Brevet FR2521235A1 — publié le 19830812

La présente invention concerne généralement un dispositif d'ancrage et plus particulièrement un dispositif qui a pour but d'être fixé à l'intérieur d'un trou formé dans une structure de maçonnerie ou de béton qui est fabri- quée en utilisant un agrégat relativement dur. Les techniques de fixation de dispositifs, accessoires, appareillages, etc à des structures de béton ou de maçonnerie ont utilisé de façon typique des disposi- tifs tels que des goujons qui sont insérés dans un trou ou dans un alésage formé préalablement dans la maçonnerie. Le dispositif d'ancrage du type goujon doit être actionné de manière quelconque pour créer un coincement ou une imprégnation légère à l'intérieur des parois du béton pour offrir de façon appropriée une résistance à l'extraction dans de telles applications Des progrès récents dans la technique de fixation à des structures de maçonnerie compren- nent des éléments d'ancrage du type à vis filetée qui entrent en contact par filetage avec les parois d'un trou formé dans la maçonnerie ou le béton Des exemples de tels dispositifs;;d'ancrage à vis se trouvent dans les brevets tels que les brevets US No 3 902 399 et 3 937 119. Tandis que des dispositifs du type généralement décrit dans ces brevets de l'art antérieur peuvent être appropriés avec quelques compositions de maçonnerie ou de béton, on s'est aperçu que dans certaines zones géogra- phiques, op forme du béton ou de la maçonnerie à partir d'un agrégat de matières relativement dures telles que le granite ou analogues Un tel matériau crée des problèmes aux élé- ments d'ancrage du type vis de l'art antérieur qui ne peu- vent pénétrer les parois du trou ou bien des exigences relativement importantes de couple sont nécessaires pour produire les filets dans les parois Le terme maçonnerie utilisé ici est général et inclut des matériaux de cons- truction du type pierre et égalementmais sans nécessaire- ment de limitations à ces matériaux, du béton, de la brique, des matières céramiques, des matières de - briques réfractaires, etc. On a trouvé que même dans la technique encombrée des éléments de fixation filetés, il existe une relation unique entre les divers paramètres d'un système de fixation par filetage dans le béton ou dans la maçonnerie qui puisse permettre à un tel système de travailler efficace- ment et effectivement dans un béton fabriqué à partir d'un agrégat dur L'élément de fixation selon la présente inven- tion inclut une telle relation unique et comprend un filet à crête coupante ayant un angle inclus dans la gamme de à 65 , et un angle d'attaque de l'hélice de la tige se trouvant dans la gamme allant d'environ 6 à 8,5 , tandis qu'il existe une relation prédéterminée entre le diamètre du trou formé dans le béton ou la maçonnerie et le diamètre de crête de l'élément de fixation fileté de manière à permettre une pénétration dans les parois du trou d'environ 0,05 fois le diamètre crête de l'élément de fixation Un tel système de fixation s'est révélé capable de pénétrer dans une matière de maçonnerie ou de béton formée par un agrégat dur en utilisant un couple de montage acceptable avec des résistances à l'extraction appropriées. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention résulteront de la description qui va suivre de plusieurs formes de réalisation et qui est faite dans un but d'illustration seulement et non limitativement, sur la base des dessins annexés sur lesquels: la figure I est une vue latérale en élévation partiellement en-section transversale du système de fixa- tion de la présente invention qui comprend l'élément de fixation fileté et le trou étudiés particulièrement; la figure 2 est une vue partielle en section transversale à plus grande échelle dans le sens axial montrant l'élément de fixation et le trou o est appliqué le système de fixation; et la figure 3 est une vue ressemblant à celle de la figure 2 o on utilise une autre forme de réali- sation du dispositif de fixation fileté. Le système de fixation de la présente invention peut généralement être décrit comme comprenant un élément de fixation fileté 10 comportant une tige allongée qui inclut au moins un élément fileté; 12 produit sur la tige. L'élément fileté, comme on le verra ci-après, est produit avec un angle d'hélice prédéterminé, un pas prédéterminé et un angle inclus prédéterminé et comprend une crête- fortement tranchante 16 d'un diamètre de crête d'une valeur prédéterminée Le système de fixation comprend également un trou 26 d'un diamètre prédéterminé formé dans une structure de béton ou de maçonnerie 24 fabriquée à partir d'un agrégat relativement dur Les paramètres et les dimen- sions du système sont décrits en détail ci-après,mais il est suffisant de dire que le système a pour but final de fixer ou de serrer de quelque manière un appareillage ou un accessoire 28 à la structure de béton 24 en agrégat dur. Le dispositif de fixation fileté 10 peut comprendre encore une pointe relativement effilée 13 pour faciliter son entrée dans le trou et il comprend également un certain type de surfaces de serrage sur une tête d'actionnement 