PPRT - Comment évaluer la résistance des. effet de surpression?

Transcription

1 PPRT - Comment évaluer la résistance des fenêtres dans la zone mbar d un effet de surpression? Journée SPPPI Toulouse - Albi, 31/01/2013 DRA A Benjamin LE-ROUX (INERIS)

2 Plan 1. Contexte et Problématique 2. Etude réalisée par l INERIS: Présentation de la campagne d essais à échelle réelle 3. Accompagnement des propriétaires dans la définition des travaux à réaliser: outils disponibles et REX au travers d un cas pratique 4. Discussion

3 Contexte et problématique PPRTs: Zone mbar (zone «bris de vitres»), les fenêtres sont les principaux éléments vulnérables des bâtiments => le règlement du PPRT peut prescrire ou recommander la tenue des fenêtres des habitations face à l onde de souffle générée par une explosion. Objectif: Protéger au mieux les personnes situées à l intérieur des habitations face aux blessures indirectes par bris de vitres. Traduction réglementaire : des prescriptions sous forme d objectif de performance Problématique: Comment faire dans la pratique pour accompagner les populations?

4 Etude réalisée par l INERIS: Campagne d essais à échelle réelle Typologie des fenêtres en France Etat de l art des normes de certification des fenêtres aux explosions Etat de l art des essais à échelle réelle Modélisations théoriques Réalisation d essai à échelle réelle

5 Un dispositif expérimental «sur mesure» Objectif: simuler une explosion industrielle caractérisée par une faible intensité (20 50 mbar) et d une durée étendue ( centaine ms) Surface ouverte réglable Panneau contreplaqué Tôle acier Panneau contreplaqué amovible virole

6

7 Une méthodologie expérimentale «sur mesure» Objectifs: Etudier le comportement d un des types de fenêtres les plus couramment rencontrés en France soumises à une onde de surpression d intensité incidente mbar Fenêtre à ouverture à la française (vers l intérieur) à deux vantaux de dimensions 1.40 m x 1.25 m 1. Etude du comportement de panneaux vitrés 2. Etude du mode de fixation de la fenêtre dans le mur 3. Influence de la nature du châssis et du système de fermeture

8 Résultats des essais expérimentaux Exemple de comportement d un double vitrage standard 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s Résultats: Rupture d un des deux panneaux vitrés Projection de la majorité des fragments entre 1 et 3 m Projection de fragments entre 3 et 6 m 5 cm 27 cm Zone 1-3 m

9 Résultats des essais expérimentaux Exemple de comportement d un double vitrage standard + film de sécurité anti-explosion posé par simple adhérence 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s Résultats: Rupture d un des deux panneaux vitrés Vitrage en face arrière se découpe suivant son >1 s périmètre et est projeté entre 2 et 3 m Rupture du vitrage côté extérieur avec projection de nombreux fragment entre 1 et 3 m et > 3 Film de protection anti fragment Zone 1-3 m

10 Résultats des essais expérimentaux 2 - Etude du mode de fixation de la fenêtre dans le mur Pose en applique classique: 6 équerres de fixation vissées au support et clippées à la fenêtre dans des rails prévu à cet effet Protection des personnes non assurée 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s

11 Résultats des essais expérimentaux 2 - Etude du mode de fixation de la fenêtre dans le mur Pose en applique classique: 6 équerres de fixation vissées au support et clippées à la fenêtre dans des rails prévu à cet effet 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s Protection des personnes non assurée Résultats: Déformation importante des traverses hautes et basses du dormant/ des équerres de fixation Ouverture des ouvrants Ejection de la fenêtre (déclippage des équerres de fixation) En règle générale, le nombre et la répartition des points de fixation ne sont pas suffisants pour assurer la tenue de la fenêtre

