves de la performance de typologies de systèmes de verre spécifiques, y compris les systèmes de filets de câbles et les façades inclinées.

5.2. Modernisation et amélioration des fenêtres en verre standard

Plusieurs types de films de protection capables d'améliorer les performances au feu des fenêtres standards existantes et nouvelles sont disponibles sur le marché. Bien que ces revêtements n'affectent pas la rigidité élastique à température ambiante et la résistance d'une vitre donnée à la rénovation, les mêmes films peuvent être bénéfiques pour retarder les effets à haute température, entraînant ainsi une performance FR accrue.

Koudijs et Csoke [72] ont d'abord donné des preuves expérimentales du potentiel élevé des films de protection pour les systèmes de verre traditionnels, avec une attention particulière pour l'amélioration de la performance au feu des fenêtres composées de verre SLS, en prenant en compte un bâtiment d'étude de cas à Rotterdam (NL) (Figure 11(a)). Des revêtements à faible émissivité ont été interposés dans les unités à double vitrage traditionnelles, en évaluant les effets de leur position (c'est-à-dire, la face intérieure de la cavité, etc.) sous la charge de feu. L'intégrité des échantillons de fenêtres a été assurée pendant 27 minutes dans le cas du verre AN mais a augmenté jusqu'à 60 minutes en présence de panneaux de verre HS, démontrant ainsi les performances potentielles au feu des systèmes isolants traditionnels incluant des revêtements spéciaux.

Misawa et al. [73] ont également testé l'efficacité de films réfractaires spéciaux, essentiellement destinés à être appliqués du côté intérieur des fenêtres standards existantes. Le spécimen typique consistait en une unité à double vitrage, enduit Low-E, avec 1 × 1 m la taille de référence. Là, un nouveau film réfractaire a été fixé sur la face intérieure de l'unité vitrée (c'est-à-dire sur la surface de verre censée être exposée au feu). Le film réfractaire était constitué (i) d'un film externe de polytéréphtalate d'éthylène (PET) collé à (ii) une couche de protection contre les ultraviolets et (iii) une couche de matériau à base de silicate de soude (1 mm d'épaisseur) (Figure 11(b)). 12 tests ont été effectués au total, y compris des variations de fournisseur de verre AN, d'épaisseur (8 mm ou 12 mm) et de taille d'échantillon (30 × 30 cm, 100 × 100 cm et 94 × 94 cm) ainsi que Low-E surface du film d'application et comparaisons avec des échantillons clairs non revêtus. Toutes les expériences ont prouvé la haute efficacité des films réfractaires, permettant aux doubles vitrages Low-E d'atteindre un minimum de 20 ou 30 minutes de résistance au feu, comme requis pour les fenêtres FR.

Bien que les études de recherche mentionnées aient généralement prouvé le potentiel et l'efficacité de ces revêtements spéciaux pour améliorer la résistance à l'abrasion des systèmes de vitrage, plusieurs aspects doivent encore être évalués. Wu et al. [83], par exemple, ont étudié expérimentalement les performances à haute température et la dégradation thermique des couches de protection d'usage courant pour les applications de verre, mettant en évidence des émissions de gaz lorsqu'elles sont exposées au feu.

5.3. Planchers et plafonds en verre

Siebert et Maniatis [74] ont rendu compte d'essais au feu effectués sur des planchers vitrés appartenant à la station de métro "Olympiapark Nord" à Munich (Allemagne). Dans le tunnel du plafond, le vitrage supérieur accessible aux marches des personnes a été rendu accessible au moyen de plusieurs ouvertures (5 × 3,5 m la taille). Les exigences FR ont été prises en compte, comme une configuration possible découlant d'accidents (c'est-à-dire des trains brûlant dans le tunnel). Des panneaux LG de sécurité multicouches spéciaux ont été conçus et testés au feu, afin de garantir des niveaux de sécurité appropriés (Figure 12). Cependant, aucun résultat d'essai ni donnée relative au comportement au feu n'est disponible dans la littérature.

Des expériences d'incendie similaires sont également résumées dans [75], faisant référence aux panneaux de plancher vitrés conçus, en 2011, pour être installés à une hauteur de 130 m dans la tour historique de Blackpool (Royaume-Uni), dans le cadre d'un projet de rénovation en cours. Un essai au feu à grande échelle a été effectué (Figure 13), avec 4,42 × 3,8 m la taille globale du système de revêtement de sol. Le cadre traité en acier doux et les joints associés ont également été inclus dans la configuration d'essai, afin d'évaluer la performance au feu du système de vitrage complet dans sa configuration de retenue réelle.

Visant à assurer une intégrité structurelle appropriée ainsi que des performances globales en cas d'incendie, le panneau de verre typique (3 × 1,1 m la taille maximale) se composait d'une section LG, de trois couches de verre FT de 10 mm d'épaisseur, collées ensemble à un Pilkington Pyrostop™ 23 mm, en utilisant un liant composite liquide spécial (type Koediguard™). Les éléments de charpente en acier ont également été traités au préalable avec des revêtements intumescents, de la laine minérale et des panneaux coupe-feu. Des joints de dilatation supplémentaires ont finalement été inclus dans la configuration, afin d'éviter le flambage des éléments de support du cadre. L'expérience d'incendie a été réalisée conformément à la réglementation EN, en attribuant au système de revêtement de sol une courbe de feu standard et une charge mécanique simultanée, représentative de la foule (5 kN/m2, pression uniforme répartie ou charge ponctuelle de 4,5 kN (50 × 50 mm empreinte de pied), resp.).

