Durabilité des Poutres en Bois sous l’Effet du Feu
Comprendre la Durabilité des Poutres en Bois sous l’Effet du Feu
Vous êtes ingénieur en structure et vous travaillez sur la conception d’un bâtiment résidentiel en bois.
Pour assurer la sécurité incendie de cette structure, il est crucial de déterminer la durée pendant laquelle les éléments structuraux en bois peuvent résister à un incendie avant de perdre leur capacité de charge.
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Données fournies:
- Type de bois : Épicéa
- Dimensions des poutres : 20 cm x 40 cm
- Densité du bois : 430 kg/m³
- Chaleur spécifique du bois : 1.2 kJ/kg·K
- Conductivité thermique du bois : 0.13 W/m·K
- Densité de flux thermique en surface lors de l’exposition au feu : 50 kW/m²
- Température initiale du bois : 20°C
- Température critique pour la perte d’intégrité : 300°C
Questions:
1. Calcul de la vitesse d’augmentation de la température du bois :
- À partir des données fournies, estimez à quelle vitesse la température du bois augmente lorsqu’il est exposé à un incendie. Considérez l’impact du flux thermique, de la densité et de la chaleur spécifique du bois.
2. Détermination de la durée d’exposition maximale :
- En utilisant votre estimation de la vitesse d’augmentation de la température, calculez combien de temps il faudrait pour que la température du bois atteigne la température critique. Ce calcul déterminera combien de temps la poutre peut résister au feu avant de compromettre sa structure.
Correction : Durabilité des Poutres en Bois sous l’Effet du Feu
1. Calcul de la vitesse d’augmentation de la température du bois
Données utilisées :
- Densité de flux thermique en surface (\(q\)) = 50 kW/m\(^2\) = 50000 W/m\(^2\)
- Densité du bois (\(\rho\)) = 430 kg/m\(^3\)
- Chaleur spécifique du bois (\(c\)) = 1.2 kJ/kg\(\cdot\)K = 1200 J/kg\(\cdot\)K
- Épaisseur de la poutre (\(d\)) = 20 cm = 0.2 m
Formule :
\[ \frac{\text{dT}}{\text{dt}} = \frac{q}{\rho \times c \times d} \]
Substitution des valeurs :
\[ \frac{\text{dT}}{\text{dt}} = \frac{50000}{430 \times 1200 \times 0.2} \]
Calcul :
\[ \frac{\text{dT}}{\text{dt}} = \frac{50000}{103200} \approx 0.484 \, \text{K/s} \] \[ \frac{\text{dT}}{\text{dt}} = 0.484 \times 60 \approx 29.04 \, \text{K/min} \]
La vitesse à laquelle la température du bois augmente est d’environ 29.04 °C par minute.
2. Détermination de la durée d’exposition maximale
Données supplémentaires :
- Température initiale du bois (\(T_{\text{init}}\)) = 20°C
- Température critique pour la perte d’intégrité (\(T_{\text{crit}}\)) = 300°C
Formule :
\[ t = \frac{T_{\text{crit}} – T_{\text{init}}}{\frac{\text{dT}}{\text{dt}}} \]
Substitution des valeurs :
\[ t = \frac{300 – 20}{29.04} \]
Calcul :
\[ t \approx \frac{280}{29.04} \] \[ t \approx 9.64 \, \text{minutes} \]
La poutre en bois peut résister à l’exposition au feu pendant environ 9.64 minutes avant d’atteindre la température critique de 300°C.
Résumé et interprétation
La poutre en bois d’épicéa peut résister à un feu pendant environ 9.64 minutes avant de perdre son intégrité structurelle en raison de l’atteinte de la température critique.
Ce calcul est crucial pour la planification des mesures de sécurité incendie et la conception de structures en bois afin de garantir un temps d’évacuation adéquat et la sécurité des occupants.
Durabilité des Poutres en Bois sous l’Effet du Feu
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