Tout savoir pour fixer sur béton et maçonneries

Le matériau support

Les différents matériaux : creux ou pleins

Le choix du système de fixation est déterminé par la nature et la structure du matériau qui sera le support d'ancrage.

Béton fissuré ou béton non fissuré ?

Le béton a pour caractéristique une bonne résistance à la compression, par contre sa résistance à la traction est faible. Dès que des constructions en béton armé sont soumises à une charge, des fissures sont prévisibles dans la zone de tension. Pour ce cas, il convient d’utiliser des chevilles testées pour le béton fissuré.

La pièce à fixer

Les éléments influençant la résistance

• Charge de service pleine dalle : la cheville est implantée au milieu de la dalle, toute la surface autour de la fixation peut travailler.
• Distance au bord de dalle : la cheville est implantée près des bords de dalles, il manque une zone de béton pour supporter la charge maximum.
• Distance caractéristique : les chevilles sont implantées avec un entraxe suffisant. Les deux cônes de contrainte ne sollicitent pas la même surface de béton, ce qui signifie que la charge de service pleine dalle peut être exercée.
• Entraxe cheville : les chevilles sont implantées l’une près de l’autre, les deux cônes de contrainte sollicitent la même surface de béton, ce qui signifie que la charge de service de chaque cheville est réduite.
• Distance minimum : les distances S_cr et C_cr ne peuvent être appliquées. Les chevilles sont implantées avec des valeurs limites appelées S_min et C_min.

Les résistances de service

Les résistances de service R_ds,N et R_{ds, V} (aussi appelée résistances recommandées N_rec et V_rec) sont égales aux valeurs design sur lesquelles sont appliquées le coefficient partiel d’actions γ_f=1.4.

Le schéma suivant explique la différence entre les valeurs données pour les connecteurs et les valeurs données pour les ancrages.

La charge

Les forces qui affectent une fixation

La direction de l’effort est définie par l’angle formé par l’axe de la cheville et la direction de l’effort appliqué.

N : Charge de traction a_N est compris entre 0° et 30°.
F : Charge oblique a_F est compris entre 30° et 60°.
V : Charge de cisaillement a_V est compris entre 60° et 90°.

Précisions sur les charges de service

• Charges de service : Les charges publiées sont calculées à partir des valeurs caractéristiques données dans les ETA, sur lesquelles des coefficients partiels de sécurité issus de l’ETAG001 et ainsi qu’un coefficient partiel d’actions γf = 1,4 sont appliqués,
• Charges de service en traction : Les charges de services en traction sont calculées pour du béton non armé et du béton armé standard, dont les fers sont espacés de S<15 cm ou de S<10 cm si leur diamètre est inférieur ou égal à 10 mm,
• Charges de service en cisaillement : Les charges de service en cisaillement sont indiquées pour un ancrage seul en pleine dalle : pour les charges de cisaillement appliquées près du bord de dalle; pour les charges de cisaillement appliquées près du bord (C<10 hef ou 60d). La rupture en bord de dalle doit être vérifiée conformément à l’ETAG 001, annexe C méthode A.

Les modes de rupture d'une cheville

En traction

• Rupture acier : rupture de la cheville, due à une mise sous charge trop importante.
• Rupture par arrachement : extraction de la cheville par glissement, due à un diamètre trop important ou à une mauvaise qualité de béton.
• Rupture par fissuration du béton : rupture du béton, due à une épaisseur de dalle insuffisante ou à une profondeur d’ancrage trop importante.
• Rupture par cône du béton : rupture du cône de béton, due à la résistance propre du béton ou à une profondeur d’ancrage insuffisante.

En cisaillement

• Rupture acier : rupture de la cheville, due à une mise sous charge trop importante.
• Rupture du béton en bord de dalle : rupture du béton, due à un espace insuffisant entre le bord de dalle et la cheville.
• Rupture du béton par effet de levier : rupture du cône de béton, due à la résistance propre du béton ou à une profondeur d’ancrage insuffisante.

