Essais de résistance au feu des assemblages Hilti pour structures en acier

Cet article présente une analyse approfondie de la résistance au feu des systèmes d’assemblage Hilti pour structures en acier, évaluée lors d’un essai récent réalisé dans un laboratoire tiers indépendant. L’étude évalue l’efficacité des matériaux intumescents résistants au feu (IFRM) et des matériaux isolants pour améliorer la résistance des éléments de structure en acier dans des conditions de température extrêmes en situation d’incendie. Elle examine également le rôle des systèmes d’assemblage dans le maintien de l’intégrité structurelle en cas d’exposition au feu.

La sécurité incendie dans la construction constitue un aspect essentiel du dimensionnement des structures. Bien que les structures en acier offrent une résistance mécanique et une durabilité élevées, elles sont vulnérables aux températures extrêmes, qui peuvent compromettre leur intégrité structurelle. À haute température, l’acier perd une partie de sa capacité portante, ce qui peut entraîner des défaillances structurelles majeures. Afin de limiter ces risques, différentes méthodes de protection incendie sont mises en œuvre, notamment des systèmes de protection passive contre l’incendie (PFP), tels que les revêtements intumescents résistants au feu (IFRM) et les matériaux isolants.

Hilti a testé son système modulaire MT, installé sur des poutres revêtues d’une protection PFP, afin d’évaluer son influence sur les températures et la résistance au feu des structures en acier. Cette étude examine la résistance au feu de deux assemblages : la platine Hilti MT-B-GXL S3 OC et le profilé caisson Hilti MT-90 OC. Ces systèmes sont évalués en fonction de leur capacité à résister à des températures élevées et à maintenir leur stabilité mécanique jusqu’à 120 minutes d’exposition au feu.

L’essai de résistance au feu a été réalisé conformément à la norme européenne EN 1363-1:2020 et aux principes de la norme EN 13381-8, qui définit la méthode d’évaluation des performances des produits en cas d’incendie. L’essai a été réalisé en novembre 2024 dans un laboratoire tiers indépendant. Les éprouvettes ont été exposées au feu sur trois faces et la température a été mesurée en plusieurs points afin d’évaluer le comportement thermique des matériaux et des assemblages.

Le dispositif d’essai comprenait dix poutres courtes en acier à profilé en H, protégées contre l’incendie et équipées d’assemblages Hilti, représentatives des facteurs de massivité couramment rencontrés pour les poutres dans des projets réels en Europe du Nord et centrale.

L’objectif principal était de déterminer dans quelle mesure ces systèmes d’assemblage influencent, par transfert thermique, la résistance au feu globale des éléments de structure en acier. L’essai a été réalisé sans accréditation selon la norme EN ISO/IEC 17025, car il n’existe aucune méthode normalisée permettant d’évaluer l’influence spécifique des structures secondaires sur la résistance au feu.

L’essai comprenait deux systèmes d’assemblage :

1. Platine Hilti MT-B-GXL S3 OC – Fixée sur une poutre en acier HEB 260 à l’aide de crapauds de fixation MI-SGC-M16. Ce système se compose d’une platine, d’un profilé caisson (= poutre) et de platines de connexion, assemblés à l’aide de boulons et d’équerres.

Figure 1 : MT-B-GXL S3 OC – configuration initiale du revêtement de protection incendie des platines

2. Profilé caisson Hilti MT-90 OC (= poutre) – Fixé sur une poutre en acier HEA 300 à l’aide de crapauds de fixation MT-BC-GXL T OC. Ce système comprend un mécanisme de serrage par étrier en U, une plaque d’appui et des griffes de serrage.

Figure 2 : MT-90 OC – configuration initiale du revêtement de protection incendie

Chaque système d’assemblage a été soumis à différentes stratégies de protection incendie, notamment :

• Isolation en laine minérale de faible densité (40 kg/m³) : insérée dans certaines éprouvettes afin d’évaluer son effet isolant.

• Revêtements résistants au feu : deux types de revêtements intumescents ont été testés :

  • Un revêtement courant à base de solvant, principalement utilisé en Europe du Nord.

  • Un revêtement courant à base d’eau, principalement utilisé en Europe centrale.

• Toutes les poutres en acier ont été préparées par sablage et application d’un primaire, adapté au revêtement intumescent utilisé.

• Les systèmes MT ont été traités au xylol et poncés manuellement afin d’assurer une bonne adhérence du revêtement.

