Les matériaux de construction peuvent être massifs (pleins), poreux, très durs, très friables, altérés par le temps ou neufs, c’est-à-dire qu’ils présentent une grande variété de densités apparentes et de résistances. La nature et la texture du matériau support déterminent par conséquent la sélection du système de chevilles et son comportement en charge. On distingue essentiellement les types de matériaux béton, maçonnerie et matériaux légers (fig. 3.1). La maçonnerie à son tour peut être réalisée en parpaings pleins ou creux.
A. SUPPORT D’ANCRAGE : BÉTON
Le béton est classifié dans les normes en fonction de sa valeur de résistance à la compression. Plus il durcit longtemps et plus sa résistance à la compression augmente. En général, le processus de prise est quasiment terminé au bout de 28 jours. La prise résiduelle (au-delà de ces 28 jours) n’est pas prise en compte dans le dimensionnement des ouvrages de béton. Aussi, on mesure actuellement la résistance à la compression sur des cubes d’une longueur de côté de 150 mm ou d’éprouvettes cylindriques d’un diamètre de 150 mm et d’une hauteur de 300 mm à un âge du béton de 28 jours. Le tableau 3.2 récapitule les différentes classes de résistance. Il apparaît que la résistance à la compression est fonction du choix de l’éprouvette : en effet, l’éprouvette cylindrique présente une résistance inférieure à celle du cube. En fonction des chantiers, des éprouvettes d’une géométrie différente de celles citées ici peuvent être utilisées. Il existe des coefficients de conversion pour comparer les valeurs de résistance des éprouvettes ci-après à celles d’éprouvettes normalisées.
1) Pour le béton de l’une des classes de résistance C90/105 et C100/115, des justifi catifs supplémentaires sont requis en fonction de la destination de l’ouvrage.
Les Agréments Techniques indiquent les valeurs de charges à obtenir par le béton à un âge minimum de 28 jours.
Les Agréments Techniques pour l’utilisation de chevilles chimiques et de chevilles plastiques sur du béton s’appliquent généralement à la plage de résistance de C12/15 à C50/60, tandis que les Agréments Techniques des chevilles métalliques à expansion et par verrouillage de formes s’appliquent à la plage comprise entre C20/25 et C50/60. En revanche, comme les matériels de fixation sollicitent la résistance à la traction théorique du béton et que cette dernière met plus de temps à s’établir que la résistance à la compression du béton, il convient de ne poser des chevilles que sur du béton ayant au minimum 28 jours, même si la résistance à la compression exigée par l’Agrément Technique est déjà atteinte.
Les matériels de fixation utilisent la résistance à la traction du béton pour la transmission des charges. Or la résistance à la traction du béton est relativement faible, avec seulement 10% de la valeur de la résistance à la compression. Aussi, le béton normal (non armé) n’est généralement pas employé dans les ouvrages de béton primaire. En effet, les structures sont généralement constituées de béton armé. Le principe de base est illustré par la figure 3.3 par une poutre reposant sur deux appuis à chacune de ses extrémités. Dans la poutre en charge, il se forme une zone de compression et une zone de traction. En l’absence d’armatures (ferraillage), la poutre se briserait dès que la valeur de la résistance à la traction est dépassée. Dans une poutre en béton armé et une fois le béton fissuré, l’armature reprend la charge de traction. En surcharge admissible, la largeur des fissures admissibles pour un élément en béton armé dimensionné selon EN 1992-1-1 peut aller jusqu’à env. 0,3 mm. Pour simplifier, on peut donc supposer qu’à l’implantation des fers d’armature, il existe des zones de traction, et par conséquent, des zones de béton fissuré.
Toutefois, les fissures n’apparaissent pas seulement par suite de contraintes exercées sur les éléments de béton. Elles peuvent par ex. apparaître à la surface du béton par suite d’un séchage trop rapide, de dilatation thermique par refroidissement et réchauffement (ensoleillement), de tassements de l’ouvrage, etc. Dans la mesure où les fissures influencent sensiblement le comportement en charge des éléments de fixation, il faut en général tabler sur un support béton fissuré.
