ISO/TR 6585:1979
(Main)Fire hazard and the design and use of fire tests
Fire hazard and the design and use of fire tests
Risque d'incendie et conception et utilisation des essais au feu
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TECHNICAL REPORT 6585
Published 1979- 1 O- 15
IS0 Technical Reports are subject to review within three years of
publication, with the aim of achieving the agreements necessary for
the publication of an International Standard.
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION*ME~KnYHAPOnHAR OPrAHM3AUMR no CTAH&lAPTM3AUMM*ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Fire hazard and the design and use of fire tests
Risque d'incendie et conception et utilisation des essais au feu
Foreword
Technical Report 6585 was drawn up by Technical Committee ISO/TC 92, Fire tests on building materiais, components and struc-
tures, and approved by the majority of its members. It was published in the form of a Technical Report rather than as an International
Standard due to the urgent need for an authorative document to widen knowledge about the role of fire testing in the control of fire
hazard and about the adequacy and limitations of some fire tests.
However, the whole question of fire tests in relation to fire hazard is one in which considerable controversy still exists and some
aspects of this Technical Report were not entirely accepted by all member bodies. For example, some important questions of
terminology are unresolved. Nevertheless it is considered to provide a general and much needed overall insight into the main
considerations that should be kept in mind when fire tests are being prepared, are being discussed or are being used.
Ref. No. ISO/TR 6585-1979 (E)
UDC 699.81 : 620.1
Descriptors : buildings, design, structural design, fire fighting, burning rate, fire tests.
Price based on 17 pages
0 International Organization for Standardization, 1979 O
Printed in Switzerland
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ISO/TR 6585-1979 (E)
Contents
Page
O Introduction . 3
1 Scope and field of application . 3
2 The control of fire hazard . 3
3 Fire hazard . 4
4 The assessment of hazard by tests., . 5
5 Typesoffiretest . 7
6 The "reaction to fire" tests . 7
..................................................................................................
6.1 General 7 '-
6.2 Combustibility . 8
6.3 Ignitability .
8
6.4 Spread of flame., .
9
6.5 Heat release . 9
7 Environment modelling. . 10
7.1 General . 10
7.2 Thermal environment . 10
7.3 Spatial relationships . 10
7.4 Atmospheric environment . 10
...........................................................................................
7.5 Mechanical load 10
a
7.6 Interaction effects and variations in time . 11
8 Conclusion . 11
Table
Factors of a fire environment . 12
Figures
1 Fire hazards and control . 12
2 Analysis and research . 13
3 Firedevelopmentinanenclosure . 14
4 The two-way classification of fire tests . 15
5 Ignition response . 16
.............................................................................................
6 Spread of flame., 17
7 Some environmental interactions . 18
2
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ISO/TR 6585-1979 (E)
O Introduction
Over recent years there has been growing concern about fire testing, both in general and from the viewpoint of international and
national standardization, with a view to reducing fire hazard and controlling the materials used in buildings.
It should be noted that the simple phrase "fire test" does not have an agreed usage. For example, the oxygen index test was
developed and is used with fire primarily in mind and, even though it may not be regarded by many as properly a fire test, it is
sometimes called one. On the other hand, tests for thermal conductivity and diffusivity are not referred to as fire tests, nor were they
develQped primarily with fire in mind, yet they may well be most relevant to certain fire hazards. For the purpose of this Technical
Report, the term "fire test" shall be applied to any test used to provide information relevant to some aspect of the assessment of the
behaviour of a material, alone or composite or part of a structural system, in a fire.
Until now, fire performance ratings of materials, products or systems have been based on experience and surmise and this situation is
likely to continue for a long period of time. Ultimately, however, a more rational approach to this fundamental problem will be feasi-
ble. This Technical Report attempts to introduce some of the avenues open for this purpose.
Fire produces environments which endanger people and valuable property, be it buildings or their contents. These hazardous en-
vironments (see clause 7) occur because many materials, especially organic ones, hydrocarbon fuels, wood and many plastics, can be
ignited by common energy sources and cause chemical reactions, usually with atmospheric oxygen, to produce heat. The rate of heat
production generally becomes more than is needed for ignition and so leads to self sustaining combustion. This in turn can cause the
burning zone to spread and to produce temperatures high enough to cause materials to lose strength (such as steel which is normally
inert in fires) or to fracture (such as concrete) by inducing stresses when expansion is restrained.
Fires also produce quantities of unburnt liquid and solid residues (soot) which, even when diluted with fresh air, can produce toxic, ir-
ritant and corrosive atmospheres and reduce visibility sufficiently to impede escape and cause loss of orientation.
The behaviour of materials in fires is not only to be assessed by exposing them to a source typical of a small ignition source. Some
other material may be ignited first and produce strong heat sources capable of igniting materials which a small source would not. The
concept "reaction to fire" refers to a range of possibilities according to the conditions. Flammable materials on ceilings may form
flaming droplets and spread fire to the floor, a behaviour which depends on the position of the material as well as on the material itself.
These few examples illustrate the complex nature of fire behaviour which is characterized by the interaction of materials, design and
use.
Were it not that fire can be hazardous, there would be no regulations and few if any fire tests, but it is
Technical Report to differentiate between tests used for regulatory and non-regulatory purposes. It is essentia
that there is no a priori basis for claiming that a fire test assesses a given hazard. The claim must be justified and may involve more
than one test, for example a smoke test and a flame spread together, since the former might use a fixed mass or volume of material
and the latter might assess the amount involved in the fire.
The primary purpose of some tests has been directly to control what is manufactured and sold, indirectly to reduce the hazard. It is
not obvious that one can replace all such tests by tests based on performance criteria and related directly to hazard.
1 Scope and field of application
This Technical Report gives guidance on the way in which use can best be made of fire tests and briefly discusses certain particular
fire characteristics. It should not be considered as providing full guidance on the use of any one test. Each particular test will have its
own significance and problems, and more detailed guidance for each test should be sought in the annex to the International Standard
for the test concerned.
