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LES ANCRAGESPOUR BÉTONS ETMAÇONNERIESLe présent article passe en revue les différents dispositifsd’ancrage utilisables dans le béton et la maçonnerie. Il vade soi que le calcul de ces éléments de fixation est impéra-tif lorsque la sécurité est en jeu : applications structurelles (fixation d’élémentsporteurs, de couvertures, etc.), dispositifs de protection contre les chutes (gar-de-corps, pylônes, poteaux d’éclairage, etc.). Si, en revanche, aucun problème desécurité ne se pose, c’est essentiellement l’expérience de l’exécutant qui sera déter-minante, ce qui n’empêche nullement de tenir compte des charges prévisibles, despropriétés du support et des informations délivrées par le fabricant des ancrages.

1ère PARTIE : DESCRIPTIONDES SYSTEMESSteven Schaerlaekens, ir., chercheur àla division Structures du CSTCPiet Vitse, ir.-arch., conseiller à la direc-tion Développement & Innovation, CSTC

Le problème de la liaisondes éléments d’un ouvrageentre eux ou à l’ouvrageproprement dit remonte

aussi loin que l’acte de construire lui-même.Certaines constructions historiques surprennentsouvent par la façon ingénieuse dont a été trai-tée la distribution des efforts entre les éléments.De nos jours, on a recours à des systèmes defixation qui servent non seulement à transmet-tre les charges concentrées dans le béton ou lamaçonnerie et à relier des éléments préfabri-qués, mais aussi, de plus en plus souvent, àréparer et à renforcer des structures existantes.

Outre ces applications, où l’ancrage fait partieintégrante de la structure portante, de nombreuxprocédés sont destinés à liaisonner des menui-series, des matériaux d’isolation et d’étanchéitéou des équipements techniques tels qu’instal-lations électriques, sanitaires, éléments dechauffage central ou de conditionnement d’air.

Désireux de répondre aux besoins de l’indus-trie de la construction en méthodes de fixationflexibles et rapides, les fabricants d’ancragesont mis sur le marché une extraordinaire va-riété de produits allant du boulon expansiblepour charges lourdes à la cheville synthétique,en passant par le support d’installation, le raild’ancrage noyé ou encore la cheville à capsulechimique. Face à une telle pléthore, le profanea évidemment l’embarras du choix, d’autantplus que les possibilités d’application sontquasiment illimitées. Le présent article, publiéen deux livraisons, ne peut donc prétendre le-ver qu’un petit coin du voile.

1 UNE INFINIEVARIETE DEPRODUITS

d’ancrages, en restant le plus fidèles possible àla classification adoptée dans le cadre de lanormalisation européenne. D’autres subdivi-sions sont évidemment envisageables. Nousdistinguons, dans un premier stade, les systè-mes d’ancrage enrobés dans le béton lors deson coulage, de ceux mis en œuvre ultérieure-ment (dans le béton ou la maçonnerie). Ce sontessentiellement ces derniers, de loin les plusutilisés, que nous examinerons dans le détail.

On peut également envisager une classifica-tion basée sur le principe de fonctionnementde l’ancrage, c’est-à-dire sur son mode d’arri-mage dans le support. On distingue générale-ment trois mécanismes :❒ le frottement : l’expansion des zones d’éva-

sement de la douille ou de la cheville contreles parois du forage crée une résistance parfrottement qui s’oppose à l’arrachement dela fixation (figure 1, p. 14)

❒ le verrouillage mécanique ou résistancemécanique : lors de l’enfoncement, la géo-métrie de l’ancrage épouse parfaitement laforme du support. La fixation doit sa résis-tance au transfert des efforts induit par laforme spécifique de l’ancrage et de la ca-vité créée dans le matériau environnant (fi-gure 3, p. 14)

❒ le collage ou scellement chimique : la résis-tance des ancrages chimiques résulte duscellement du mortier ou de la résine syn-thétique aux parois du cylindre de forage(figure 2, p. 14).

2 TYPESD’ANCRAGES

Nous avons classé,au tableau 1 (p. 14),les divers types

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Tableau 1 Classification des ancrages pour bétons et maçonneries.

ANCRAGESINCORPORÉS

LORS DU COULAGE(§ 2.1)

Chevilles métalli-ques pour béton,telles que :– douilles filetées– manchons– boucles filetées– douilles à extré-

mité boulonnée– abouts filetés– rails d’an-

crage, ...