12 Résultats des essais expérimentaux 3 - Etude de la nature du châssis, du système de fermeture et du mode de pose (système de fixation renforcé) Fenêtre à ouverture à la française avec double vitrage + châssis PVC + pose en tunnel + fermeture à crémone avec sortie de tringle 2 tringle métallique 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s 1 gâche 2 (1) système de fermeture centrale (2) fermeture haute et basse : gâche recevant une tringle métallique

13 Résultats des essais expérimentaux 3 - Etude de la nature du châssis, du système de fermeture et du mode de pose (système de fixation renforcé) Fenêtre à ouverture à la française avec double vitrage + châssis PVC + pose en tunnel + fermeture à crémone avec sortie de tringle 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s Résultats: Ouverture des ouvrants avec arrachement et projection possible des 2 ouvrants à 2-3 m (2) fermeture haute et basse : gâche recevant une tringle métallique

14 Résultats des essais expérimentaux 3 Etude de la nature du châssis, du système de fermeture et du mode de pose (système de fixation renforcé) Fenêtre à ouverture à la française avec double vitrage feuilleté + pose en applique + Système de fermeture renforcé 2 2 Intensité 20 mbar 50 mbar 2 Durée 10 ms >1 s

15 Résultats des essais expérimentaux 3 Etude de la nature du châssis, du système de fermeture et du mode de pose (système de fixation renforcé) Fenêtre à ouverture à la française avec double vitrage feuilleté + pose en applique + Système de fermeture renforcé 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s Résultats: Fenêtre maintenue fixés au mur, Ouvrants maintenus fermés, Panneaux vitrés intacts

16 Enseignements 1. Les essais réalisés par l INERIS montrent les panneaux vitrés sont à renforcer. 2. Toutefois tous les éléments d une fenêtre doivent être pris en compte 3. Les fenêtres certifiées EPR1 suivant la norme EN semblent être en effet surdimensionnées pour se protéger dans les zones mbar 4. Le remplacement de la fenêtre n est pas forcément la solution idoine. Les différents éléments de la fenêtre sont en effet à diagnostiquer au cas par cas et à modifier en conséquence. => Les solutions techniques existent et sont déjà commercialisées pour un surcoût moindre que par exemple les fenêtres «EPR1».

17 Accompagnement des propriétaires dans la définition des travaux Outils disponibles REX sur un cas pratique

18 Destinataires: maîtres d ouvrage, maîtres d œuvre et professionnels de la construction afin de les aider à mieux appréhender les demandes de travaux faits par les propriétaires Fenêtre mbar Outils disponibles Essais à échelle réelle Modélisations théoriques Un document technique: Guide pratique à destination des artisans menuisiers, maîtres d œuvres, maître d ouvrage Proposant des recommandations afin d améliorer la tenue des fenêtres d une habitation située dans la zone mbar d un PPRT Quelles sont les types de verre et les dimensions possibles des vitrages? Quelles sont les modes de pose de la fenêtre et les système de fermetures possibles? Comment fixer la fenêtre dans le mur? Objectif: les aider à mieux appréhender les demandes de travaux des propriétaires. Et que les tiers pourront utiliser s ils le souhaitent disponible sur: c pdf

19 Destinataires: maîtres d ouvrage, maîtres d œuvre et professionnels de la construction afin de les aider à mieux appréhender les demandes de travaux faits par les propriétaires Fenêtre mbar Outils disponibles Essais à échelle réelle Modélisations théoriques Un document grand public: Livret pédagogique à destination des particuliers et collectivités locales Objectif: les aider dans la mise en place des prescriptions ou recommandations du règlement PPRT: fenêtres Sensibilisation aux risques: Pourquoi renforcer mes fenêtres? Fenêtres: un peu de vocabulaire Quelles sont les grandes étapes du diagnostic? Réalisation des travaux: par quoi commencer, je contacte un professionnel que dois-je penser à lui demander? quelles sont les aides? M informer sur les PPRT: Qui puis-je contacter? FAQ disponible sur:

20 Fenêtre mbar - Constructions neuves ou en rénovation Exemple de préconisation Une solution générique pouvant convenir pour des dimensions standards dans la zone mbar: fenêtre à ouverture à la française à deux ouvrants, châssis bois ou aluminium ou PVC renforcé, posée en applique, en tunnel ou en feuillure, munie d'un double vitrage feuilleté type 44.2/8/44.2, fermeture individuelle des ouvrants avec renvoi d angle : gâches métalliques de sécurité anti-décrochement et galets champignon. On portera une attention particulière à la fixation de la fenêtre dans le mur.

