Lors de la coulée du béton frais, les boulons d'ancrage coulés sur place sont intégrés directement à ce moment, créant ainsi la connexion solide nécessaire pour les bâtiments neufs où les charges lourdes et la résistance aux séismes sont primordiales. Pour les structures anciennes nécessitant des mises à niveau ou des rénovations, les ancres post-installées entrent en jeu. Celles-ci peuvent être de type mécanique ou chimique et sont insérées dans du béton déjà durci. Elles offrent une flexibilité appréciable aux constructeurs, mais exigent un nettoyage soigneux des trous et des étapes précises d'installation. Les systèmes pré-intégrés supportent très bien les efforts de traction et les contraintes latérales, tout en tolérant mieux les mouvements durant les séismes. Les ancres post-installées mécaniques fonctionnent parfaitement lorsque seul l'effort de traction axial importe, tandis que les versions chimiques résistent étonnamment bien, même dans des situations de béton fissuré ou sur des éléments de maçonnerie en béton.
La forme en L de ces ancres cintrées contribue à les empêcher de se désolidariser des fondations peu profondes, comme celles utilisées pour les lampadaires. Leur conception leur permet d'adhérer davantage au béton face aux forces ascendantes et à la pression latérale du vent. Pour des applications plus lourdes, telles que les supports de machines ou la connexion de structures métalliques, les ancres droites fonctionnent mieux lorsqu'elles sont combinées à des plaques de base. Celles-ci répartissent le poids sur des sections plus larges de béton, ce qui explique pourquoi les équipes de construction les préfèrent souvent pour les grands projets. Les tiges filetées offrent une autre solution lorsque les réglages sont importants. Elles s'insèrent parfaitement dans les poteaux métalliques et les éléments de structure. Lorsque les ouvriers installent ces tiges dans de petites cavités remplies de coulis, la fixation devient nettement plus stable dans les endroits sujets aux vibrations. De plus, cet assemblage supporte bien les variations de température, un facteur crucial dans les usines et autres environnements industriels.
Les ancrages chimiques fonctionnent en utilisant des résines époxy ou hybrides pour fixer des tiges filetées à l'intérieur de trous percés. Cela crée une répartition uniforme des contraintes sur les points d'ancrage et permet un fonctionnement correct même sur du béton fissuré ou des blocs de maçonnerie en béton (CMU). En revanche, les ancrages mécaniques reposent sur des forces d'expansion telles que des coins, des manchons ou des chevilles expansives. Ce sont généralement des solutions moins coûteuses pour du béton sain et non fissuré, mais elles se comportent mal sur des matériaux fragiles ou de faible résistance. Les essais réalisés lors de séismes montrent que les ancrages chimiques conservent environ 90 % de leur résistance après des cycles répétés de contraintes, tandis que les ancrages mécaniques atteignent seulement environ 60 à 70 %. En ce qui concerne les murs en CMU, notamment ceux comportant des cavités pour les attaches murales, les ancrages adhésifs empêchent les blocs de se fendre. Les ancrages à expansion, en revanche, peuvent provoquer des problèmes tels que l'écaillage ou l'arrachement du matériau de base des blocs, ce que personne ne souhaite avoir à gérer.
La résistance à la traction d'un boulon d'ancrage indique fondamentalement quelle force de traction il peut supporter avant de se déformer de manière permanente. La norme ASTM F1554 établit les règles pour ces boulons, et le grade 55 se distingue par une limite d'élasticité minimale d'environ 55 000 psi. Ce qui rend ce grade particulier, c'est sa capacité à se déformer sans rompre, ce qui permet d'absorber l'énergie en cas de mouvement. C'est pourquoi les ingénieurs choisissent souvent le grade 55 pour des éléments soumis aux vibrations ou au déplacement, comme les supports de ponts ou les assemblages sismiques. En revanche, le grade 105 offre une bien meilleure résistance aux charges statiques, avec une limite d'élasticité minimale d'environ 105 000 psi. Cela le rend idéal pour des structures rigides telles que les fondations de bâtiments élevés ou les fixations de machines lourdes. Toutefois, il y a un compromis, puisque le grade 105 s'étire seulement d'environ 15 %, contre 21 % pour le grade 55. Ainsi, si l'application exige une certaine flexibilité maîtrisée plutôt qu'une simple résistance brute, le grade 55 est généralement le meilleur choix, malgré ses valeurs de résistance globale inférieures.