ANCRAGES RAPPORTÉS (§ 2.2)

CHEVILLES MÉTALLIQUES POUR BÉTON(§ 2.2.1)

Chevilles pour charges lourdes (*) (**) :– chevilles expansibles à moment ou à

déplacement contrôlé (boulons expansi-bles) (§§ 2.2.1.1 & 2.2.1.2)

– chevilles à verrouillage de forme (§ 2.2.1.3)– chevilles chimiques (§ 2.2.1.4)

Fixations pour faux plafonds et autres élémentslégers (**) (§ 2.2.1.5)

Fixations par pistolet de scellement (§ 2.2.1.6)

Vis à béton (§ 2.2.1.7)

CHEVILLES EN PLASTIQUEPOUR BÉTON ET

MAÇONNERIE (**) (§ 2.2.2)

Chevilles en plastique :– pour béton ordinaire (§ 2.2.2.1)– pour matériaux de maçonne-

rie pleins (§ 2.2.2.2)

Chevilles en plastique pour bri-ques creuses ou perforées et blocsde béton creux (§ 2.2.2.3)

Chevilles en plastique pourbéton léger (§ 2.2.2.4)

Chevilles en plastique pourbéton cellulaire (§ 2.2.2.5)

AUTRESFIXATIONS(§ 2.2.4)

–

CHEVILLES MÉTALLIQUES POURMAÇONNERIE(**) (§ 2.2.3)

Chevilles à injection :– pour matériaux de maçon-

nerie creux ou perforés(§ 2.2.3.1)

– pour matériaux de maçon-nerie pleins (§ 2.2.3.2)

(*) Ces ancrages sont destinés à des applications structurelles et doivent faire l’objet de calculs; la méthode de calcul sera explicitée dans la seconde livraison de l’article.(**) Certains de ces ancrages font l’objet d’une recommandation européenne (EOTA Guideline) concernant les essais de résistance et la détermination de la résistance.

AA

AAAAAAAA

AAAA

AA

AAAAAAAAAA

A

AA

Fig. 3 Ancrage à verrouillagemécanique.

AAAAAAAAAAAA AA

AA

Fig. 2 Ancrage àscellement chimique.

Fig. 1 Ancrage à frottement.

Afin d’améliorer la résistance et la sécurité,bon nombre d’ancrages combinent deux oumême trois des mécanismes mentionnés ci-avant, voire d’autres mécanismes encore. Trèscouramment utilisées, les fixations par pistoletde scellement cumulent ainsi effet de frotte-ment et liaison, qui résulte en fait d’une sortede fusion avec le matériau support, engendréepar l’accroissement de la température lors dela pénétration de l’élément de fixation (cf.§ 2.2.1.6, p. 19).

2.1 ANCRAGES ENROBÉS LORSDU COULAGE

Parmi les plus courants, citons (figure 4) : lesboucles (a), les douilles à extrémité défor-mée (b), à patte d’ancrage (c) ou à aboutboulonné (d). Ces chevilles sont taraudées etconviennent généralement pour réaliser le rac-cordement primaire des structures préfabri-quées ainsi que pour le transport et la manu-tention d’éléments préfabriqués. Elles sont leplus souvent incorporées au béton de telle fa-çon qu’elles affleurent à la surface de ce der-nier. Il existe également des ergots ou des bou-lons pourvus d’éléments assurant l’arrimageau béton : écrous (e), abouts en L ou en J (f),tête soudée (g).

Les ancrages à gaine (h) sont fréquemmentutilisés dans le but de fixer des revêtements defaçades ou des maçonneries de parement, parexemple au droit de linteaux. Certains sontéquipés d’armatures d’attente pour la mise enplace d’escaliers ou de parois en béton.

Les ancrages peuvent aussi être conçus sansabouts supplémentaires, par exemple lorsqu’onincorpore dans le béton, lors du coulage, desbarres d’armature droites sans inflexion ni pla-que d’ancrage.

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(a) Boucle (b) Douille tarau-dée à extrémité

déformée

(c) Douille taraudéeà patte d’ancrage

(d) Douilletaraudée à

boulon

(h) Ancrage àgaine

Fig. 4 Exemples d’ancrages incorporés lors du coulage du béton.

générées par de tels éléments, on a le plus sou-vent recours :� aux chevilles expansibles à moment ou à

déplacement contrôlé, aussi appelées bou-lons expansibles

� aux chevilles à verrouillage de forme� aux chevilles chimiques.

Lorsqu’il s’agit d’un support en béton, desancrages plus légers suffisent bien souvent,notamment dans les applications suivantes :� installations sanitaires, électriques, de chauf-

fage central et de conditionnement d’air� faux plafonds� charpentes (fixation d’encadrements en bois

dans le béton pour les constructions à ossa-ture en bois, par exemple)

� fixation de revêtements (principalement depanneaux profilés en métal).

On utilise, dans ces cas, des chevilles expansi-bles de petit diamètre, des fixations par pisto-let de scellement ou des vis à béton.