The relevance of fire tests should be seen as providing information to assess fire hazard, and thereby safety, rather than the reverse.
This view corresponds to emphasizing the caution necessary in interpreting test performance.
In relating tests to hazards, it is necessary to identify and quantify the various components of fire environments so that the extent to
which a test simulates any aspect of a fire can be stated. Procedures are needed by which a correlation between tests and "real" fires
can be established through research on experimental simulations of "real" fires.
These questions are briefly discussed, through mainly in connection with the growth of fire in buildings. It is suggested, for example,
that the distinction between tests which purport to relate to hazard and those which do not lies not in the tests themselves but in the
claims made for them and the presence or absence of objective evidence supporting such claims.
2 The control of fire hazard
A person must have confidence in the safety of those places into which he may have to go. Such confidence or feeling of safety is
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n
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partly a matter of likelihood that a fire will not occur and partly that if one does, one will not suffer. Whilst objective economic criteria
may be possible for expenditure on safety as an investment or as an alternative to investment, it is doubtful if one can be devised for
the subjective maintenance of confidence or to express consumer preferences which are culturally and socially dependent.
It must be emphasized that testing is only part of the process by which danger from fire is limited and by which hazards are controlled.
It is sufficient to mention codes of practice, legal prohibitions, the roles of inspection and education, to realize that testing and the
specification of performance requirements are but part of the control process.
Figure 1 illustrates schematically how fire hazards result from activities, some of which are the consequence of the development of
new materials and new designs. New developments in fire standards and codes arise not only from the recognition of hazards but
from new social habits and from new materials, some of which replace existing materials, whilst others permit new types of activities
and therefore introduce new kinds of hazard. Figure 2 amplifies the "analysis and research" shown in figure 1. A "verification" feed-
back is shown from "control" to "hazard" in figure 1.
Unless there is some way of checking whether the controls have influence on the occurrence or severity of fires, there is little effective
meaning to the elaborate discussion of what particular type of control is applicable or to its existence. Some administrative device is
required in order to check whether the introduction of any control has an influence on the occurrence and severity of fires and the
minimum requirement is the collection and analysis of data.
3 Fire hazard
3.1 The major problem in any discussion of the significance of test data lies in their relation and relevance to fire hazard. Danger can
arise from fire because there is too high a probability that a fire may start or because there is too high a probability that, once started,
its dangerous consequences cannot be mitigated. Measures to reduce the former are fire prevention, those to reduce the latter are fire
protection and they include, inter alia, the provision of escape routes and fire-fighting equipment.
It may be necessary to distinguish formally between the likelihood of a fire occurring and the likelihood of a particular consequence
once the fire has started. The former is largely the province of ignitability (in so far as tests are involved) and the latter of other tests (or
so statistically might
ignitability tests of higher severity). The two probabilities are, to some extent, dependent on different factors and
be regarded as independent. Such independence has considerable implications for probabilistic design criteria but in so far as both
probabilities are dependent on a common factor, for example bad management, the value of distinguishing between the two is lessen-
ed. Nevertheless, it is important to recognize that some tests are concerned only with the risk of initiation and others solely with the
consequences of fire starting. Provisionally one might distinguish between these components of "hazard" by referring separately to
"risk of initiation" and "consequential hazard". A third element is of course the degree of exposure of the property or people to the
fire. Higher standards might be appropriate if more people were likely to be present at any one time.
3.2 It is assumed that a hazard has been recognized and is described in terms of some fire situation. It may, of course, be identified
by statistical reports of real incidents, by the study of some puzzling incident, or it may be identified apriori(it does not take research
to confirm that smoking near dip tanks of flammable liquids could be dangerous). Once a hazard is publicly recognized then the ap-
propriate authorities can examine a particular situation and ask whether or not the elimination of that hazard requires a change in
design or a change of procedure, or change of material. If the latter, one can then devise a routine test to compare one material, or
product, with another fulfilling the same purpose.
3.3 Alternatively a manufacturer may be making a product which has many uses. It can therefore be involved in several fire situa-
tions, some of which may have a recognized hazard and some not. Enquiries then start from the point of view of the material or pro-
duct, and the various hazards to which it may be exposed, or to which it may contribute, need to be identified.
3.4 With the former approach, beginning with hazard, each material or product is submitted to one and the same test or set of
tests, corresponding to the hazard situation, whereas, beginning with material or design, different types of tests for different situa-
tions are required. It can be argued that some, if not all, quality assurance tests are relevant (or are intended to be relevant) to ignition
when the material is the one first ignited from a small source, and if certain materials and products, for example electrical equipment
and clothing, are exposed only in certain hazardous situations in which there is no inter-changeability with other materials or pro-
ducts, there are good reasons why tests might differ.
If different materials or products are used where they may be subjected to a common ignition source, one must test them in the
3.5
same way, using a suitable source of ignition.
However, to consider the contribution of the given material to a fire started by some other material, the behaviour of the material has
to be examined in the context of the kind of fire in which it could become involved so that it may be necessary to test it in a situation
simulating a fire in, say, a corridor or a fire in an aeroplane. These arguments necessarily imply that there may be a necessity to test
materials or products in more than one fire environment.
4
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3.6 The choice and the definition of such environments is not necessarily a simple matter. It is usually accepted that fully developed
fires are simulated in the fire resistance test. So far as a structural failure is concerned, it has the sanction of tradition but this is
possibly not the best representation of such a fire for all the hazards with which, say, the fire brigade is concerned. Indeed, fire
brigades and architects may well have different subjective concepts of what a fire is, and testing must become objective to overcome
many of the reservations held by one or other interested parties.
3.7 Two approaches have been considered, but there is a third. The two described ought to simulate some aspect of fire hazard, for
example the ignition of a chair by a cigarette or the exposure of a wall to a fully developed fire, or a stage in the development of a fire.
