Technologie de la fixation
Ancrage — Principes et conception-calcul 3.1
La rupture par extraction est un mode de rupture dans lequel la
cheville est extraite du béton sans avoir appliqué toute la force que
peut soutenir l'acier ou le béton dans lequel elle se trouve.
La rupture par arrachement est un mode de rupture dans lequel le
fût de la cheville est arraché du mécanisme d'expansion, sans avoir
appliqué toute la force que peut soutenir l'acier ou le béton dans
lequel il se trouve.
La résistance à l'éclatement latéral est la résistance des chevilles
dont la profondeur d'ancrage est supérieure, mais dont le revêtement
latéral est plus mince, qui correspond à des épaufrures sur la face
latérale, autour de la tête encastrée, bien que le dessus de la surface
du béton ne présente pas de rupture par arrachement
La rupture de l'acier est un mode de rupture qui entraîne la rupture
de certaines parties de la cheville en acier.
L'armature supplémentaire est une armature qui agit pour limiter
la surface de rupture par arrachement potentielle, mais qui n'est pas
conçue pour transmettre toute la charge de calcul des chevilles à la
pièce de charpente.
Une cheville à expansion à couple contrôlé est une cheville à
expansion postscellée dont la pose s'effectue par l'expansion d'un ou
de plusieurs manchons ou d'autres éléments contre les parois du trou
foré, ainsi que par l'application d'un couple de serrage, ce qui a pour
effet d'introduire les cônes dans les manchons d'expansion. Après
la pose, la résistance à la traction peut entraîner une expansion
supplémentaire (expansion secondaire).
Une cheville à verrouillage de forme est une cheville postscellée
qui tire sa résistance à la traction du blocage mécanique fourni par
le découpage de rainures dans le béton, que ce soit au moyen d'un
outil spécial ou de la cheville elle-même lors de l'installation.
3.1.2 Pose de chevilles dans le
béton et la maçonnerie
Les boulons d'ancrage postscellés sont utilisés pour une variété
d'applications de construction et d'ancrage, y compris les plaques
d'assise de poteau, le support de systèmes mécaniques et
électriques, la fixation des façades au bâtiment et l'ancrage de
garde-fous. Les assemblages critiques, c.-à-d. ceux qui sont liés
à la sécurité ou dont la défaillance pourrait entraîner des pertes
financières importantes, exigent des solutions d'ancrage solides
dont la résistance est éprouvée et permanente. Quant à elle, la
sélection d'un système d'ancrage approprié et son intégration dans
la conception de l'assemblage nécessitent une solide compréhension
des principes fondamentaux des chevilles. Bien qu'un aperçu global
soit fourni ici, des renvois à d'autres documents de référence sont
indiqués à la fin de la section.
3.1.3 Principes de fonctionnement
des chevilles
Les chevilles destinées au béton et à la maçonnerie résistent
aux charges de traction grâce à un ou plusieurs des
mécanismes suivants :
Frottement : Il s'agit du mécanisme de résistance aux charges
de traction le plus courant dans le cas des chevilles à expansion
postscellées, dont les chevilles KWIK Bolt TZ, HSL-3 et HDI. Ce
mécanisme — qui résulte des forces d'expansion exercées par la
cheville contre la paroi du trou foré pendant sa mise en place —
peut aussi être accompagné d'une déformation locale du béton.
Les forces de frottement sont proportionnelles aux contraintes
d'expansion générées par la cheville. Les chevilles à expansion à
couple contrôlé, notamment la KWIK Bolt TZ et la HSL-3, subissent
une expansion secondaire pour augmenter la force d'expansion
lorsqu'elles sont soumises à des charges de traction supérieures aux
charges de service (précharge) ou qu'il y a modification de l'état du
matériau support (fissuration).
Verrouillage de forme : Les chevilles à verrouillage de forme, et à
un degré moindre certains types de chevilles à expansion, résistent
à la traction exercée grâce au blocage de la cheville contre des
déformations dans les parois du trou. Les contraintes de pression
exercées sur le matériau support au point de contact des surfaces
d'appui de la cheville peuvent atteindre des niveaux relativement
élevés sans qu'un écrasement survienne en raison de la nature
triaxiale des contraintes. Les chevilles à verrouillage de forme,
comme la cheville HDA Hilti, présentent une tolérance supérieure aux
variations de l'état du matériau support et représentent la solution la
plus efficace pour la plupart des besoins d'ancrage.
Liaison (adhésion) : Les chevilles adhésives font appel au
mécanisme de fixation qui existe entre l'adhésif et la cheville, et
entre l'adhésif et le béton pour transmettre la charge exercée de la
cheville au béton. La qualité de la liaison dépend de l'état de la paroi
du trou au moment de la mise en place de la cheville. Les systèmes
d'ancrage à injecter, comme le système HIT-HY 200 de Hilti, offrent
une polyvalence inégalée et une adhérence supérieure pour une
grande variété d'applications d'ancrage.
Les systèmes hybrides, comme la tige filetée HIT-Z de Hilti,
associent la fonctionnalité des chevilles adhésives au principe
de fonctionnement des chevilles à expansion à couple contrôlé
afin d'assurer une fiabilité supérieure dans des conditions de
chantier difficiles.
Résistance au cisaillement : La plupart des chevilles résistent aux
contraintes de cisaillement par l'intermédiaire du point d'appui de
la cheville contre la paroi du trou près de la surface du matériau
support. Les charges de cisaillement peuvent causer l'éclatement
de la surface, ce qui a pour effet d'entraîner des contraintes de
flexion importantes et des charges de traction secondaires dans
l'élément d'ancrage.
3.1.4 Tenue des chevilles
sous charge
Soumises à des charges de rupture en traction, les chevilles peuvent
être associées à un ou à plusieurs des modes de rupture. En voici
des exemples :
• résistance de l'acier en traction
• rupture par extraction ou arrachement de la cheville
• rupture de liaison adhésive
• rupture par arrachement du béton
• rupture par fendage du béton
• rupture par éclatement latéral
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