2.2.1.1 Chevilles expansibles à momentcontrôlé

Ces chevilles sont introduites dans un cylindrede forage avant la mise en place de l’élément àfixer ou simultanément à celle-ci. Leur fonction-nement et leur résistance (notamment aux ef-forts d’arrachement axiaux) découlent du frotte-ment induit par leur expansion contre les paroisdu forage. Selon le mode d’expansion, on distin-gue les chevilles expansibles à moment contrôléet à déplacement contrôlé (§ 2.2.1.2, p. 16).

En ce qui concerne les premières, le mouve-ment de torsion produit lors du serrage com-prime un ou plusieurs cônes sur des élémentsexpansibles, qui viennent s’écraser contre lesparois du forage, assurant ainsi le clavetage dela fixation. Les éléments expansibles sont pour-vus d’ergots qui empêchent toute rotation lorsdu serrage. On fait en outre une distinctionentre (figure 5, p. 16) :� les chevilles à une (a) ou deux (b) cales

coniques taraudées� les chevilles à tige filetée dont la base éva-

sée assure le calage (c)� les chevilles à tige filetée assurant le ca-

lage (d)� les chevilles mixtes (e).

Les efforts de traction qui agissent sur la che-ville en place garantissent une plus grandepénétration de la cale dans l’embout expansi-ble, accroissant de la sorte la force d’expan-

2.2 ANCRAGES RAPPORTÉS

Ces ancrages sont incorporés après le durcis-sement du béton. Ils se caractérisent par unegrande flexibilité d’emploi, ce qui explique leurutilisation de plus en plus fréquente, notam-ment pour résoudre a posteriori des difficultésimprévues telles que l’oubli d’une armatured’attente ou l’extension d’une installation.Dans les éléments fortement armés, leur em-ploi s’avère toutefois plus délicat, étant donnéle risque accru de dégâts aux armatures. Lescentaines de types de produits commercialisésdestinés à l’ancrage dans le béton durci peu-vent quasiment tous se subdiviser en trois gran-des catégories, explicitées ci-après.

2.2.1 CHEVILLES MÉTALLIQUESRAPPORTÉES DANS LE BÉTON

Appartiennent notamment à ce groupe, leschevilles pour éléments lourds tels que :� structures en acier, éléments de façade, clô-

tures, caillebotis, étais, échafaudages� construction d’ascenseurs� rails, consoles, chemins de câbles, goulot-

tes, canalisations� machines diverses� dispositifs de sécurité, escaliers de secours,

garde-corps de balcons.

Pour assurer la transmission des sollicitations

AAAAAAAAAA

(e) Ancrageà écrou

(f) Ancrageen L ou en J

(g) Ancrage à têtesoudée

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AAA

AAA

(a) Cheville à 1cale conique

(b) Cheville à 2cales coniques

(c) Cheville à tige filetéedont la base évasée

assure le calage

Cheville dont latige filetée assure

le calage

(e) Cheville mixte

Fig. 6 Chevillesexpansibles à

moment contrôlépour charges

lourdes (àgauche) et pourcharges légères

(à droite).

Fig. 5 Chevillesexpansibles à

moment contrôlé.

sion. La pression localisée au droit des élé-ments d’expansion est très élevée. L’écrase-ment local et la déformation plastique de lamatrice de béton assurent une distribution desefforts sur une surface plus étendue. Il faut dèslors éviter de placer ces chevilles à proximitédes bords ou des angles. Le dispositif est cor-rectement installé si son serrage à la clé dyna-mométrique n’entraîne aucune rotation jusqu’àobtention du moment de torsion requis.

Le serrage crée dans le boulon une précon-trainte qui s’atténue au fil du temps par relaxa-tion, après quoi le boulon peut être remis soustension (en général au bout de 24 h). Cetteseconde intervention garantit les performan-ces de l’ancrage à long terme, même en cas defissuration du béton.

2.2.1.2 Chevilles expansibles àdéplacement contrôlé

La mise en place se fait au marteau; l’expan-sion contre les parois du cylindre de forage estprovoquée par le déplacement des pièces d’an-crage les unes par rapport aux autres. On dis-tingue deux procédés : soit l’introduction de latige ou de la cale dans une douille, soit l’en-châssement de la douille autour de la tige oude la cale (voir figure 7). Dans le premier cas,la cheville se compose d’une tige taraudée etd’une douille expansible (a) ou d’un bouloncreux à l’intérieur duquel se glisse une bro-che (b). Dans le second cas, la gaine s’épa-nouit en se déplaçant sur une douille (c) ouune tige expansible (d).