In the third approach sufficient understanding is assumed of the nature of fire and fire behaviour and the way in which materials con-
use test data from selected environments to make predictions for others. Such predictions may be by
tribute to fire development, to
means of theory or experience.
3.8 The tests which are being studied and developed clearly simulate some hazards. The test for ignitability is simulating a very con-
ventional risk even in a simplified form and the spread of flame test is the latest in the long development of such tests.
Although the tests are not directly measuring basic physical and chemical properties of a material, it is desirable to reduce as far as
possible the dependence of what is measured on the apparatus itself, if one is seeking to obtain data having general use. Thus the
time to spread flame under defined and reproducible thermal flux is a quantity which research can hope to relate to more basic proper-
ties.
a close simulation of a particular hazard (necessitating
It follows that some compromise may be required at the present time between
tests for each hazard) and idealization of the exposure to permit interpretation and generalization.
3.9 A method of using the data from these simplified situations is needed to assess the hazard in a more complicated situation and it
is this problem i.e. the assessment of hazard from data obtained from ignitability, spread of flame, the rate of heat release, and other
tests, that must now be considered. Some of the arguments can be extended to other tests.
4 The assessment of hazard by tests
4.1 In general terms, one has to assess the relevance of any tests or test to some given hazard. If the hazard is well recognized and
can readily be simulated, for example the ignition of a mattress by a cigarette, it is sensible to base the test directly on that hazard
itself, but where this is not possible, or is temporarily not practicable, we have to correlate the tests with the hazard in some way. Fires
are fortunately rare events; about 10 % of building fires in the UK are started by smoking materials, but only 1 in 108 cigarettes are
associated with a fire so that the hazardous situation needs to be well defined before experiments are productive.
In consequence, the experimental study of risk raises problems different from those in the experimental study of consequential
hazard.
4.2 One way or another some situation is presumed and experiments are undertaken to simulate fires in this situation (see figure 2).
If the problem is one of risk of fires starting, an attempt may be made to simulate the ignition situation or the equipment failure by a
test leading to it and to conduct many repeat tests, the results of which are to be analysed statistically. If the more complex conse-
quential hazard is being examined, one can, as an example, describe a procedure in terms of a fire in a room (see figure 3). Various
: measurements (M of the temperature, gas concentrations, time, collapse of ceiling, ignition of walls,
measurements can be made
etc., can be taken for a variety of different materials, for example different lining materials (LI, and different carpets (Cl, etc. i.e.
various measurements MI, M2, M3, etc. can be made for various combinations of L and C, etc. Some assessment must then be made
of the relationship between hazard of injury or death and any one or more of the various measurements - threshold danger levels for
It should be recognized that this step is, at present, almost
example, can be set for temperature or gas concentration or ignition time.
exclusively qualitative because, although it is known that life cannot be supported below some concentration of oxygen or above
some gas temperature, translation of these thresholds into risk is quite a different matter. It is presumed, however, that various criteria
can be fixed for MI, M2, etc., but it has to be recognized that there may be a need to change these in light of experience.
4.3 For each type of lining and carpet, etc., a second set of numerical values can be obtained, some of which are the results of ex-
isting or proposed fire tests. There are also data pertaining to basic properties of each material, such as calorific value, thermal con-
ductivity, k, density and specific heat capacity, c, as well as a mass transfer B number, oxygen index, etc. We then require an ex-
amination of the multi-variate correlation between the various values of M and this set of numerical values. Such an analysis could tell
us which of the various numerical values are significant and which are the most significant - the most primitive form of this activity is
to correlate one given measure from a test with one experimental property. For example, the results of the US E162 test with the ther-
of kec, or of the British Standard fire propagation test provide a numerical index, the components of the index being
mal inertia
weighted to give the simplest meaningful correlation to flashover time. Even this kind of exercise must be conducted over as wide a
range of materials as is likely to be tested; few fire tests have been correlated with reality even at this primitive level.
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4.4 Although the above procedure is a pragmatic approach which can establish a correlation, a rational use of data from standard
tests in a functional design requires an understanding of the physical realities expressed by the test result. To this end, an analytical
model of the dynamics of the test process is necessary, As a corollary to this, if a test is measuring something which can be quan-
titatively defined in physical or chemical terms, it ought to be possible to predict test results for certain simple, idealized situations, for
example a homogeneous flat material. Such exercises are commonly performed in research, and success allows one to better under-
stand what the test really does and the extent to which the results are apparatus dependent.
Concurrently with the evolution of the theoretical analysis of testing methods, the last few years have seen rapid progress in the
capacity to describe mathematically radiant and convective energy transport from large scale turbulent flames and the influence of
this energy transport on burning and fire spread.
With the main features of the analytical model thus assumed, and with material characteristics determined from the standard tests,
comparison between theory and a specified full scale test should make possible the validation of model structures as well as identifica-
tion of undetermined parameters. Techniques to be used for this purpose have been developed within the field of automatic control to
identify a variety of industrial chemical and physical processes.
When, for a given simplified geometrical full-scale situation, the process dynamics have been identified, deterministic sensitivity
studies may be performed to ascertain the influence of the properties of the test material on the fire spread and fire product generation
processes. Finally, going from the deterministic phase to a recognition of the stochastic nature of many state variables, reliability
studies may be made, taking into account uncertainties in ignition processes, material properties, analytical modelling and en-
vironmental conditions. The results could have the form of time and space-dependent probability density curves of fire products.
More realistically, a distribution-free, first order linear analysis would provide the first and second moments of the maximum values of
the corresponding quantities. Coupled with definitions of the limits of human tolerance and escape facilities, the fire hazard may be
evaluated. This may in turn lead to a consistent definition of the integrated concept of a "reaction to fire" index for the given situa-
tion.