Béton fissuré / non fissuré
Lors du choix d’une cheville, il est important de connaître la nature du matériau support. Quand il s’agit de béton, il est nécessaire de connaître en plus son état de fissuration. En effet, toutes les chevilles ne sont pas qualifiées pour béton fissuré. Le tableau ci-après propose quelques précisions sur la localisation des zones de béton non fissuré pour quelques configurations, dans des conditions géométriques et de chargement décrites.
IMPORTANT : Il appartient au concepteur de vérifier l’état de fissuration de son ouvrage selon les codes de calcul en vigueur ou de considérer que le béton est fissuré.
Nota : Le tableau ci-après est extrait du projet de rapport technique CEN/TC250/SC2/WG2 « Effect of cracking ».
Classification des ouvrages en fonction de leur probabilité de fissuration
Le tableau ci-dessous propose une méthode conventionnelle pour la définition des ouvrages ou parties d’ouvrages servant de support à l’ancrage pour lesquels on considère que le béton est, soit non fissuré, soit fissuré.
| Ouvrages ou parties d'ouvrage support d'ancrage | Non fissuré | Fissuré |
|---|---|---|
| Élément fléchi (dalle, longrine, poutre, panne) : - en béton armé - en béton précontraint* | x | x |
| Mur extérieur de bâtiment : - non armé (selon BAEL) ou avec armature de peau - en béton armé* | x | x |
| Mur intérieur du bâtiment | x | |
| Poteau de rive ou d’angle Poteau intérieur | x | x |
| Dallage radier | x | |
| Zones de clavetage d’une construction réalisée à base d’éléments préfabriqués | x | |
| Extrémité d’éléments fléchis (ex. nez de balcon en porte-à-faux) | x | x |
| Cuvelage | x |
Note : sur prescription du bureau d’étude, le classement peut être modifi é (cas par exemple de poteau intérieur participant au contrevenant des bâtiments).
B. MAÇONNERIE
Par maçonnerie, on entend tous les éléments réalisés en pierre naturelle ou artificielle dont les blocs sont assemblés par couches successives décalées (appareil de maçonnerie). Les joints peuvent être remplis au mortier. La pose au mortier garantit une utilisation optimale de la résistance à la compression des blocs. Le mortier compense les inégalités des blocs et assure ainsi une transmission des efforts de compression sur toute la surface d’appui. Dans la maçonnerie en pierres artificielles, les joints au mortier présentent généralement une épaisseur d’env. 10 à 12 mm. Les pierres à surfaces planes et parallèles ne nécessitent pas de couche d’égalisation pour la transmission des charges et peuvent être
collées. Les joints horizontaux s’appellent des joints d’assise, tandis que les joints verticaux s’appellent des joints montants (figure 3.4). Les joints d’assise sont généralement jointoyés au mortier. En revanche, les joints montants sont souvent juste positionnés bout à bout, et non jointoyés. Aussi, il n’y a pas lieu de fixer des chevilles dans les joints montants ; pour les joints horizontaux ou d’assise, il faut tenir compte des limitations des avis d’homologation.
Par ailleurs, il faut savoir que le crépi (fig. 3.5) et les couches d’isolation ne constituent pas des couches résistantes pour les chevilles. Il convient donc de tenir compte de l’épaisseur de la couche non résistante pour la détermination de la longueur utile.
Mur maçonné avec crépi intérieur et extérieur
Pierres naturelles
La structure et la résistance des pierres naturelles varient beaucoup. Aussi, il n’existe aucune homologation pour l’utilisation de chevilles dans des murs en pierres naturelles. S’il faut néanmoins fixer des éléments rapportés à un ouvrage maçonné en pierres naturelles, le comportement en charge et la charge admissible des éléments de fixation doivent être déterminés par un expert, à l’aide d’essais d’arrachement sur l’ouvrage.