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(a) Chevilleà tige taraudée

et douilleexpansible

(d) Chevilleà gaine

expansible pardéplacement sur

une tige

(b) Cheville àboulon creux ettige expansible

(c) Chevilleà gaine expansiblepar déplacementsur une douille

La résistance obtenue étant avant tout fonctionde la pénétration dans le béton, elle sera doncfortement influencée par l’espace laissé libreentre la cheville et les parois du trou de forage.Des chevilles autoforantes ont été spécialementconçues pour éviter un jeu excessif.

Les chevilles expansibles à déplacement con-trôlé étant particulièrement sensibles à la moin-dre erreur de mise en œuvre, il est essentiel derespecter scrupuleusement la longueur prescritepour les boulons ainsi que le diamètre et laprofondeur de forage.

2.2.1.3 Chevilles à verrouillage de forme

La propagation spectaculaire des chevilles àverrouillage au cours des dernières années aété favorisée par l’apparition d’outils de fo-rage de plus en plus performants. Leur prin-cipe d’action est basé essentiellement sur leverrouillage mécanique, parfois combiné à unecertaine expansion.

La figure 8 montre le schéma d’installation etde fonctionnement des principaux types dechevilles à verrouillage de forme. Un outilspécial permet de pratiquer, à la base du troude forage initialement cylindrique, un cham-brage de forme conique dans lequel s’adapteune cheville appropriée. Si le forage se faitgénéralement en deux temps au moyen d’outilsdistincts, on peut aussi faire appel à un équipe-ment plus sophistiqué pour obtenir la formesouhaitée en une seule opération.

La cheville est introduite dans une ouverturepercée à la profondeur voulue. Par percussionou par rotation, on fait ensuite glisser unedouille expansible le long d’un cône (A-C); onpeut aussi visser un cône taraudé sur une plusgrande profondeur de façon à ce qu’il viennebuter contre les éléments expansibles (B). Lamaîtrise de la profondeur du forage et de laforme de l’évasement local garantit la fiabilitéde l’ancrage.

AAAAAA

AAAAAAAA

AAAA

AAAAAAAA

A B C D

Fig. 8 Chevillesà verrouillage

de forme.

Fig. 7 Chevilles à déplacement contrôlé.

Un simple contrôle visuel suffit dans les deuxcas pour exclure quasiment toute erreur demontage. La mise en œuvre ne produit prati-quement aucune tension dans le matériau, auto-risant ainsi des distances réduites par rapportaux bords et entre axes. La mise en chargepeut en outre être immédiate.

Certaines douilles comportent des excroissan-ces qui ont pour effet d’élargir la base de l’ori-fice (D). Les deux opérations – percement etenfoncement/expansion – peuvent alors s’ef-fectuer sans devoir changer d’outillage, ce quioffre un gain de temps considérable.

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chant ainsi le durcissement de la matrice poly-mère, dans laquelle les débris de verre restentemprisonnés. Assez récemment sont apparuessur le marché des variantes à ce système, danslesquelles les ampoules ont été remplacées pardes sachets en plastique souple, moins fragilesque le verre, qui ont l’avantage de se logerplus facilement dans des orifices imparfaits.

Dans le cas des chevilles à injection, la colleest appliquée dans le trou de forage, en généralà l’aide d’un pistolet d’injection équipé de car-touches à bouchon mélangeur automatique.

Les composants disponibles en vrac sont mé-langés et déversés dans le trou de forage. Latige d’ancrage est généralement insérée dansle trou avant que le mortier ne soit injecté.

Correctement mises en œuvre, les chevilles chi-miques représentent une solution particulière-ment fiable. Etant donné qu’elles ne créent pasde contraintes dans le support (pas d’expan-sion), on les utilise souvent dans les cas où lesdistances entres axes et aux bords sont limi-tées, par exemple pour la fixation aux extrémi-tés de parois, de poutres ou de colonnes.

Elles ne peuvent être utilisées que dans la zonecomprimée du béton, les trous de forage étantsouvent le siège de fissurations qui nuisent àl’adhérence.

La qualité de la mise en œuvre est liée en gran-de partie à l’adhérence de la colle aux paroisdu percement ainsi qu’à la présence de pous-sière de forage et de fragments du support. Ilimporte dès lors de nettoyer soigneusement lespercements, de préférence d’abord avec unécouvillon, puis avec de l’air sous pression. Ilconvient en outre de respecter les délais pres-crits par le fabricant avant de mettre les che-villes en charge. Ces délais varient en fonctionde la température ambiante et nécessitent uneattention toute particulière par temps froid.

Les tiges seront placées conformément auxinstructions du fabricant, c’est-à-dire, selon letype, par rotation ou par percussion. Des outilsont été spécialement mis au point pour per-mettre à la fois un montage par rotation et parpercussion (pas avec un marteau à main).