21 REX sur l applicabilité de la méthodologie du guide pratique Un cas pratique: PPRT autour de la société Butagaz / Aléa technologique: surpression Enjeux: 13 habitations (154 ouvertures) dans la zone mbar Objectif de l étude: Etudier la vulnérabilité de l'ensemble des fenêtres / Proposer des possibilités de mesures de renforcement / estimer leur coûts Plus value apportée par le guide pratique: Sans: Travaux génériques = remplacement des fenêtres par de l EPR1 => Coût pour une protection totale = à ε Avec : Travaux spécifique au cas par cas - Coût pour une protection totale: ε => soit un gain de 50 à 65 % - Coût de protection des blessures par bris de vitres: à ε

22 Diagnostic «vulnérabilité des fenêtres dans la zone mbar Une démarche en 4 étapes Caractérisation de la fenêtre Caractérisation de l agression Phase de diagnostic: Etude de la vulnérabilité des fenêtres Définition des travaux de renforcement

23 Diagnostic Etape 1 Caractéristiques des fenêtres Outils: Chapitre 2 du «Guide pratique» Fiches «Connaître vos fenêtres» du Livret pédagogique Retour d expérience (Arnage): Propriétaires: Connaissance de la terminologie des différents éléments constituant une fenêtre, des caractéristiques générales de leurs fenêtres (facture, les ont posées eux-mêmes)

24 Diagnostic Etape 1 Caractéristiques des fenêtres Dimensions et nature des panneaux vitrés Comment faire dans la pratique? Dimensions: Factures en possession des propriétaires Relevé sur le terrains Nature des panneaux vitrés: Panneau vitré Longueur L Vitrage simple monolithique Vitrage simple feuilleté Vitrage isolant double Largeur : l REX visite terrain (Arnage)

25 Diagnostic Etape 1 Caractéristiques des fenêtres Les modes d ouverture Châssis fixe Ouverture à la française Ouverture vers l extérieur ex. à l anglaise REX visites terrains (Arnage) Autres: Oscillo-battant, coulissant,

26 Diagnostic Etape 1 Caractéristiques des fenêtres Nature du châssis PVC, aluminium, bois Mode de pose de la fenêtre dans le mur Pose en applique Pose en tunnel Pose en feuillure

27 Diagnostic Etape 1 Caractéristiques des fenêtres Système de fermeture Système à crémone avec sortie de tringle (1) système de fermeture centrale (2) fermeture haute et basse : gâche recevant une tringle métallique REX visites terrains (Arnage) Fenêtre à ouverture à la française et oscillo-battante (71 % des fenêtres)

28 Diagnostic Etape 2 Phase de diagnostic Outil: Chapitre 3 et 4 du «Guide pratique» pour les professionnels Présentation à des associations de la construction : FFB et FFPV (15/03/2010) Appréciation positive du document: Guide clair et techniquement compréhensible (vocabulaire usuel) Guide applicable par un artisan menuisier afin de réaliser le diagnostic Fédérations: intéressées par la mise en place d actions de sensibilisation et de communication auprès des menuisiers Outil: «Livret pédagogique» pour les particuliers Sensibilisation des particuliers à la démarche du diagnostic Etablissement d un premier diagnostic: Quels sont les points faibles? Dois-je faire des travaux de renforcement? Si oui lesquels? Fiche diagnostic mbar et mbar