To reach this stage of development will take a considerable number of years. Research is required on :
a) the applicability, to the tests being developed, of available analytical thermophysical mathematical models regarding fire pro-
duct generation;
b) systematic identification studies of model structures and parameters (such as basic and derived material properties);
c) studies to identify those full-scale fire situations where at least the gross features of the process dynamics are known, and by
use of model validation and parameter determination techniques to evaluate quantitatively the fire performance of the tested
material;
d) procedures to translate fire performance results into a fire hazard assessment.
4.5 The above separate arguments suggest that one or more research programmes are required so that one can find the proper
weightings to be attached to the results of separate tests before assessing a hazard. If this is not possible in the short term, what in-
stead can be done ?
The short answer is that the assessment must be completed by an appeal to experience or to surmise. In some way or another, by a
committee or by research, materials or products can be placed in an "acceptable" order of rank and test results weighted for whatever
hazard is involved. Such "acceptable" orders can be revised pragmatically or as a result of analysis or research. It is essential that as
wide a range as possible of materials be included.
In view of the variability of fire behaviour, i.e. its sensitivity to factors (some of which are not controlled, for example extent of door
opening, arrangement of furnishings), such experimental studies must include sensitivity tests. All too often research teams have
reached contradictory conclusions because they have had to presuppose different standardized conditions.
4.6 It should be emphasized that poor performance or failure in a test gives grounds for a presumption of hazard. The converse is
not necessarily true; good performance does not equally provide a presumption of safety. One might contemplate defining safety by
the effectiveness of measures to limit fire hazard. Such a definition would be consistent with the view that the role of fire tests is more
in connection with assessing fire hazard and not safety from hazard.
4.7 Quantitative differences between the performances of a material or product in two tests that purport to assess the same fire
characteristic (and therefore which should have no qualitative differences) have probably much less physical significance compared
with differences between, on the one hand, real fires as a class and, on the other, tests which simulate them. Even if they are not
trivial, it will be difficult to demonstrate the differences in any verification procedure. Such differences that do exist between tests
may however be very important for good reproducibility and other properties required for approved tests. They may also be important
commercially for defining acceptable performance near border lines.
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4.8 A test, or group of tests, which provides, in the manner described in 4.3, some quantitative measure of fire behaviour may still
be used in an arbitrary manner in some general grading system, be it a "points" scheme or a simpler classification system based on ex-
perience, codified inductively. A requirement in drawing up such schemes should be the inclusion of some rational means of ex-
ploiting the results of "verification" to ensure that the scheme is "self-adjusting" or "adaptive" with time.
4.9 In some tests, more than one measurement is taken, for example ignition time, time for a flame to spread a certain distance, the
height of flames. Whether the amount of information is thereby increased depends on the extent to which they are uncorrelated with
each other.
They are more likely to be correlated if all are measured under the same exposure conditions and the degree of correlation will vary
between types of material. If there is too great an interdependence, the resulting extra information may be more likely to confuse than
to clarify.
4.10 It should be clear from the above that there may in principl
...
RAPPORT TECHNIQUE 6585
Publié 1979- 1 O- 1 5
Les rapports techniques IS0 sont réexaminés tous les trois ans à
partir de la date de leur publication, afin de’parvenir à l’accord
nécessaire pour la publication d’une Norme internationale.
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION*ME~YHAPOJlHAR OPrAHH3AUHR il0 CTAHJlAPTH3AUHM«)RGANlSATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Risque d’incendie et conception et utilisation des essais
au feu
Fire hazard and the design and use of fire tests
Avant-propos
Le Rapport technique 6585 a été établi par le comité technique ISO/TC 92, Essais de comportement au feu des matériaux de
construction et des éiémenrs de batiments, et approuvé par la majorité de ses membres. Ce document a été publié sous la forme d‘un
rapport technique plutôt que comme une Norme internationale du fait qu’il est nécessaire et urgent de pouvoir disposer d’un
document faisant autorité, destiné à élargir les connaissances sur le rôle des essais au feu et la maîtrise des risques d‘incendie et sur la
congruité et les limitations de certains essais au feu.
Toutefois, dans sa totalité, la question des essais au feu en relation avec les problèmes d’incendie est de celles qui sont encore
fortement controversées et certains des aspects de ce rapport n‘ont pas été entièrement acceptés par tous les comités membres. Par
exemple, certaines questions importantes de terminologie ne sont pas résolues. Néanmoins, on considère que ce rapport offre un
apercu global sur les principales considérations à garder à l‘esprit lorsque des essais au feu sont élaborés, sont discutés ou sont
utilisés.
CDU 699.81 : 620.1 Réf. no : ISO/TR 6585-1979 (FI
Descripteurs : bâtiment, conception, projet de construction, lutte contre l’incendie, vitesse de combustion, essai de comportement au feu.
O Organisation internationale de normalisation, 1979 0 Prix basé sur 17 pages
Imprimé en Suisse
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ISO/TR 6585-1979 (FI
Sommaire
Page
O Introduction . 3
Objet et domaine d'application .
1
2 Contrôle du risque d'incendie . 4
3 Risque d'incendie . 4
4 Evaluation du risque au moyen d'essais . 5
5 Types d'essais au feu . 7
6 Essais de ((réaction au feu» . 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Combustibilité . 9
6.3 Allumabilité . 9
6.4 Propagation de flamme . 10
6.5 Débit calorifique . 10
7 Établissement de modèles représentatifs de l'environnement . 10
7.1 Généralités . 10
7.2 Environnement thermique . 11
7.4 Environnement atmosphérique . 11
7.5 Charge mécanique . 11
7.6 Actions réciproques et variations dans le temps . 12
8 Conclusion . 12
Tableau
Facteurs de l'environnement d'un feu . 13
Figures
1 Risques d'incendie et contrôle . 13
2 Analyse et recherche . 14
3 Évolution d'un incendie dans une enceinte . 15
4 Classification bilatérale des essais au feu . 16
5 Réponse à l'allumage . 17
6 Propagation de flamme . 18
7 Quelques actions réciproques de l'environnement . 19
2
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ISO/TR 6585-1979 (FI
O Introduction
Ces dernières années, on a pu observer un intérêt grandissant pour les essais au feu, à la fois en général et du point de vue de la
normalisation internationale et nationale, dans le but de réduire les risques d'incendie et de contrôler les matériaux utilisés dans les
bâtiments.