Les deux systèmes d’assemblage ont été testés selon les scénarios suivants afin d’identifier l’incidence du transfert thermique vers la structure primaire en acier :

1. Systèmes d’assemblage Hilti avec laine minérale à l’intérieur du profilé caisson et revêtement sur la face extérieure de la platine ou du profilé caisson en contact avec les poutres protégées par un système PFP, avec également des crapauds de fixation et des écrous revêtus.

Figures 3 et 4 : MT-B-GXL S3 OC et MT-90 OC avec laine minérale à l’intérieur et revêtement de protection incendie sur tous les éléments, y compris les crapauds de fixation, les écrous et les boulons

2. Systèmes d’assemblage Hilti sans revêtement de protection incendie supplémentaire, montés sur des poutres protégées par un système PFP

Figures 5 et 6 : MT-B-GXL S3 OC et MT-90 OC sans revêtement de protection incendie supplémentaire

3. Systèmes d’assemblage Hilti avec revêtement de protection incendie uniquement sur la platine ou le profilé caisson en contact avec les poutres protégées par un système PFP

Figures 7 et 8 : MT-B-GXL S3 OC et MT-90 OC avec revêtement de protection incendie sur la platine et le profilé caisson

Tout au long de l’essai, différentes observations ont été faites concernant le comportement au feu des systèmes d’assemblage :

• Évolution de la température :

  • Les températures de l’acier variaient en fonction de la présence de revêtements et d’isolants.

  • Une augmentation notable de la température a été observée au niveau des éprouvettes de référence non protégées. Après 60 minutes, leur température était environ 100 Kelvin supérieure à celle des éprouvettes protégées, confirmant ainsi la nécessité de mettre en œuvre des mesures de protection par prolongement du revêtement (« coat-back »).

  • Les éprouvettes entièrement revêtues et isolées avec de la laine minérale présentaient, au niveau des assemblages, des températures inférieures à celles mesurées sur la poutre.

  • Une protection « coat-back » de base, appliquée uniquement sur la platine ou le profilé caisson, sans laine minérale et sans revêtement sur les crapauds de fixation ou les écrous, n’a entraîné qu’un écart de température négligeable d’environ 1 % par rapport à la poutre.

Figure 9 : MT-B-GXL S3 OC après l’essai au feu

La configuration 1, avec de la laine minérale à l’intérieur du profilé caisson et un revêtement complet de la platine ou du profilé caisson, correspondant à une approche de pointe, ce résultat a été utilisé comme référence. Cette solution nécessite toutefois des travaux supplémentaires sur chantier afin de garantir que tous les composants soient entièrement revêtus après l’installation.

À l’inverse, la configuration 2, correspondant à un système de support sans revêtement de protection incendie supplémentaire, représente le scénario le plus défavorable en termes de transfert thermique de la structure secondaire vers la structure primaire en acier au niveau du point de fixation.

La principale question était donc de déterminer si la configuration 3 pouvait constituer une solution viable pour la structure primaire en acier protégée par un revêtement, tout en évitant les travaux de revêtement supplémentaires ainsi que l’ajout de laine minérale dans les profilés caissons MT, qui nécessitent une préparation sur chantier.

Les résultats des essais ont mis en évidence des différences significatives de résistance au feu entre les différentes stratégies de protection :

• Les éprouvettes avec ajout de laine minérale et revêtement des écrous ont présenté de meilleures performances thermiques, limitant l’augmentation de la température des composants en acier.

• Les revêtements intumescents ont efficacement retardé la pénétration de la chaleur.

• Les éléments d’assemblage non protégés, tels que les boulons et les rondelles, étaient vulnérables à une augmentation rapide de la température.

Les résultats montrent que l’isolation joue un rôle essentiel dans le maintien de températures plus faibles au sein des éléments de structure. Hilti a évalué différents produits et peut vous accompagner, avec ses partenaires, dans la recherche d’une solution système adaptée.

Les résultats des essais soulignent l’importance de stratégies de protection incendie intégrées pour les assemblages de structures en acier. Les essais montrent qu’une protection « coat-back » conservatrice, appliquée en amont hors chantier, est acceptable et n’entraîne qu’une variation négligeable de la température de la poutre primaire en acier.

Cette approche permet d’optimiser les processus de travail, de limiter la manipulation de peinture humide sur chantier et de réduire à la fois les coûts et les efforts nécessaires.

De futures recherches pourraient porter sur d’autres matériaux de protection incendie et évaluer leur durabilité à long terme dans des conditions réelles. Ces résultats contribuent au développement continu de structures en acier plus sûres en cas d’incendie.

Pour plus d’informations, n’hésitez pas à contacter vos experts Hilti locaux et à consulter nos autres articles consacrés à ce sujet.