La performance au feu a dépassé 60 minutes d'intégrité (test arrêté après 68 minutes), avec des températures maximales enregistrées de 67,6 °C et aucune preuve de décollement ou de défaillance. Par rapport aux exigences d'isolation au feu (EN 1363-1), où l'échauffement ne doit pas dépasser 140°C (Section 2), une tolérance de > 120°C a donc été assurée (12°C la température ambiante lors de l'essai). Une flèche post-test de 16,5 mm a été mesurée (avec 1/175 de la valeur limite de flèche de la travée de toit prévue par les normes).

5.4. Poutres de verre

Une littérature expérimentale limitée peut être trouvée pour les éléments en verre structurel sous charge de feu, en raison de la demande relativement récente d'évaluation de la vulnérabilité et de protection de ces systèmes.

Veer et al. rapporté dans [22] sur un ensemble de résultats comparatifs d'essais de flexion, obtenus expérimentalement à partir de poutres monolithiques et LG sous feu, pour évaluer les effets des revêtements intumescents. La charge calorifique a été imposée sous la forme d'une flamme constante à 650°C, à distance fixe de la surface latérale des poutres (Figure 14). Diverses géométries de faisceau (40 mm × 400 mm la taille globale) ont été testées, y compris des spécimens avec différentes épaisseurs et des types de verre SLS standard, tels que

(a) verre AN de 6 mm d'épaisseur ;(b) verre trempé chimiquement de 6 mm d'épaisseur (120 MPa la contrainte initiale);(c) verre trempé chimiquement de 3 mm d'épaisseur, laminé avec une feuille de polycarbonate (PC) de 1 mm (3 couches de verre + 2 films PC);(d) Verre segmenté de 3 mm d'épaisseur, trempé chimiquement, laminé avec une feuille PC de 1 mm (3 couches de verre + 2 films PC). Par rapport à C, les couches de verre ont été collées à des feuilles de PC selon un motif de chevauchement ; (e) Un faisceau LG (comme dans le cas des échantillons de type C et D), comprenant des cavités isolantes sur les côtés externes.

Toutes les configurations (a)–(e) ont été testées sans et après application de revêtement intumescent (type peinture FlameGuard HCA-TR™).

Une configuration d'essai de flexion à quatre points conventionnelle a été utilisée pour ces poutres. Des expériences sans chargement mécanique externe ainsi qu'avec des poids supplémentaires (avec jusqu'à 24 MPa la contrainte de flexion correspondante à mi-portée) ont été réalisées sur des spécimens monolithiques AN (type A) (tableau 3).

Tableau 3. Résumé des résultats des tests de flexion rapportés dans [22]. - Table pleine grandeur

L'investigation expérimentale globale a mis en évidence certains aspects importants, comme, par exemple, le niveau de sécurité potentiel des poutres en verre structurel en cas d'incendie.

Cependant, des aspects critiques ont également été soulignés pour les mêmes éprouvettes, comme, par exemple, dans le cas des poutres segmentées (type D, voir Figure 14(c)). Certaines simulations FE préliminaires ont également été rapportées dans [22], mettant en évidence la distribution de température et les effets de contrainte associés pour les poutres examinées. Il est intéressant de noter que ces modèles FE préliminaires ont mis en évidence des pics de température dans les couches adhésives assurant une liaison structurelle entre les segments de verre, soulignant ainsi le rôle crucial des détails.

Bokel et al. [76] ont ensuite exploré des spécimens de faisceau de verre similaires, en prenant en compte les mêmes caractéristiques géométriques globales et la même configuration de test présentées dans [22]. L'aspect nouveau a été représenté en testant des poutres LG composées de verre spécial FR (c'est-à-dire de type Pyroguard™ ainsi que des poutres LG composées de 3 couches de verre SLS, avec des films époxy agissant comme intercalaires pour tous les spécimens). Comme résultat général de l'enquête expérimentale, il a été constaté que les couches d'époxy commençaient à se carboniser après quelques secondes seulement, avec une performance au feu limitée des spécimens de poutre. Un comportement presque comparable a été observé pour tous les faisceaux, qu'ils soient composés ou non de couches spéciales Pyroguard, ce qui démontre (outre le nombre limité d'essais) la nécessité d'investigations plus approfondies.

Louter et Nussbaumer [77] ont effectué des tests expérimentaux à grande échelle sur des poutres LG composées de couches de verre standard. Contrairement à [18], une courbe de feu standard a été considérée pour le chargement sur le four, conformément à la réglementation EN (Section 2). Grâce à l'étude expérimentale, 3 faisceaux à grande échelle ont été étudiés. Pour une même dimension globale des poutres (1 m × 0,1 m), les variations ont été prises en compte en termes de type de verre (AN, HS et FT, resp.). La section transversale de référence était constituée de 3 couches SLS, de 10 mm d'épaisseur, liées entre elles par des feuilles SG (1,52 mm d'épaisseur).