Les contraintes externes

La réglementation Européenne

Afin de faire du marché commun européen une réalité pour tous les produits de la construction, une règlementation a vu le jour, la “règlementation UE 305/2011”. Celle-ci contient 7 exigences :

1. Résistance mécanique et stabilité
2. Protection contre l’incendie
3. Hygiène, santé et protection environnementale
4. Sécurité d’utilisation et accessibilité
5. Protection phonique
6. Économies d’énergie et protection thermique
7. Utilisation durable des ressources naturelles

Le béton et ses options

Les options vont dépendre de la zone de béton où va être placé l’ancrage :

• Plus le chiffre de l’option est petit, plus l’ancrage pourra être utilisé dans des conditions d’emploi contraignantes et plus il est performant.

• L’option choisie par le fabricant est fondamentale, elle détermine d’une part le programme d’essai et la méthode de calcul, et d’autre part le domaine d’emploi de la cheville.

Le climat et l’esthétisme

Nos gammes d’ancrages bénéficient de différents types de finition :

• en fonction des contraintes climatiques (inox, électrozingué,...).
• en fonction des contraintes esthétiques.

La protection anti-corrosion

La corrosion des métaux témoigne de leur tendance à revenir à leur état originel de minerais sous l’action des agents atmosphériques.
La protection contre la corrosion est donc un des éléments à prendre en compte pour choisir la bonne fixation en fonction  des agressions climatiques qu’elle subira.

Les aléas sismiques

La France dispose d’un nouveau zonage sismique divisant le territoire national en cinq zones de sismicité croissante en fonction de la probabilité d’occurrence des séismes :

• une zone de sismicité 1 où il n’y a pas de prescription parasismique particulière pour les bâtiments à risque normal (l’aléa sismique associé à cette zone est qualifié de très faible),
• quatre zones de sismicité 2 à 5, où les règles de construction parasismique sont applicables aux nouveaux bâtiments, et aux bâtiments anciens dans des conditions particulières.

Simpson Strong-Tie a testé et préconise certains ancrages dans le cas d'utilisation en zone sismique :
Set-XP (scellement chimique).

Pour plus d’informations : http://www.developpement-durable.gouv.fr

Le choix de la cheville

Les types de chevilles

Charges lourdes : elles concernent essentiellement les chevilles métalliques et chimiques pour des valeurs de service supérieures à 1000 daN, 1000 kg ou 10kN.

Charges moyennes : elles concernent essentiellement les chevilles métalliques et chimiques pour des valeurs de service inférieures ou égales à 1000 daN, 1000 kg ou 10kN.

Charges légères : elles concernent essentiellement les chevilles plastiques ou nylon pour des valeurs de service inférieures ou égales à 200 daN ou 200 kg.

Les types de tenue d’une cheville

L’ancrage mécanique lors de son expansion ou de sa mise en charge, exerce un effort sur une zone de béton appelée “cône de contrainte”. Une première compression apparaît au serrage et une deuxième lors de la mise en charge.

• Chevilles à expansion par vissage à couple contrôlé : l’expansion est réalisée par l’application d’un couple de serrage sur la vis ou l’écrou. L’intensité d’ancrage est contrôlée au moyen de ce couple de serrage. Ex : goujons WA, BOAX et BOAX-II.
• Chevilles à verrouillage de forme : les chevilles à verrouillage de forme sont ancrées, pour l’essentiel, par un clavage mécanique assuré par le découpage d’une chambre dans le béton. Cette chambre est réalisée soit à l’aide d’un forêt spécial après forage du trou cylindrique et avant la mise en place de la cheville ou à l’aide de la cheville elle-même pendant sa mise en place dans le trou cylindrique. Ex : cheville CA.

L’ancrage chimique ne nécessite pas d’expansion pour se fixer, le cône de contrainte apparaît donc uniquement lors de la mise en charge.