On doit faire remarquer que l'expression simple «essai au feu» n'est pas utilisée de la même manière par tout le monde. Par exemple,
il est employé principalement en ayant à l'esprit l'incendie et bien que beaucoup de gens ne le
l'essai d'indice d'oxygène a été établi et
considèrent pas à proprement parler comme un essai au feu, on le qualifie quelquefois de tel. D'un autre côté, les essais de
conductivité et de diffusibilité thermiques ne sont pas considérés comme des essais au feu et ils ne sont pas, non plus, établis en
premier lieu en vue de l'incendie; ils peuvent cependant être très appropriés pour certains risques d'incendie. Dans le cadre du présent
Rapport technique, l'expression «essai au feu» doit être utilisée dans le cas de tout essai utilisé pour fournir des informations ayant
trait à un aspect de l'estimation du comportement d'un matériau, seul ou en combinaison, ou faisant partie d'un système structural,
dans un incendie.
Jusqu'à présent, les estimations du comportement au feu des matériaux, des produits ou des systèmes ont été basées sur l'expérience
et la conjecture, et cette situation semble devoir se poursuivre pendant longtemps. A la fin, cependant, il sera possible d'aborder ce
problème fondamental d'une manière plus rationnelle. Le présent Rapport technique tente de présenter quelques-unes des voies qui
nous sont ouvertes pour ce faire.
Le feu produit des environnements qui mettent en danger des personnes et des biens évaluables, qu'il s'agisse des bâtiments ou de
leur contenu. Ces environnements dangereux (voir chapitre 7) se produisent parce que de nombreux matériaux, en particulier les
matériaux organiques, les hydrocarbures combustibles, le bois et de nombreuses matières plastiques, peuvent être allumés par des
sources courantes d'énergie et entraîner des réactions chimiques, habituellement avec l'oxygène atmosphérique, en produisant de la
chaleur. La production de chaleur devient généralement supérieure à celle qui est nécessaire pour l'allumage et conduit ainsi à une
combustion qui s'entretient elle-même. Celle-ci peut entraîner I'élargisserent de la zone qui brûle et la production de températures
assez élevées pour faire perdre leur résistance à certains matériaux (tels que l'acier, lequel est normalement inerte dans les incendies),
ou pour fendre des matériaux (tels que le béton) en produisant des tensions lorsque la dilatation est entravée.
Les incendies produisent également des quantités de liquides non brûlés et de résidus solides (suie) qui, même lorsqu'ils sont mélan-
gés à de l'air frais, peuvent produire des atmosphères toxiques, irritantes et corrosives et réduire la visibilité suffisamment pour empê-
cher que l'on s'échappe et faire perdre le sens de l'orientation.
Le comportement des matériaux dans les incendies ne doit pas être estimé seulement en exposant ceux-ci A l'action d'une source
ayant le caractère d'une petite source d'allumage. D'autres matériaux peuvent être allumés d'abord, et produire des sources de haute
température susceptibles d'allumer des matériaux qui ne pourraient pas être allumés par une petite source. Le concept de ((réaction au
feu» se définit par rapport à une gamme d'éventualités suivant les conditions. Les matériaux inflammables sur les plafonds peuvent
former des gouttelettes qui flambent et mettre le feu au plancher, comportement qui dépend de la situation du matériau aussi bien que
du matériau lui-même. Ces quelques exemples illustrent la nature complexe du comportement du feu, lequel est caractérisé par
l'action réciproque des matériaux, de la structure et de l'utilisation.
S'il ne se trouvait pas que le feu peut présenter des risques, il n'y aurait pas de réglementation et il y aurait peu ou pas du tout d'essais
au feu, mais ce n'est pas le propos du présent Rapport technique d'établir des distinctions entre les essais suivant qu'ils sont utilisés à
des fins réglementaires ou non réglementaires. II est essentiel de reconnaître, cependant, qu'il n'existe pas de base B priori permettant
d'affirmer qu'un essai au feu établit un risque donné. L'affirmation doit être justifiée et peut demander plus d'un seul essai, par exem-
ple à la fois un essai de fumée et un essai de propagation de flamme, étant donné que pour le premier on pourrait utiliser une masse ou
un volume fixés du matériau et qu'avec le dernier on pourrait déterminer la quantité impliquée dans le feu.
Le but principal de certains essais a d'abord été de contrôler ce qui est fabriqué et vendu et, ensuite, de réduire le risque. II n'est pas
certain que l'on puisse remplacer tous ces essais par des essais fondés sur des critères de comportement et liés directement au risque.
1 Objet et domaine d'application
Le présent Rapport technique donne des conseils sur la facon dont on peut utiliser au mieux les essais au feu et traite brièvement de
certaines caractéristiques particulières de l'incendie. II ne doit pas être considéré comme fournissant des indications complètes sur
l'utilisation d'un quelconque essai. Chaque essai particulier aura sa fonction et ses problèmes, et des indications plus détaillées pour
chaque essai devront être recherchées dans l'annexe à la Norme internationale pour l'essai concerné.
II est suggéré que la pertinence des essais au feu soit considérée comme un moyen de fournir des informations permettant d'évaluer le
risque d'incendie et, par là, la sécurité, plutôt que l'inverse. Ce point de vue répond à la nécessité d'attirer l'attention sur la prudence
nécessaire dans l'interprétation des résulats des essais.