Une configuration d'essai de flexion à quatre points a été envisagée, avec des supports d'extrémité protégés de l'exposition au feu, et la charge d'incendie a été attribuée avec une charge mécanique constante simultanée prenant la forme de 115 kg au niveau de la section médiane. Compte tenu de l'effet de contrainte limité dû à la charge mécanique assignée (avec des contraintes de traction maximales de l'ordre de 5 MPa à mi-portée des poutres), les éprouvettes se sont avérées offrir un comportement plutôt stable au feu, pour >40, >45 et >50 minutes dans le cas des poutres AN, HS et FT, respectivement, jusqu'à l'effondrement (Figure 15). En tant qu'observation générale de ce type de tests, les feuilles intercalaires ont commencé à fondre et à fuir de leur position après quelques minutes d'exposition au feu seulement ; par conséquent, les vitres SLS se sont comportées comme des couches presque entièrement découplées. D'autre part, protéger les extrémités des poutres du feu a permis d'éviter les mécanismes d'effondrement prématuré.

Dans cet article, un état de l'art sur les systèmes de verre structurel sous charge de feu a été présenté, avec une attention particulière aux méthodes et problèmes de conception actuels ainsi qu'aux efforts de recherche expérimentale. Outre l'utilisation sans cesse croissante du verre dans les bâtiments en tant que matériau de construction capable d'interagir avec et/ou de remplacer les matériaux d'usage traditionnel, le comportement réel des assemblages de verre structurel, en général, nécessite actuellement des investigations supplémentaires, ainsi que l'application de défauts spécifiques. -règles de conception sécuritaires. C'est le cas des vitrages sous charges ordinaires, mais surtout des conditions de charges extrêmes, comme par exemple les accidents d'incendie.

Comme indiqué, les caractéristiques intrinsèques du verre et son interaction avec d'autres composants (c'est-à-dire les systèmes d'encadrement, les détails des limites, etc.) rendent les systèmes de vitrage très vulnérables aux variations de température, ainsi qu'aux effets combinés des charges thermiques et mécaniques, nécessitant ainsi des approches multidisciplinaires. dans leur conception. Ce faisant, des niveaux de sécurité structurelle appropriés doivent en fait être assurés en combinaison avec de multiples aspects, tels que la transparence, l'esthétique et les exigences d'allègement.

Au niveau des matériaux, en particulier, un large éventail de recherches expérimentales peut être trouvé dans la littérature, visant à évaluer les effets majeurs des températures élevées sur le MOE, la résistance à la traction et la fissuration thermique du verre standard. La plupart de ces résultats expérimentaux sont en accord assez étroit en ce qui concerne la variation de MOE avec la température. Cependant, lorsque différentes sources de la littérature sont prises en compte, les résultats des tests peuvent également mettre en évidence une forte dispersion des tendances observées, comme, par exemple, dans le cas de la résistance thermique du verre (section 4). De plus, alors que la plupart des applications du verre dans le bâtiment consistent en des systèmes de verre feuilleté ou isolé, peu d'études expérimentales sont actuellement disponibles pour caractériser les effets thermiques dans les feuilles intercalaires à haute température.

Dans la mesure où l'attention se déplace du matériau au niveau du système et de l'assemblage, un ensemble relativement large d'investigations expérimentales peut également être trouvé dans la littérature, avec une attention particulière pour la performance au feu de diverses typologies de systèmes de verre comprenant une multitude de limites. configurations, schémas d'exposition au feu et types de verre (verre standard et/ou FR). En tant qu'aspect commun de ces études expérimentales (section 5), les détails de connexion et les contraintes se sont généralement révélés avoir un rôle clé dans les réponses globales observées, à la fois pour les systèmes à support de cadre et à support ponctuel. D'une manière générale, les enceintes, les murs et les poutres en verre se sont avérés - dans la plupart des cas - offrir des performances plutôt stables sous une charge de feu, même composées uniquement de verre standard, mais nécessitant des tests et une évaluation approfondis supplémentaires avec un soin particulier pour les détails à l'appui.

Enfin, des efforts de littérature ont également été déployés ces dernières années pour évaluer le potentiel et l'efficacité de revêtements et de films spéciaux pour la modernisation et la protection des fenêtres en verre existantes et des systèmes en général. Conformément aux observations antérieures, ces solutions ont généralement mis en évidence des avantages majeurs pour les échantillons de verre non revêtus, mais une attention particulière doit encore être accordée pour optimiser correctement leur potentiel.

L'auteur déclare qu'il n'y a pas de conflits d'intérêts.

Cette étude de recherche a été réalisée dans le cadre des activités de "tâche structurelle" de l'action EU COST TU1403 "Adaptive Facades Network" (www.tu1403.eu). À cet égard, COST est remercié pour avoir facilité le réseau scientifique et la collaboration entre l'auteur et les experts internationaux de l'Action.