• Chevilles à scellement : les chevilles à scellement sont ancrées dans le support par collage des éléments métalliques sur la paroie du trou. Ce collage est réalisé par l’intermédiaire d’une résine. Les efforts de traction sont transmis par l’intermédiaire des contraintes d’adhérence entre les éléments métalliques et la résine présente dans le trou foré. Ex : résines AT HP, POLY GP, POLY GPG, SET XP et KLP.

Les spécificités de l'ancrage chimique

Système bi-composant

Le scellement chimique se présente sous la forme d’une cartouche à deux compartiments : la résine, le durcisseur. Le ratio de mélange est de 10 parts de résine pour une part de durcisseur (POLY-GPG™, AT-HP™), ou une part de résine pour une part de durcisseur (SET-XP™).

Le produit est mélangé à travers une buse mélangeuse que l’on fixe à l’extrémité de la cartouche. Le mélange des deux composants provoque une réaction chimique rapide dans le cas du POLY-GPG™ et de l’AT-HP™, plus lente dans le cas du SET-XP™ (élévation de la température importante). Ce mélange entraîne un durcissement plus ou moins rapide (7 min à 20°C environ pour l’AT-HP™). On réalise ainsi un ancrage par collage de la tige ou du fer à béton sur le matériau support dans lequel elle/il est implanté.

Avantages techniques du scellement chimique

Le scellement chimique ne crée pas de contrainte de compression dans le matériau support. De ce fait, il n’y a pas de contrainte dans le matériau support, une possibilité d’entraxes faibles entre chevilles, et des fixations possibles près des bords de dalle.

La performance technique n’est pas le seul argument qui fait la qualité d’un scellement chimique.

• Son odeur POLY-GPG™ et AT-HP™ ont une faible odeur.
• Sa couleur ton pierre pour meulière avec le POLY-GPG™, ton gris pour béton avec AT-HP™.
• Sa facilité d’extrusion confort de l’applicateur, productivité : POLY-GPG™ et AT-HP™.
• Son temps de prise POLY-GPG™ et AT-HP™ sont très rapides(- de 30 min à 20°).
• Ses agréments AT-HP™ présente trois ATE pour fixation et reprise de fers à béton.
• Sa propreté AT-HP™ est non inflammable.
• Son comportement en environnement particulier SETXP™ est stable dans toutes conditions : chaleur extrême, humidité...

Exemples d'applications

Le scellement chimique est une solution très polyvalente puisqu’une même résine peut fixer dans du creux ou dans du plein, des charges légères ou lourdes :

• ANCRAGE (POLY-GPG™, AT-HP™, SETXP™) : Il s’agit de sceller des tiges filetées dans un matériau support pour mettre en oeuvre la fixation d’un élément.
• REPRISE DE FERSA BETON (AT-HP™) :Il s’agit de sceller des fers à béton pour créer une continuité dans un ouvrage en béton armé.

Pour choisir le bon scellement et s'assurer d'une bonne mise en oeuvre, quatre paramètres sont à évaluer

Afin de faire la comparaison entre les ancrages et les connecteurs, il faut donc se mettre au niveau des valeurs design. Pour cela, il faut multiplier les valeurs de services par 1.4 pour les ancrages pour obtenir des valeurs design. Pour les connecteurs il faut multiplier par k_mod et diviser γ_Mpour obtenir une valeur design.

Note :

1. La comparaison ne peut pas se faire au niveau des valeurs caractéristiques car les ancrages ont des valeurs caractéristiques ainsi que des coefficients k_i et  γ_Mi différents pour chaque mode de rupture.
2. Les valeurs de service fournis sur le site web et dans les catalogues sont des valeurs déterminées pour une cheville en pleine dalle sans effet de bords ou autre. Si vous êtes dans un autre cas (par exemple : plusieurs chevilles, bords de dalle…) il convient de refaire le calcul de la valeur design et de service. Pour cela, le logiciel Anchor Designer est disponible en libre téléchargement sur le site internet : www.strongtie.eu.
3. Les coefficients k_mod et γ_Msont à déterminer conformément à l’Eurocode 5 (EN1995-1-1).