2.2.1.5 Fixations pour faux plafonds etautres éléments légers

Ces fixations métalliques conviennent pourassurer l’ancrage d’éléments non structurels,

2.2.1.4 Chevilles chimiques

Le mécanisme de fonctionnement principal deces chevilles, appelées aussi chevilles colléesou scellées, repose sur une liaison chimique. Leterme “collé” peut toutefois prêter à confusioncar, outre les colles résineuses ou polymères (fi-gure 9 a-b-c), on peut aussi utiliser du mortierde ciment (d) ou des systèmes composés.

On distingue, selon la méthode de mise enœuvre, les chevilles à capsule, les chevilles àinjection et les chevilles introduites dans unpercement préalablement rempli de colle.

Les chevilles à capsule comportent en généralune ampoule de verre renfermant séparémentun composant polymérique non durci, un dur-cisseur (catalyseur) et d’éventuelles matièresde charge (a). L’enfoncement de la cheville(souvent un fer à béton classique, utilisé ulté-rieurement comme armature saillante, ou uneextrémité filetée) provoque le bris de l’am-poule, qui libère les composants (b), déclen-

AAAAAA

AAAAAAAAAAAAAA

AAAA

AAAA

AAAA

AAAA

(d) Au mortier deciment

(c) A liant résineux oupolymère (injection de mortierou mélange des composants

en vrac)

(a) Capsule de résine ou compo-sant polymère (avant montage)

(b) Capsule de résine ou compo-sant polymère (après montage)

marquage dela profondeurde montage

ampoulecontenantla résineet le dur-cisseur

tige filetée avec écrouécrou

rondelled’appuifixation

cheville

résine

Fig. 9 Chevilles chimiques.

boulon àécrou

mortier coulé

écrou supplé-mentaireéventuel

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ciale. Elle convient également dans les cas oùdes critères de nuisances acoustiques ou degêne due à la poussière interdisent tout forageou encore lorsque le travail doit s’effectuerdans des conditions climatiques difficiles.

Le système est simple et d’un emploi aisé. Letravail est rapide, car il ne nécessite pas d’élec-tricité; de plus, les pistolets modernes possè-dent une grande réserve de clous. La techniqueest donc particulièrement indiquée dans les ap-plications nécessitant un grand nombre depoints d’ancrage, comme pour la fixation :� des tôles métalliques profilées sur des pou-

tres en acier ou des colonnes� des faux plafonds sur des dalles en béton� des systèmes de “sprinklage” dans des pla-

fonds en béton� des cloisons dans le sol et le plafond� d’éléments de coffrage� de colliers de tuyauterie, chemins de câbles� de membranes de drainage, ...

Le support est le plus souvent en acier ou enbéton, mais il peut aussi s’agir de bois, d’alu-minium ou de pierre. La capacité d’ancragerepose sur l’action combinée du calage et de laliaison chimique (comparable à la soudure pourde l’acier et à une sorte de fusion pour le bé-ton) résultant du réchauffement intense lors del’introduction du clou.

Dans le béton, les performances de l’ancragesont déterminées par la dureté des granulats :tendres, ils n’ont aucun effet sur le mouve-ment des clous; plus durs (comme le gravierou le porphyre concassé), ils tendent à dévierl’ancrage (figure 11 a), ce qui peut nuire à lasolidité de la fixation et conduit à un écaillageimportant de la surface du béton. Afin de ré-duire le risque d’erreurs de montage et les ris-ques d’écaillage du béton, il est possible depropulser les clous dans un trou partiellementpréforé sur environ 20 mm de profondeur(figure 11 b).

fixations

supports de faux plafonds

fixations

canalisation légère

tels que faux plafonds, chemins de câbles,tuyauteries, systèmes de stockage, ... dans deséléments structurels en béton. Elles sont ana-logues aux chevilles expansibles et à certainsancrages à verrouillage de forme (pour hour-dis creux, par exemple), à cette différence prèsque, les charges étant limitées et les exigencesmoins sévères, les fixations sont également pluslégères (voir figure 6, p. 16).

On estime en outre que les charges se répartis-sent uniformément sur plusieurs fixations, desorte qu’en cas de dysfonctionnement de l’uned’entre elles, les autres prennent le relais (figu-re 10). Dans les applications évoquées ci-avant,la mise en œuvre et le fonctionnement de cha-que fixation sont beaucoup plus importantes,en ce sens qu’une déficience d’une seule d’en-tre elles peut entraîner des dommages corpo-rels et/ou des préjudices économiques graves.

Le support se compose :❒ de béton de structure (classe de résistance

C20/25 à C50/60)❒ d’éléments de plancher préfabriqués en béton❒ d’éléments en béton léger (cellulaire, ...).