Pierres artificielles
Les pierres artificielles sont en partie réglementées par les normes EN quant à la résistance, aux dimensions, à la géométrie des trous et des âmes. En utilisant un mortier également défini par une norme EN, on obtient un corps de maçonnerie défini. Celui-ci constitue un support défini pour la cheville. Pour de tels supports en blocs EN, les éléments de fixation peuvent bénéficier d’homologations techniques. Par ailleurs, il existe des pierres/blocs d’une grande variété de formes qui possèdent également une homologation. Pour les fixations à réaliser dans ces parpaings/blocs, les homologations des chevilles ne précisent pas la charge.
La densité brute des parpaings se situe env. entre 0,4 kg/dm3 et 2,0 kg/dm3. En général, seuls les parpaings d’une densité apparente élevée présentent une résistance à la compression élevée. En revanche, une bonne isolation thermique pour un faible poids (facilité de pose) requiert une faible densité apparente. En revanche, ces parpaings présentent une capacité d’accumulation de chaleur moindre et des propriétés d’isolation acoustique plus faibles.
La figure 3.6 récapitule les types de parpaings disponibles sur le marché. On les distingue par leur mode de fabrication et leur configuration (parpaings pleins ou perforés). Les briques, formées d’argile, sont cuites à une température comprise entre env. 800 °C et 1000 °C. La cuisson peut influencer les caractéristiques des parpaings.
Les parpaings silico-calcaires sont liés par un liant hydraulique. Les parpaings sont constitués d’un mélange de liant (chaux ou ciment), d’eau et de granulats divers (par exemple du sable) puis moulés et auto clavés (durcis à la vapeur).
Types de blocs/parpaings selon EN*
| EN 771-1 : Briques | EN 771-2 : Parpaings silicocalcaires | EN 771-3 : Blocs de parement en béton normal | EN 771-4 : Blocs en béton poreux | Blocs bénéficiant d’une homologation technique |
|---|---|---|---|---|
| Argile, eau | Calcaire, sable, eau | Ciment, granulats, eau | Ciment, calcaire, sable, eau | Argile, eau |
| Briques pleines (Mz) Briques perforées (Hlz) | Parpaings pleins (KSV) Parpaings perforés (KSL) | Parpaings pleins (Vn) Blocs creux (Hbn) | Parpaings plats (PP) Blocs (PB) | Brique perforée |
Maçonnerie pleine
Par maçonneries pleines, on entend des maçonneries dont la section est diminuée d’au maximum 15 %, p. ex. par un orifice de manutention, pour les briques ou les parpaings silico-calcaires, ou de 10% pour les parpaings en béton. Il peut s’agir de briques pleines cuites (Mz) selon EN 771-1, de briques réfractaires pleines (KMz) ou à liant hydraulique comme par ex. de parpaings silico-calcaires pleins (KSV) selon EN 771-2 ou de parpaings pleins selon EN 771-3. Par ailleurs, il existe des parpaings plats en béton cellulaire (PP) et des blocs (PB) selon EN 771-4. Les parpaings constituent un mélange de ciment, de calcaire, de granulats très fin et avec adjonction d’eau comme gaz propulseur puis auto clavés. Les parpaings pleins permettent de construire des corps de maçonnerie extrêmement résistants et d’une très bonne isolation acoustique.
Les corps de maçonnerie en parpaings pleins de béton poreux permettent essentiellement d’obtenir une excellente isolation thermique, pour une densité apparente et une résistance plus faible.
Maçonnerie creuse
Par maçonnerie creuse, on entend des parpaings dont la section est réduite de plus de 15 % (briques et parpaings silicocalcaires) ou de 10 % pour les parpaings béton contenants des ouvertures. Ces ouvertures peuvent présenter toutes sortes de formes et se répartir de manière quelconque sur la surface du parpaing.
Parmi les parpaings perforés, on trouve des briques perforées (HLz, fig. 3.7a), des briques perforées légères (LHLz), des briques réfractaires légères (KHLz), des briques perforées à trous oblongs (LLz) selon EN 771-1. Parmi les parpaings à liant hydraulique, on trouve notamment en France le bloc de béton creux B40 (fig. 3.7b). A cela s’ajoutent de nombreuses variantes optimisées essentiellement sur le plan de l’isolation thermique et possédant des homologations.
Maçonnerie creuse