Lorsque l'on établit un rapport entre les essais et les risques, il est nécessaire d'identifier et de quantifier les diverses composantes des
environnements du feu, de telle manière que l'on puisse établir dans quelle mesure un essai simule un tel aspect du feu, On a besoin
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de méthodes permettant d‘établir une corrélation entre les essais et des feux «réels», par des recherches sur des simulations expéri-
mentales de feux «réels».
Ces questions sont brièvement exposées, bien que principalement à propos de l‘évolution du feu dans un bâtiment. II est suggéré, par
liés au risque et ceux qui ne le sont pas ne réside pas dans les essais eux-
exemple, que la distinction entre les essais censés être
mêmes, mais dans la signification qu’on leur attribue et dans la présence ou l’absence d‘évidence objective venant à l‘appui de cette
signification.
2 Contrôle du risque d‘incendie
Une personne doit avoir confiance dans la sécurité que présentent les endroits dans lesquels elle peut avoir à aller. Cette confiance ou
ce sentiment de sécurité est, en partie, une question de probabilité qu’un incendie ne se déclarera pas et, en partie, une impression
que, s’il s‘en déclare un, on n’en souffrira pas. Alors qu’il est possible d‘établir des critères économiques objectifs pour des dépenses
concernant la sécurité en tant qu‘investissement ou en tant qu‘alternative à l‘investissement, on peut douter qu’il soit possible d‘en
imaginer pour entretenir subjectivement la confiance ou pour exprimer les préférences des consommateurs, lesquelles dépendent de
la culture ou du niveau social.
II faut faire remarquer que les essais ne constituent qu’une partie de l’ensemble des moyens qui permettent de limiter le danger du feu
et de contrôler les risques. II suffit de mentionner les codes de bonne pratique, les interdictions légales, les rôles de l’inspection et de
l’éducation, pour s’apercevoir que les essais ainsi que l‘élaboration de conditions à remplir ne sont qu’une partie du processus de con-
trôle.
La figure 1 illustre, de manière schématique, comment les risques d’incendie sont le résultat d’activités dont certaines sont la consé-
quence de l’apparition de nouveaux matériaux et de conceptions nouvelles. Les progrès nouveaux dans les normes et les codes con-
cernant l’incendie sont dus non seulement e des risques, mais aussi à de nouvelles habitudes sociales et à de nou-
veaux matériaux, dont certains remplacent stants tandis que d’autres permettent de nouveaux types d’activités et
introduisent ainsi de nouvelles espèces de r développe l’opération ((analyse de recherche)) indiquée à la figure 1. Un
((feedback)) de ((vérification)), du ((contrôle)) vers le ((risque)), est indiqué à la figure 1.
À moins qu’il y ait une manière quelconque de vérifier si les contrôles ont une influence sur le fait que des incendies se produisent OU
sur leur gravité, cela présente peu d’intérêt réel de discuter dans les détails de quel type particulier de contrôle est applicable ou même
de son existence. Certaines dispositions administratives sont nécessaires pour vérifier si l’introduction d‘un contrôle quelconque a une
influence sur le fait que des incendies se produisent et sur leur gravité, et la condition première est le rassemblement des informations
et leur analyse.
3 Risque d‘incendie
3.1 Le problème majeur dans toute discussion sur la signification des informations fournies par les essais est leur degré d’applicabi-
lité au risque d’incendie. Le danger peut provenir d’un feu parce qu‘il existe une trop grande probabilité que ce feu puisse se déclarer,
ou parce qu’il existe une trop grande probabilité qu‘une fois commencé, ses conséquences dangereuses ne puissent être atténuées.
Les mesures destinées à réduire le premier danger constituent la prévention de l’incendie; celles qui sont destinées à réduire le second
constituent la protection contre l‘incendie et elles peuvent comprendre, entre autres, des dispositions à prendre au sujet des issues de
secours et de l‘équipement de lutte contre l‘incendie.
II peut être nécessaire de distinguer, dans la théorie, entre la probabilité qu’un incendie se déclare et la probabilité d’une conséquence
particulière une fois que l’incendie est déclaré. La première dépend surtout de I’allumabilité (en ce qui concerne les essais) et la
deuxième d’autres essais (ou d’essais d’allumabilité plus sévères). Les deux probabilités dépendent, jusqu’à un certain point, de fac-
teurs différents et peuvent par conséquent être considérées comme indépendantes du point de vue statistique. Cette indépendance a
des implications considérables en ce qui concerne les critères de conception des probabilités, mais dans la mesure où les deux proba-
bilités dépendent d’un facteur commun, par exemple de la mauvaise organisation, la distinction entre les deux prend moins d‘impor-
tance. Toutefois, il est important de reconnaître que certains essais ne traitent que des conditions de la déclaration du feu et que les
autres traitent des conséquences de la déclaration du feu. Provisoirement, nous pourrions distinguer entre ces composantes du ((ris-
que» en nous référant séparément au ((risque de déclaration)) et au ((risque encouru en conséquence)). Un troisième élément, bien sûr,
à l’incendie. Des normes plus sévères pourraient être appropriées dans les
est le degré d’exposition de la propriété ou des personnes
cas où plus de personnes seraient susceptibles d‘être présentes à un moment quelconque.
3.2 Supposons qu’un risque a été reconnu et qu‘il est décrit dans les termes correspondant à une certaine situation d‘incendie. II
peut, naturellement, être identifié à l’aide de rapports statistiques d’incidents réels, par l’étude de quelque élément déconcertant, ou il
peut être identifié a priori (il n’est besoin d’aucune recherche pour nous apprendre que de fumer à côté de réservoirs de liquides
inflammables peut être dangereux), Lorsqu’un risque est reconnu publiquement, les autorités idoines peuvent alors examiner telle
situation particulière et demander si l’élimination de ce risque exige oui ou non un changement dans la structure, ou un changement
dans les procédés employés, ou un changement de matériau. Dans le dernier cas, on peut établir un essai de routine pour comparer
à un autre remplissant les mêmes fonctions.
un matériau, ou un produit,
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3.3 Inversement, un fabricant peut fabriquer un produit qui a de nombreux usages. Celui-ci peut, par conséquent, se trouver impli-
qué dans différentes situations d'incendie dont certaines peuvent présenter un risque reconnu et d'autres pas. Les recherches com-
mencent alors à partir du matériau ou du produit et les divers risques auxquels celui-ci peut être exposé, ou bien auxquels il peut con-
tribuer, doivent être identifiés.