29 Diagnostic Etape 2 Phase de diagnostic Outil: «Livret pédagogique» Fiche diagnostic: un exemple Fenêtre à ouverture à la française à 2 ouvrants: posée en tunnel panneaux vitrés: double vitrage 4/16/4 de dimensions 0.6 m x 1.2 m châssis bois + système de fermeture à crémone avec sortie de tringle et gâche plastique. Règlement PPRT: recommandation de la résistance des fenêtres à une onde de choc d'intensité 50 mbar. La fenêtre évaluée est en face 1 de l'habitation. Diagnostic Eléments vulnérables: panneaux vitrés / système de fermeture/ fixation de la fenêtre Travaux: Pose d un film de sécurité anti-explosion + remplacement de la gâche par une gâche métallique + augmentation du nombre de fixation

30 Diagnostic Etape 2 Phase de diagnostic Outil: Chapitre 3 et 4 du «guide pratique» pour les professionnels Retour d expérience le cas pratique du PPRT d Arnage Principaux enseignements: Un cahier applicable pour la majorité des fenêtres rencontrées Principaux résultats de l étude Les panneaux vitrés Autres éléments de menuiserie

31 Diagnostic Etape 3 Travaux de renforcement Renforcement des panneaux vitrés 1) Pose d un film de protection anti-explosion Posé sur le vitrage côté intérieur Conditions à respecter quand aux dimensions du panneau vitré et caractéristiques mécaniques et aux modes de pose du film L intervention d un professionnel est préférable 2) Changement de panneaux vitrés Possible sur la majorité des fenêtres en bois, en PVC, ou en aluminium, qu elles soient récentes ou non. 3) Remplacement de la fenêtre Film de protection anti fragment Silicone REX (Arnage):

32 Diagnostic Etape 3 Travaux de renforcement Renforcement du système de fermeture d une fenêtre à ouverture à la française 1) Remplacement du système de fermeture à crémone avec sortie de tringle: Système de fermeture individuelle des ouvrants à renvoi d angle avec gâche fourchette et galet champignon Système vendus en kit 2) Cas des fenêtres en bois + pose en tunnel Système de fermeture à crémone avec sortie de tringle + gâche métallique 3) Remplacement de la fenêtre

33 Diagnostic Etape 3 Travaux de renforcement Renforcement du système de fixation Respecter les préconisations du guide pratique: 5 cm 25 cm 20 cm 5 cm Emplacement des fixations Distances maximales entre deux fixations Effort à reprendre par les fixations hauteur = 1.25 m 25 cm Ex: Zone mbar Face 1 - Fenêtre posée en tunnel => Renforcement suivant schéma Résistance des chevillages : 1670 N /chevillage 5 cm 20 cm largeur = 1.40 m 5 cm Artisan capable de traduire les objectifs de performance en termes de moyens Pas de démontage systématique de la fenêtre: possible de garder les fixations existantes et d ajouter des fixations supplémentaires. En général le nombre et la répartition des points de fixation ne sont pas suffisants pour garantir la tenue de la fenêtre. => REX (Arnage): 100% fixations sont à renforcer

34 Conclusions Problématique: Comment faire dans la pratique pour améliorer la protection des personnes contre les blessures par bris de vitres dans la zone mbar 1 - Deux outils mis à disposition par l INERIS Un document technique: Guide pratique pour les professionnels: Un guide clair et techniquement compréhensible par les menuisiers Une démarche de diagnostic de vulnérabilité des fenêtres applicable dans la majorité des cas Des propositions de travaux mieux adaptées et fonction de la nature de l agression Un document grand public: Livret pédagogique pour les particuliers: les aider dans la mise en place des prescriptions ou recommandations du règlement PPRT pour ce qui est des fenêtres sensibilisation à la démarche de diagnostic et au travaux de renforcement à mettre en œuvre réalisation des travaux: par quoi commencer, quelles sont les aides?