| Propriété | ASTM F1554 Grade 55 | ASTM F1554 Grade 105 |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | 55 000 psi | 105 000 psi |
| Résistance à la traction | 75 000–95 000 psi | 125 000–150 000 psi |
| Allongement | minimum 21 % | 15 % min |
| Utilisation typique | Dynamique/vibration, sismique | Charges statiques élevées |
La résistance au cisaillement d'un boulon d'ancrage indique fondamentalement à quel point il peut supporter des forces latérales qui agissent sur lui par le côté, plutôt que de manière directe, un aspect particulièrement important pour les ingénieurs lorsqu'ils traitent de phénomènes tels que les vents violents, les tremblements de terre secouant les bâtiments ou les vibrations de machines à proximité. Parlons maintenant de la distance au bord, qui consiste simplement à mesurer à quelle distance du bord le plus proche du béton dans lequel on ancre se situe le centre de notre boulon. Selon les directives du AISC Design Guide 1, si nous voulons que nos boulons fonctionnent correctement sans perdre en résistance, cette distance doit être d'au moins sept fois supérieure à la taille réelle du boulon lui-même. Par exemple, si une personne installe un boulon d'un pouce de diamètre, elle doit prévoir un espace d'au moins sept pouces entre le boulon et le bord du mur ou du sol en béton. Le respect de ces règles permet de garantir la stabilité de l'ensemble sous contrainte et d'éviter les désagréments liés à des fissurations inattendues du béton exactement là où on les redoute le moins.
Le type de matériau utilisé pour les boulons d'ancrage fait vraiment une différence en termes de performance au fil du temps et de durée de vie. L'acier au carbone est assez abordable et offre une bonne résistance à la traction pour des installations à l'intérieur des bâtiments, là où il n'y a pas d'humidité. Mais laissez ces boulons à l'extérieur ou dans des zones humides sans protection ? Ils commencent à rouiller assez rapidement. La galvanisation à chaud change la donne, car elle lie le zinc à la surface de l'acier au niveau moléculaire, offrant ainsi une bonne résistance à la corrosion dans des conditions extérieures normales. Cependant, il convient de noter que ce traitement se dégrade lui aussi avec le temps s'il est exposé à un sol acide ou à des produits chimiques agressifs. Lorsqu'il s'agit de structures côtières, de stations d'épuration ou d'usines traitant des produits chimiques, l'acier inoxydable devient l'option privilégiée. En particulier, selon les normes ASTM telles que A193 B8M ou B8 (qui couvrent les nuances 316 et 304), ces matériaux résistent à divers types d'agressions corrosives, notamment la corrosion par piqûres, la corrosion sous crévice et les fissures dues aux contraintes. Des essais réels montrent que ces boulons peuvent continuer à fonctionner correctement pendant un demi-siècle ou plus, même lorsqu'ils sont constamment exposés à l'eau de mer.
| Matériau | Idéal pour | Limitation |
|---|---|---|
| L'acier au carbone | Projets à budget limité, intérieurs secs | Sujette à la corrosion sans revêtement |
| Acier galvanisé | Structures extérieures, climats tempérés | Le zinc se dégrade dans les sols acides |
| L'acier inoxydable | Exposition côtière ou chimique | Coût initial plus élevé |
Une spécification appropriée évite l'incompatibilité galvanique (par exemple, associer des ancres inoxydables à des rondelles en acier au carbone) et atténue la fissuration par corrosion sous contrainte due aux chlorures — des considérations essentielles pour des assemblages durables et conformes aux normes.
Obtenir la bonne spécification ASTM est très important pour déterminer la fiabilité des structures. Prenons par exemple l'ASTM A307. Il s'agit essentiellement de boulons en acier au carbone de faible à moyenne résistance, destinés à des usages courants, rien de vraiment critique. La plupart des professionnels ne les recommandent pas pour les points d'ancrage structurels principaux, car ils ne sont simplement pas conçus pour supporter ce type de contraintes. Considérons maintenant l'ASTM F1554, qui concerne les boulons d'ancrage haute résistance traités thermiquement. Le grade 55 offre un bon équilibre entre flexibilité et résistance, ce qui le rend adapté aux endroits où il peut y avoir des secousses ou des mouvements dus aux séismes. Le grade 105 va encore plus loin avec une résistance accrue nécessaire pour des fondations solides devant maintenir l'ensemble sans se déformer. Lorsqu'on travaille dans des zones sujettes à la rouille et à la corrosion, les ingénieurs optent souvent pour des boulons en acier inoxydable ASTM F593, fabriqués à partir d'alliages chrome-nickel comme les types 304 ou 316. Ces derniers durent beaucoup plus longtemps que les alternatives classiques en acier au carbone ou galvanisé, qui ont tendance à se détériorer avec le temps. Avant de finaliser une conception, les professionnels examinent attentivement les rapports d'essais de laminage et s'assurent que toutes les certifications correspondent aux besoins réels du projet en matière de charges, de facteurs environnementaux et de réglementations locales, notamment les normes IBC, les lignes directrices ACI 318 et les exigences ASCE 7. Les petits détails comptent aussi : la profondeur d'encastrement appropriée, des trous correctement alignés, des réglages de couple précis et des inspections rigoureuses conformément aux spécifications AISC DG1 et ACI 355.4 contribuent tous à de meilleurs résultats. Le National Institute of Standards and Technology a mené une étude sur ce sujet et a découvert un fait alarmant : les ponts utilisant des boulons incorrectement spécifiés présentaient environ 30 % de résistance à la fatigue en moins. Alors n'oubliez pas, respecter ces normes n'est pas qu'une simple formalité administrative, c'est garantir la sécurité et la solidité des bâtiments.
EN