3.4 Dans le premier cas, lorsque l'on aborde la question par le «risque», chaque matériau ou produit est soumis à un même essai ou
à un ensemble d'essais correspondant à la situation de risque, tandis que lorsqu'on l'aborde par le ((produit)) ou par la ((conception)), il
faut différents types d'essais pour des situations différentes. On peut soutenir que certains essais ((assurance de la qualité)), sinon
tous, sont appropriés (ou sont destinés à l'être) pour l'allumage quand le matériau est le premier à être allumé à partir d'une petite
source, et si certains matériaux et produits, par exemple l'équipement électrique et les revêtements, sont exposés seulement dans cer-
taines situations de risque dans lesquelles il n'y a pas interchangeabilité avec d'autres matériaux ou produi
pour que les essais puissent être différents.
3.5 Au cas où des matériaux ou produits différents sont utilisés dans un lieu où ils peuvent être soumis à une source d'allumage
commune, il faut les essayer de la même manière, en utilisant une source d'allumage convenable.
Toutefois, pour considérer la contribution du matériau donné à un feu ayant commencé par un autre produit, nous devons examiner le
comportement du matériau dans le contexte du genre de feu dans lequel il pourrait être impliqué et il peut donc être nécessaire de
l'essayer dans une situation simulant, disons, un feu dans un couloir ou un feu dans un avion. Ces exemples impliquent nécessaire-
ment que nous pouvons avoir besoin d'essayer les matériaux et les produits dans plus d'un environnement d'incendie.
3.6 Le choix et la définition de ces environnements ne sont pas nécessairement chose facile. II est généralement admis que l'essai
de résistance au feu simule des incendies complètement déclarés. Dans la mesure où il s'agit d'une défaillance structurale, l'essai a la
sanction de la tradition mais il ne constitue peut être pas la meilleure représentation de ce genre d'incendie pour tous les risques aux-
quels, par exemple, les sapeurs-pompiers sont confrontés. En effet, les sapeurs-pompiers et les architectes peuvent bien avoir une
conception subjective différente de ce qu'est un incendie, et les essais doivent devenir objectifs afin qu'il soit possible de venir à bout
de nombre des réserves faites par l'une ou l'autre des parties intéressées.
3.7 Deux manières d'aborder le problème ont été considérées, mais il y en a une troisième. Les deux décrites devraient simuler un
certain aspect du risque d'incendie, par exemple l'allumage d'une chaise avec une cigarette, ou l'exposition d'un mur à un incendie
pleinement déclaré, ou bien un stade dans le déroulement d'un incendie. Dans une troisième approche, une connaissance suffisante
de la nature du feu et du comportement du feu ainsi que de la façon dont certains matériaux contribuent au développement du feu est
supposée, pour utiliser les informations données par les essais sur des environnements sélectionnés afin de faire des prédictions sur
d'autres. Ces prédictions peuvent être basées sur la théorie ou sur l'expérience.
3.8 Les essais qui sont actuellement étudiés et élaborés simulent clairement certains risques. L'essai d'allumabilité simule un risque
très conventionnel, même dans une forme simplifiée, et l'essai de ((propagation de flamme)) est le dernier dans le long travail d'établis-
sement de ces essais.
Bien que l'on ne mesure pas directement dans les essais des propriétés physiques et chimiques de base d'un matériau, il est désirable
de réduire autant que possible le degré de dépendance de la chose mesurée par rapport à l'appareillage même, si l'on cherche à obte-
nir des informations que l'on puisse utiliser d'une manière générale. Ainsi, le temps nécessaire pour propager une flamme SOUS un flux
la recherche peut espérer lier à des propriétés plus fondamentales.
thermique défini et reproductible est une quantité que
II s'ensuit qu'un certain compromis peut être nécessaire actuellement entre une simulation rigoureuse d'un risque particulier (ce qui
exige des essais pour chaque risque) et une idéalisation de l'exposition, afin de permettre l'interprétation et la généralisation.
3.9 Une méthode pour l'utilisation des informations provenant de ces situations simplifiées est nécessaire afin d'évaluer le risque
dans une situation plus compliquée et c'est ce problème, c'est-à-dire l'évaluation du risque à partir des informations obtenues par le
moyen des essais d'allumabilité, de propagation de flammes de débit calorifique et autres essais, qui doit maintenant être considéré.
Certains de ces arguments peuvent être étendus à d'autres essais.
4 Évaluation du risque au moyen d'essais
4.1 D'une manière générale, il faut étudier comment évaluer I'applicabilité d'un ou de divers essai(s) à une situation donnée de ris-
que. Si le risque est bien reconnu et peut être facilement simulé, par exemple l'allumage d'un matelas par une cigarette, il est raisonna-
ble de fonder l'essai directement sur le risque même, mais lorsque cela n'est pas possible ou n'est temporairement pas faisable, nous
devons trouver une facon d'établir une corrélation entre les essais et le risque. Ces incendies sont heureusement rares; environ 10 %
des incendies d'immeubles en Grande-Bretagne sont provoqués par des matériaux produisant de la fumée mais seulement 1 sur 108
cigarettes sont associées avec l'incendie, de sorte que la situation de risque doit être bien définie pour que les expérimentations puis-
sent être profitables.