35 Conclusions 2 Quelques exemples d études Accompagnement Formation des artisans menuisiers dans la réalisation de diagnostic de vulnérabilité «fenêtre mbar» de bâtiments existants Mission de conseil et Appui au porteurs de projet / au BE Conception Réalisation de constructions futures: définition les dispositions constructives à un coût/bénéfice efficient répondant à l objectif de performance du règlement PPRT Accompagnement des fabricants dans le développement de produits menuisiers (vitrages, film de sécurité anti-explosion) répondant aux objectifs de performance du PPRT dans l évaluation de la compatibilité de produits menuisiers avec les objectifs de performance du PPRT => Essai à échelle réelle Evaluation de la vulnérabilité de bâtiments existants et construction (bâtiments d activité, ERP, logements collectifs ) de projet de

36 Merci pour votre attention Contact: Benjamin LE-ROUX INERIS /DRA Pôle PHDS Unité REST Mail: Tel:

37

38 Fenêtre: un peu de vocabulaire Les principaux éléments constituant une fenêtre Ouvrant ou battant Dormant ou cadre ou châssis dormant

39 Fenêtre: un peu de vocabulaire Les principaux éléments constituant une fenêtre Paumelles Vitrage ou «panneau vitré» Châssis mobile Parclose

40 Travaux de renforcement Par quoi commencer? Positionnement de la DGPR

41 Diagnostic Etape 2 Caractérisation de l agression Caractérisation de l agression: Nature de l onde de surpression Zone dans laquelle se trouve le bâtiment Orientation des façades du bâtiment par rapport au centre du PhD Outils pratiques? Règlement du PPRT Cartographie des intensités Cartographie générale des zones d enjeux mbar/ cartographie d orientation

42 Diagnostic Etape 2 Caractérisation de l agression Caractérisation de l agression Nature de l onde de surpression Onde de choc Déflagration Zone dans laquelle se trouve le bâtiment: Zone mbar / Zone mbar => Cartographie des zones d enjeux Rang Phénomène dangereux Rang 1 Zone mbar Onde de choc (en vert) Rang 2 Zone mbar Onde de choc (en jaune) Rang 3 Zone mbar Déflagration (en vert hachuré) Rang 4 Zone mbar Déflagration (en jaune hachuré)

43 Diagnostic Etape 2 Caractérisation de l agression Orientation du bâtiment par rapport au centre de l explosion Cartographie d orientation 1) Identifier la cartographie d orientation associée à l habitation étudiée

44 PPRT d Arnage Etude de la vulnérabilité des fenêtres Caractérisation de l agression: 4 PhDs: BLEVE de camions GV aux postes de transfert/ BLEVE de camions PV aux postes de stationnement UVCE poste de déchargement GV/ UVCE rupture guillotine ligne 150DN/6 Nature de l onde de surpression/ Zone dans laquelle se trouve les bâtiments Rang Panneaux vitrés, Phénomène dangereux de référence 1 Onde de choc mbar 2 Onde de choc mbar 3 Déflagration mbar 4 Déflagration mbar Habitations: zone d une déflagration (majorité) Orientation des façades du bâtiment par rapport au centre du PhD Attribution d un numéro (allant de 1 à 4) à chaque face suivant son exposition à l onde de surpression: Face 1 : face la plus exposée Face 4 : face la moins exposée. + Face 1 Face 3 Bâtiment Face 2 Face 4

45 Fenêtres coulissantes Fenêtre coulissante 2 rails à 2 ouvrants de dimensions h=1.25 m x l=1.40 m, châssis aluminium, pose en applique renforcé + système de fermeture classique: Fermeture individuelles des ouvrants Fermeture latérale 2 points à crochets sur chacun des ouvrants 20 mbar 50 mbar Intensité Durée 10 ms >1 s >1 s Résultats: Déchaussement d un des ouvrants avec projection éventuel de ce dernier