2.2.1.6 Fixations par pistolet de scellement

Cette technique consiste à utiliser une chargede poudre afin de loger l’ancrage dans sa posi-tion finale, tout en repoussant le matériau sup-port. Elle est surtout appliquée lorsqu’un grandnombre de fixations identiques sont nécessai-res et que la vitesse est d’une importance cru-

Fig. 11Fixations parscellement aupistolet.

(a) Application dansdu granulat dur

(b) Propulsiondans untrou partiel-lementpréforé

Fig. 10Fixations pour

faux plafonds etéléments légers.

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Inutile de préciser que cette technique requierttoutes les mesures de sécurité nécessaires, no-tamment en ce qui concerne le type de pistolet(double sécurité, fonctionnement exclusif parcontact suffisamment rigide, ...) et la tenuevestimentaire de l’opérateur. Par ailleurs,l’usage de pistolets à vitesse de propulsion lentes’impose de plus en plus, ce qui permet d’évi-ter que les clous ne traversent de part en partun support relativement peu épais.

2.2.1.7 Vis à béton

Les vis à béton peuvent être enfoncées dans lesupport (qui peut aussi être du béton cellulaire,de la brique ou de la pierre silico-calcaire) sanscheville en plastique. Elles possèdent un filetd’une dureté très élevée qui entaille le béton etassure la résistance mécanique à l’arrachement.Elles sont également dévissables, ce qui estpratique en cas de fixations temporaires. Desessais ont démontré que, pour une vis dévisséemanuellement une seule fois, puis revissée dansle même trou, la perte de capacité d’arrache-ment se limitait à 10 %.

La profondeur de pénétration ne peut guèredépasser plus de 30 mm, étant donné l’aug-mentation rapide de la résistance au travers dubéton. Il existe des vis allant jusqu’à 180 mmde longueur totale, qui permettent la fixationd’éléments de forte épaisseur, tels que châssisde fenêtres, huisseries, lattis en bois (figure 12).

Fig. 12 Vis àbéton pour

supports épais.

2.2.2 CHEVILLES EN PLASTIQUE POURBÉTON ET MAÇONNERIE

Ces ancrages se composent en général d’unecheville (douille en plastique : polyamide PA6,polyéthylène PE ou polypropylène PP) et d’unélément expansible en métal (vis ou clou). Leterme “cheville” peut s’appliquer aussi bien àla douille qu’à l’ensemble de la fixation.

Les chevilles constituées uniquement de plas-tique sont réservées à la fixation de matériauxisolants, bien que, dans ce cas également, oninsère parfois un clou en acier dans la douille.

Hormis les supports en béton de structure or-dinaire évoqués jusqu’ici, on pratique fréquem-ment des ancrages dans du béton léger et moins

résistant, ou dans des maçonneries de compo-sition très variée. Le choix du système d’an-crage se fait le plus souvent en fonction dusupport, comme le préconisent d’ailleurs lesdirectives de l’EOTA (cf. tableau 1, p. 14). Parmatériaux de maçonnerie, il faut entendre :� les briques de terre cuite (pleines ou creuses)� les éléments et les blocs de béton (pleins ou

creux)� les blocs de pierre silico-calcaire (pleins ou

creux)� les blocs de béton cellulaire.

La résistance à la compression des mor-tiers(-colles) étant généralement moindre quecelle des éléments de maçonnerie, l’ancrage sefera de préférence dans ces derniers.

2.2.2.1 Chevilles en plastique pourbétons de structure ordinaires

Nombre de chevilles en matière synthétiqueconviennent pour la fixation d’éléments légersdans du béton ordinaire. Elles se composent engénéral d’un élément expansible (le plus sou-vent une vis, voir figure 14 a) et d’une douilleen plastique dont l’extrémité plus étroite, quipermet l’expansion, est pourvue d’ergots etd’entailles profondes. Les ergots empêchent larotation de la cheville dans le trou de forage,tandis que les entailles assurent un ancrageoptimum dans les matériaux de constructionmassifs, ou l’adaptation de la forme dans lesmatériaux tendres et granuleux (par exemple,béton cellulaire). Il convient d’utiliser des visadaptées au type de douille.

Outre les vis, les clous conviennent égalementcomme éléments d’expansion (figure 14 b).Leur pose est assez rapide, mais leur capacitéd’ancrage est nettement moins prévisible.

Fig. 13 Chevilles en plastique couramment utilisées dans le béton.

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AAA

(a) Avec vis commeélément d’expansion

Fig. 14Chevilles à

expansion pourbétons de

structureordinaires.