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Par conséquent, l’étude expérimentale du risque soulève des problèmes différents de ceux que l’on rencontre dans l’étude expérimen-
tale du risque indirect.
4.2 D’une manière ou d’une autre, une situation donnée est supposée et des expériences sont entreprises en vue de simuler des
incendies dans cette situation (voir figure 2). Si le problème est celui du risque qu’un feu se déclare, une tentative peut être faite pour
simuler la situation d’allumage ou la défaillance de l‘équipement par un essai significatif et pour effectuer de nombreuses répétitions
il est possi-
de l’essai, dont les résultats doivent être analysés statistiquement. Si le cas plus complexe du risque indirect est examiné,
ble, à titre d’exemple, de décrire une manière de procéder dans le cas d’un feu dans une chambre (voir figure 3). On peut prendre
diverses mesures : les mesures (M) de la température, des concentrations des gaz, du temps, de l’effondrement du plafond, de l’allu-
mage des murs, etc., peuvent être prises pour une série de différents matériaux, par exemple les différents matériaux de revêtement
(Cl, etc., c’est-à-dire que différentes mesures MI, M2, M3, etc., peuvent être prises pour différentes
intérieur (L) et les différents tapis
combinaisons de L et de C, etc. II faut alors procéder à une certaine évaluation de la relation entre le risque de blessure ou de mort et
l’une ou plusieurs des différentes mesures (par exemple, fixer des seuils de danger pour la température ou la concentration des gaz ou
le temps d’inflammation). II faut reconnaître que cette démarche est, actuellement, pratiquement exclusivement qualitative parce que,
bien qu‘il soit connu que la vie ne peut être maintenue en dessous d’une certaine quantité d’oxygène ou au-dessus d’une certaine tem-
pérature des gaz, la traduction de ces seuils en un risque est une toute autre question. II est supposé, toutefois, que divers critères
peuvent être fixés pour MI, M2, etc., mais il faut envisager la possibilité de les changer à la lumière de l’expérience.
4.3 Pour chaque type de revêtement et de tapis, etc., un deuxième jeu de valeurs numériques peut être obtenu, dont certaines sont
le résultat d‘essais au feu existants ou proposés. II y a aussi les informations liées aux propriétés essentielles de chaque matériau, telles
que le potentiel calorifique, la conductivité thermique, k, la densité et la chaleur spécifique, c, ainsi qu’un nombre B de transfert de
masse, l‘indice d‘oxygène, etc. Nous avons alors besoin d‘une étude de la corrélation à plusieurs variables entre les diverses valeurs de
Met ce jeu de valeurs numériques. Une telle analyse pourrait nous apprendre quelles sont, parmi ces diverses valeurs numériques, tel-
les qui sont significatives et celles qui sont les plus significatives (la forme la plus primitive de cette activité est d’établir une corrélation
entre une mesure donnée dans un essai avec une propriété expérimentale). Par exemple, les résultats de l’essai US E162 avec l’inertie
thermique de k~c,, ou bien de l’essai de propagation du feu de la norme britannique fournissent un indice numérique, les éléments
composants de l’indice étant pondérés afin de fournir la plus simple corrélation significative avec le moment de l’embrasement. II faut
faire ce type de travail sur toute la gamme des matériaux qui sont susceptibles d‘être essayés; peu d‘essais au feu ont été comparés à
la réalité même à ce niveau primitif.
4.4 Bien que la manière de procéder indiquée ci-dessus constitue une approche pragmatique qui permet d’établir une corrélation,
une utilisation rationnelle des données fournies par les essais normalisés dans une représentation fonctionnelle demande la
compréhension des réalités physiques exprimées par les résultats de l’essai. Pour ce faire, un modèle analytique de la dynamique du
déroulement de l‘essai est nécessaire. Comme corollaire à cela, si un essai mesure quelque chose qui peut être défini quantitativement
en des termes physiques ou chimiques, il devrait être possible de prédire les résultats des essais pour certaines situations idéalisées
simples, par exemple un matériau plat homogène. Ce genre de travail est couramment effectué dans la recherche, et le succès permet
mieux de comprendre ce qui se passe réellement dans l‘essai et à quel degré les résultats dépendent de l‘appareillage.
En même temps que se poursuivait l‘évolution de l’analyse théorique des méthodes d’essai, ces dernières années ont été marquées par
des progrès rapides dans la capacité de décrire mathématiquement le transfert de l’énergie rayonnante et de convection de très gran-
des flammes turbulentes et l’influence de ce transfert d‘énergie sur le feu et la propagation du feu.
Les grandes lignes du modèle analytique étant considérées comme établies et les caractéristiques des matériaux étant déterminées à
partir des essais normalisés, une comparaison entre la théorie et un essai spécifié en vraie grandeur devrait rendre possible la vérifica-
tion de l’adéquation du modèle ainsi que l‘identification des paramètres non déterminés. Des techniques destinées à être utilisées dans
ce but ont été élaborées dans le domaine du contrôle automatique, pour l‘identification de divers processus industriels chimiques et
physiques.
Lorsque, dans une situation donnée en vraie grandeur dont la géométrie est simplifiée, la dynamique du processus a été identifiée, des
études déterministes de sensibilité peuvent être effectuées, afin d’établir l‘influence des propriétés des matériaux d’essai sur la propa-
gation du feu et sur le processus de génération des produits du feu. Finalement, en allant de la phase déterministe à la reconnaissance
de la nature stochastique de nombreuses variables d’état, des études de fiabilité peuvent être faites, en tenant compte des éléments
d’incertitude dans le processus de la combustion des propriétés des matériaux, des modèles analytiques et des conditions de l‘envi-
ronnement. Les résultats pourraient avoir la forme de courbes de densité de probabilité, fonctions de l’espace et du temps des pro-
duits de la combustion. D’une manière plus réaliste, une analyse linéaire de premier ordre, non paramétriqu
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.