46 Application sur un exemple Fenêtre à ouverture à la française à deux vantaux de dimensions standards (1.25 m de large, 1.40 m de haut) bois + système de fermeture avec sortie de tringle panneaux vitrés isolant double standard 4/16/4 posée en tunnel face 1 d une habitation zone mbar d une onde de choc + Zone Face 1 Bâtiment

47 Application sur un exemple Une démarche d évaluation de la vulnérabilité de la fenêtre en 3 étapes: Etude des panneaux vitrés Etude de l ensemble châssis + système de fermeture + pose Etude du mode de fixation

48 Application sur un exemple Etude des panneaux vitrés Nature des panneaux vitrés: 4/16/4 Dimensions des panneaux vitrés: 0.6 m x 1.1 m Onde de choc anneau vitré L= 1.1 m l= 0.60 m L/l = 1.8 Zone Zone Zone Largeur L/l N de maximale face admissible du panneau vitré Face Face l (m) Face Face Face Face l (m) Face Face

49 Application sur un exemple Etude des panneaux vitrés Nature des panneaux vitrés: 4/16/4 Dimensions des panneaux vitrés: 0.6 m x 1.1 m anneau vitré L= 1.1 m l= 0.60 m L/l = 1.8 Zone Zone Zone Onde de choc Largeur L/l N de maximale face admissible du panneau vitré Face Face l (m) Face Face Face Face l (m) Face de 3 renforcer les panneaux vitrés Face Largeur maximale admissible du panneau vitré = 0.30 m 0.30 m < 0.60 m Rupture des panneaux vitrés Nécessité de renforcer les panneaux vitrés Solution possible: application d un film de protection antifragment (pose chimique ou mécanique)

50 Application sur un exemple Etude de l ensemble châssis + système de fermeture + pose Châssis bois Système de fermeture à crémone avec sortie de tringle Pose en tunnel Configuration admissible sous vérification des points suivants La gâche est-elle métallique? NON gâche en plastique La remplacer par une gâche métallique. La gâche doit être fixée au dormant par 2 vis capable de reprendre un effort de 2300 N

51 Application sur un exemple Etude du mode de fixation de la fenêtre dans le mur Pose en tunnel Fenêtre fixée dans l épaisseur du mur par chevillage Répartition des points de fixation 5 cm 20 cm 5 cm hauteur = 1.25 m 50 cm Nombre de point de fixation insuffisant 5 cm 20 cm 5 cm Nécessité de renforcer le système de fixation largeur = 1.40 m

52 Application sur un exemple Etude du mode de fixation de la fenêtre dans le mur Pose en tunnel Fenêtre fixée dans l épaisseur du mur par chevillage Renforcement du système de fixation Nombre et disposition des chevillages Chevillages 5 cm 25 cm 20 cm 5 cm Tenue des visseries: V c > (C x S f) )/ N f f) 25 cm hauteur = 1.25 m S f : surface de la fenêtre en m 2 : 1.25*1.40 m 2 N f : nombre total de chevilles: 22 5 cm 20 cm 5 cm Visserie résistant à un effort de cisaillement égal à 1670 N largeur = 1.40 m

53 Application sur un exemple Fenêtre à ouverture à la française à deux vantaux de dimensions standards (1.25 m de large, 1.40 m de haut) Panneaux vitrés isolant double standard 4/16/4 bois + système de fermeture avec sortie de tringle, posée en tunnel face 1 d une habitation, zone mbar d une onde de choc Diagnostic Mesures de renforcement Renforcer les panneaux vitrés par l application d un film de protection anti-fragment Remplacer la gâche plastique par une gâche métallique fixée au dormant par 2 vis capables de reprendre 2300 N chacune Augmenter les chevillages de fixation de la fenêtre dans le mur: nombre 22, capable de reprendre chacun un effort de cisaillement de 1670 N