Toutes les chevilles dites universelles et quasitoutes les chevilles conçues pour des supportsplus délicats, tels les matériaux de maçonneriepleins ou creux (voir §§ 2.2.2.2 et 2.2.2.3), lebéton léger (§ 2.2.2.4) ou les blocs de maçon-nerie poreux et tendres (§ 2.2.2.5), convien-nent également pour les supports en béton.

2.2.2.2 Chevilles en plastique pourmatériaux de maçonnerie pleins

Par matériaux de maçonnerie pleins, on en-tend des matériaux ne renfermant pas plus de15 % d’alvéoles. Si les matériaux pleins à hauterésistance en compression et les matériauxcreux remplis de mortier sont en principe ap-tes à recevoir les mêmes chevilles métalliquesque celles destinées au béton de structure ordi-naire, on a toutefois le plus souvent recoursaux chevilles synthétiques (figure 14). Quantaux maçonneries pleines de densité et/ou derésistance plus faibles, elles requièrent l’usagede chevilles à élément d’expansion long.

2.2.2.3 Chevilles en plastique pourmatériaux de maçonnerie creuxou perforés

Le choix et le montage des chevilles dans detels matériaux doivent ce faire avec le plusgrand soin (par exemple, chevilles à zone d’ex-pansion longue, chevilles à injection avec filetde protection) (voir § 2.2.3.1, p. 22).

Les chevilles convenant à ce type de supportpossèdent une zone d’expansion prolongée(fig. 15) qui garantit une capacité portantemaximale du fait de la répartition des effortssur les différentes parois dont sont constitués

les éléments de construction creux. Le systèmeagit tant par frottement que par résistance mé-canique. De par sa longueur, la cheville peuttraverser n’importe quelle épaisseur de maté-riau ou cavité ainsi que des couches non por-tantes telles qu’enduits, carrelages, isolants, ...Lors du vissage, certains types de chevilles seresserrent contre la paroi du matériau creux,assurant une résistance mécanique élevée.

2.2.2.4 Chevilles en plastique pour bétonléger

Le béton léger se différencie du béton ordi-naire par l’utilisation de matériaux tels que lebims ou le granulat artificiel léger. Cette pré-sence de granulats, qui disposent généralementd’une résistance en compression moindre quedes granulats traditionnels, engendre des pro-priétés moins favorables quant à la capacitéd’ancrage. On utilisera dès lors des chevillessynthétiques à zone d’expansion longue, quipermettent de mieux répartir les charges sur degrandes surfaces.

2.2.2.5 Chevilles en plastique pour bétoncellulaire

La plupart des fabricants ont conçu des che-villes spéciales pour les matériaux poreux ettendres comme le béton cellulaire, le bims, ...La pénétration de la douille ou, dans certainscas, de la vis métallique engendre un contactintime avec le matériau (figure 16 a, p. 22). Larépartition de la charge sur une zone plus éten-due garantit une certaine capacité d’ancrage,même dans un matériau tendre.

D’autres fixations propres au béton cellulairesont des variantes synthétiques des chevilles àverrouillage de forme (fig. 16 b) ou des douillesmétalliques à introduire directement dans lematériau et dans lesquelles on insère un cloupar percussion. Celui-ci se replie dans la douilleet assure ainsi le verrouillage mécanique (c).Ce genre de fixation, qui convient également

AAAAAA

Fig. 15 Cheville à zoned’expansion longue pourmatériaux de maçonneriecreux ou perforés.

(b) Avec cloucomme élément

d’expansion

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aux briques pleines peu résistantes n’est pas àproprement parler une cheville synthétique,mais son domaine d’application est identique.

Il est également possible d’utiliser de longueschevilles destinées aux éléments de construc-tion creux (§ 2.2.2.3, p. 21). La pièce d’expan-sion allongée assure la répartition des effortssur une grande surface de forage dans des ma-tériaux peu résistants à la compression.

2.2.3 CHEVILLES MÉTALLIQUES POURMAÇONNERIE

Les systèmes d’ancrage dont l’expansion exer-ce des efforts importants ne conviennent pasaux maçonneries, car ils peuvent occasionnerl’éclatement ou la fissuration des matériaux.C’est pourquoi, outre les chevilles en plastique,on conseille souvent de recourir à des ancra-ges à injection conçus pour la maçonnerie etcapables de supporter des charges lourdes. Engénéral, il est préférable de placer la fixationdans les éléments de maçonnerie et non dansle mortier (sinon on tiendra compte d’une ré-sistance éventuellement plus faible du mortierpar rapport aux éléments de maçonnerie).

L’injection s’effectue au moyen de mortier mi-néral, de mortier synthétique (résine synthéti-que, polymère) ou d’un mélange des deux, aux-quels peuvent s’ajouter des charges (fillers) oudes additifs. On respectera un délai de durcis-sement suffisant, surtout pour les mortiers mi-néraux. Quant aux délais d’attente, ils serontfixés en fonction de la température du support.

