Dimensionnement de fixations en maçonnerie selon l'ETAG029

Introduction

La maçonnerie est l’un des plus vieux matériaux de construction et a été utilisée par toutes les plus anciennes civilisations. Nous pouvons décrire ce mode de construction par l’ajout successif d’unités individuelles (briques, parpaings, pierre…) de façon alignées ou superposées cimentées ou non.

De nos jours, c’est encore un mode de construction très utilisé avec une grande variété d’unité de maçonneries : argile, béton, silicate de calcium, pierre, etc…

Jusqu’à récemment, il n’y avait pas de guide officiel pour le dimensionnement de fixations en maçonnerie. La publication de l’ETAG029 a apporté un nouveau concept quant à la qualification (Annexe A), les essais sur site (Annexe B) et le dimensionnement (Annexe C) de chevilles à injection pour maçonnerie. Le but de cet article est de délivrer une approche de dimensionnement des fixations en maçonnerie.

Matériau support

Les Evaluations Techniques Européennes des produits pour la maçonnerie fournissent en général des données techniques pour la fixation sur différentes briques et/ou types de briques aux matériaux et configurations différentes.

Ainsi, avant de commencer le dimensionnement, l’ingénieur doit connaître la géométrie et les propriétés des briques sur lesquelles les chevilles seront installées et utiliser le schéma décisionnel ci-contre.

Soit la brique en question est couverte par un ETE et, dans ce cas, les données techniques définies dans ce document peuvent être prises directement pour le dimensionnement (résistance, distance au bord et entraxe, profondeur d’implantations, propriétés d’installations), soit des essais de chargement doivent être réalisés pour évaluer la résistance de la brique.

Quand devons-nous réaliser des essais de chargement ?

L’annexe B de l‘ETAG029 fourni des recommandations pour l’exécution et l’évaluation des essais de chargements. L’analyse approfondie de ce sujet ne fait pas partie du présent article, mais quelques aspects peuvent être important à apporter :

Seuls des tests de traction doivent être réalisés – La résistance au cisaillement sera déduite des résultats en traction pure.
Deux types de tests peuvent être réalisés : les essais d’arrachements (destructif à la charge maximale) et les essais de vérification de charge (non-destructif, pour une valeur de charge spécifique)
Afin d’analyser les résultats obtenus, il faut sélectionner une brique référencée dans un ETE. Cette brique doit être du même type et matériau que la brique du projet. La résistance caractéristique des chevilles testées doit être inférieure ou égale à la résistance caractéristique fournie dans l’ETE de la brique sélectionnée.
Le nombre de tests à effectuer est compris entre 5 et 15. Les méthodes d’évaluation y sont définies en fonction du nombre d’essais et du type de tests effectués.

Lors de l’analyse intervient un facteur β, qui représente un facteur qui prend en compte les différentes influences du produit. Il est indiqué dans l’ETE pour chaque brique de référence.

Le dimensionnement

Par conséquent, les différents modes de ruptures possibles doivent être étudiés afin de tous les éliminer. L’ETAG 029 en défini 8 selon s’ils sont dûs à des forces de traction ou de cisaillement.

Les modes de ruptures liés aux forces de tractions sont :

La rupture acier
L’extraction de la cheville
La rupture locale de la brique
L’extraction de la brique

Une fois que la résistance de la cheville selon ces 8 modes de ruptures possibles est évaluée, il s’agit de choisir la plus petite des valeurs obtenues afin de s’assurer que la cheville préconisée répond bien à l’exigence de stabilité.

Comment est-il possible d’évaluer les résistances de certains de ces modes de rupture ?

Rupture acier

Ce mode de rupture peut se produire à la fois lorsque la cheville est soumise à des efforts de traction ou de cisaillement. Dans ce cas, c’est la résistance de l’acier de la cheville qui est à prendre en considération, en dehors du matériaux support. La vérification est donc la même que pour la fixation dans le béton.

Pour des efforts de traction pure, la résistance ultime de la cheville est égale à la résistance à la traction de l’acier, multipliée par la section de la cheville. Ces valeurs sont indiquées dans l’ETE de la cheville.

Dans le cas d’efforts de cisaillement purs sans bras de levier, la résistance ultime de la cheville est indiquée dans l’ETE. Néanmoins, dans le cas où celle-ci n’est pas indiquée, il est possible de considérer la moitié de la résistance à la traction.