2.2.3.1 Chevilles à injection pourmatériaux de maçonnerie creuxou perforés

Pour réaliser une fixation dans un matériaucreux, on fore un trou dans lequel on glisse unélément de protection avant d’y injecter unmortier. Pour éviter que ce dernier ne pénètrede façon incontrôlée dans les perforations dusupport (figure 17 a), nombre de systèmes sontmunis soit d’un treillis en polyamide dilatablequi s’adapte aux cavités du matériau, soit d’untreillis métallique cylindrique laissant pénétrerle mortier par petites quantités dans les videsdu matériau (figure 17 b). Ce procédé permetd’atteindre une résistance mécanique élevée.

Si la fixation est placée dans une zone présen-tant peu de cavités, sa résistance dépendra dela liaison entre le mortier et les parois du troude forage. Dans ce cas, l’effort d’arrachementsera généralement assez faible.

(a) Avec entaillage puissant etexpansion lors de l’insertion

Fig. 16 Chevilles en plastique pour bétoncellulaire.

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(a) Ecoulement de mortierdans le support

(b) Avec treillis métalliquecylindrique

Fig. 17 Chevilles à injection pour matériaux creux ou perforés.

2.2.3.2 Chevilles à injection pourmatériaux de maçonnerie pleins

Les systèmes d’ancrage décrits ci-avant con-viennent également pour le béton léger, lesbriques pleines de moindre résistance et le bé-

(b) A verrouillage de forme

Fig. 18 Chevilles à injection pour maçonneries.

(c) A douille métallique et résistancemécanique

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Fig. 19 Cheville àinjection pour matériauxde maçonnerie pleins.

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AAA

ton cellulaire. On perce généralement, à l’aided’outils de forage spéciaux, un trou coniquequi complète la résistance due à la liaison parune certaine résistance mécanique (fig. 19).

2.2.4 AUTRES FIXATIONS

Outre les systèmes décrits ci-avant, il existetoute une variété de chevilles, vis ou boulonspour la fixation d’éléments légers dans des sup-ports constitués essentiellement de plastique,de plaques métalliques minces (quelques mmmaximum) ou de panneaux, par exemple :� fixation des profilés de menuiserie (PVC,

aluminium, bois)� chevilles pour la fixation d’isolants sur des

profilés métalliques (de toits plats, p.ex.)� fixation sur plaques de plâtre enrobé de car-

ton (simples ou doubles)� fixation sur panneaux divers (plâtre renforcé

de fibres, particules de bois, copeaux de boisagglomérés au ciment, hardboard, multi-plex, ...)

� fixation de dalles de faux plafonds.

La figure 20 illustre quelques types de che-villes difficiles à classer dans l’une des caté-gories précitées. Il s’agit de gauche à droite :� d’une cheville chimique à injection de rési-

ne provoquant l’expansion d’une douille enplastique et générant une grande résistancemécanique; ce système convient pour lafixation sur panneaux (1), pour l’ancrage deconduites à la sous-face de hourdis creux, ...

� d’une cheville en plastique pour panneauxdivers (2)

� d’une cheville en plastique pour plaques deplâtre enrobé de carton (3)

� d’une cheville en plastique (4) pour sup-ports pleins mais peu résistants (grand élé-ment expansible) ou pour panneaux; dansce dernier cas, la douille en plastique sereplie en spirale sur le dos des panneaux,assurant ainsi la fixation mécanique

� de deux chevilles en acier à éléments flexi-bles (5) se repliant sur l’arrière des pan-neaux lors du vissage. �

Fig. 20 Fixations pour éléments légers.

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BIBLIOGRAPHIE

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Guide. Parts 1 to 3. Londres, CEB Bulletin,n° 233, Thomas Telford, 1997.

Comité Euro-International du BétonFastenings to concrete and masonry struc-

tures. State of the art report. Londres, CEB,Thomas Telford, 1994.

European Organization for TechnicalApprovals

Drafts en Final Drafts van de verschillendeETAG’s. Bruxelles, EOTA, 1997.

Goethals J.Constructieve verankeringen in gewapend

beton. Sint-Katelijne-Waver, travail de find’études, De Nayer-instituut, 1996-1997.

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2

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4

La seconde partie du présent article aborderaessentiellement les aspects suivants :❒ exigences relatives aux ancrages et à leur calcul,

compte tenu de la réglementation européenneactuellement mise au point au sein de l’EOTA(European Organization for Technical Approval)pour la plupart des types d’ancrages

❒ conception et mise en œuvre des ancrages❒ exemples d’application courants (ornements de

façade, pylônes d’éclairage, balustrades et gainesde conduites).