Lorsque la pièce à fixer est éloignée du matériaux support, on dit qu’il y a un bras de levier. Dans ce cas, un moment apparait dans la cheville qu’il s’agit de prendre en compte.

Ainsi la résistance ultime au cisaillement avec bras de levier est égale à ce moment maximal divisé par le bras de levier.

Ce moment ultime est noté dans l'évaluation européenne.

Dimensionnement de cheville en maçonnerie

Rupture par extraction de la cheville et/ou rupture locale de la brique

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Dans cette partie, il s’agit de vérifier que la cheville ne « glisse » pas dans la brique et/ou que la brique de cède pas localement (un peu à l’image de la rupture par cône de béton pour les chevilles implantées dans ce matériaux).

Les valeurs maximales de traction NRk,p, NRk,b sont indiquées dans les évaluations techniques des chevilles. Il est important de noter que l’ETE ne donne qu’une seule valeur pour ces deux types de ruptures. Ainsi, l’ETE considère le mode de rupture qui arrive le premier comme dimensionnant.

Si ce mode de rupture intervient suite à un effort de cisaillement, il se peut que ce soit le bord de la brique qui vienne à céder. Dans ce cas, ce type de rupture s’apparente beaucoup plus à la rupture par bord de dalle ou de fendage, bien connue dans la fixation sur béton. Dans ce cas, ce sont les valeurs de VRk,b, VRk,c qu’il faut considérer.

Ces modes de ruptures sont parmi les plus complexes à appréhender dans le sens où de nombreux facteurs influent sur la résistance de calcul pour l’extraction et la rupture locale de la brique. Néanmoins il est possible de les regrouper en 2 catégories principales :

1- Les facteurs qui vont influencer le choix de la valeur des tableaux de charges de l’ETE

Positionnement et espacement des chevilles sur le mur
L’orientation des briques sur le mur
La méthode de nettoyage
Catégorie d’utilisation : sec ou humide
La plage de température

2- Les facteurs qui vont multiplier les valeurs extraites des tableaux de charges de l’ETE

Facteur de groupe
Influence des joints verticaux (rempli/non rempli ; visible/non visible)

Extraction d'une brique

Lorsque l’on dimensionne une fixation, il faut bien entendu s’assurer que le matériaux support peut reprendre les charges. C’est pourquoi l’une des vérifications à effectuer est la non-extraction des briques sur lesquelles sont installées les chevilles.

Il s’agit d’évaluer la fixation à laquelle la charge totale du système est appliquée que ce soit pour une cheville unitaire ou un groupe de chevilles.

Il n’est pas possible de faire un parallèle avec l’ETAG 001 qui donne les règles de calculs pour la fixation dans le béton car ce mode de rupture n’y apparait pas.

Avec des efforts de traction

Cette force d’extraction d’une brique est obtenue par la somme de deux facteurs :

L’un qui représente la résistance des joints horizontaux
L’autre qui représente la contribution des joints verticaux (seulement si ces joints sont remplis de mortier).

Ainsi, pour une brique de longueur l, de largeur b et de hauteur h, la résistance ultime à l’extraction est exprimée par la formule ci-dessous :

Dimensionnement condition d’implantation

Avec des efforts de cisaillement

Ce cas est similaire à la rupture liée aux efforts de traction, cependant la résistance des joints verticaux est négligée. Ce facteur disparait donc de la somme ci-dessus.

Combinaison de charges N + V

Nous avons vu jusqu’alors des cas de chargements où il n’y avait soit que de la traction pure, soit que du cisaillement pur.

Dans les cas où les efforts sont combinés, il est également important de vérifier la résistance de la cheville. Pour cela, les équations ci-contre doivent être vérifiées :

Conclusion

Les applications en maçonneries ont maintenant un guide officiel de dimensionnement utilisant les données produits avec un ETE qui suit les directives de l’ETAG029 qui permet de fixer des charges légère ou moyenne. Des notes de calculs peuvent être émises grâce aux logiciels de chevillage comme PROFIS Engineering. Néanmoins, dans le cas de chargements plus importants ou de matériaux supports inconnus, il est parfois nécessaire de réaliser des essais de chargements sur site. Nous traiterons de ces aspects au sein d’un prochain article.

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