14 pour permettre l'insertion de l'élément de fixation dans la matière d'agrégat dur en appliquant un couple par des outils connus. On a trouvé lors du développement de la présente invention que l'angle inclus de la forme filetée 12 est un paramètre important lors du calcul du système total. Une forme de filet 12 ayant un sommet aigu 16 devrait produire un profil de filet en section transversale qui a un angle inclus, désigné dans les dessins par A 2, qui devrait être dans la gamme de 50 à 650 Le filet ayant cet angle inclus relativement important a une longévité et une résistance suffisantes pour pénétrer dans la matière dure de l'agrégat, contrairement aux filets de 30 à 40 à crête relativement aiguë qui avaient été suggérés pour une utilisation dans des matières à agrégat conventionnelles. La sélection de l'angle de filet A 2 constitue l'un des paramètres imrortants du système fileté du fait que l'angle de filet ne doit pas être assez petit et ainsi faible pour être mutilé ou courbé lors de l'application ou ne permettre qu'une pénétration faible ou pas du tout de pénétration dans la matière dure de l'agrégat, ou il ne doit pas être non plus assez grand pour nécessiter des couples de montage excessifs pouvant provoquer des défi- ciences par torsion de l'élément d'ancrage. Un autre paramètre vital à considérer lors du calcul du système de fixation dans un agrégat dur est constitué par l'hélice du filet ou l'angle d'attaque qui est montré comme étant A 1 à la figure 2 On a trouvé que cet angle A 1 devrait se trouver dans la gamme de 6 à 8,50. Cette gamme des paramètres de l'angle d'hélice a été trouvée comme étant suffisante pour la matière dure de l'agrégat On a trouvé également que si l'angle d'hélice est plus faible que 60, l'élément de fixation a une tendance à déchirer ou déformer les filets produits dans le trou. Même si les filets de l'élément de fixation sont capables de pénétrer dans le béton ou la maçonnerie, les forces combinées rotatives ou axiales de l'élément de fixation sur le béton peuvent produire des pressions excessives sur le filet formé dans le béton, ce qui provoque un affais- sement du filet interne et élimine le contact par filetage. Au contraire, si l'angle d'hélice est plus grand qu'environ 8,50, le couple permettant de faire pénétrer dans le béton l'élément de fixation sera trop important pour un équipe- ment commercial normal et pourrait éventuellement mener à des déficiences par torsion de l'élément d'ancrage. Une autre relation importante du système permettant de pénétrer et de maintenir l'élément de fixation dans une matière dure est l'amplitude de la pénétration de la crête 16 du filet du dispositif Une relation particu- lière entre le diamètre de crête D 1 et le diamètre de trou D 2 s'est avérée critique par conjonction avec les deux paramètres ci-dessus, à savoir, l'angle inclus du filet et l'angle d'hélice On a trouvé que si la profondeur d'entrée en contact "d" montré à la figure 2 est à peu près d'environ 0,05 D 1 (diamètre crête), l'effet de combi- naison de la relation unique des paramètres spécifiques "d", D 1, D 2, A, et A 2 non seulement permettra que le dispositif fileté entre en contact fermement à l'intérieur des parois de l'agrégat dur, mais encore l'élément de fixation sera enfoncé sans mutilation ou dommage soit à la structure de bétonsoit aux filets Bien qu'il puisse sembler qu'un contact bien plus important soit nécessaire pour rendre maximale l'efficacité du système de fixation, on doit comprendre qu'une telle profondeur maximale de contact peut ne pas du tout être faisable ou pratique,car on doit la réaliser en utilisant des techniques de vissage relativement normalisées qui peuvent nécessiter des couples anormalement élevés On a ainsi déterminé que la valeur de pénétration de 0,05 D 1 fournit un système de fixation fiable complet correspondant aux exigences des matières disponibles actuellement dans la technologie des éléments de fixation et des machines pour les installer Il est donc évident qu'une relation entre le diamètre crête D 1 et le diamètre du trou D 2 est critique, et que le système de fixation soit tel que le diamètre de trou D 2 soit d'environ 0,9 fois la valeur du diamètre crête D 1. Un autre paramètre du système qui s'est avéré important est le nombre de pas des filets qui sont incrustés dans le béton, c'est-à-dire, essentiellement la pénétration axiale de la tige filetée dans le trou On a trouvé qu'au moins approximativementsix pas d'un tel filet incrusté faisant partie d'un système calculé avec les paramètres ci-dessus sont importants pour obtenir un maximum de résistance à l'extraction de l'élément d'ancrage. Le paramètre de calcul concernant le nombre de filets par unité de longueur, bien qu'il soit lié à l'angle d'attaque A 1, est également inclus dans les exemples spécifiques de systèmes de fixation calculés en accord avec la présente invention Il s'est avéré que la valeur optimale de filets par unité de longueur ainsi que la valeur de l'angle d'hélice diminuent à mesure qu'augmente le diamètre nominal de l'élément de fixation. Des exemples spécifiques du système de fixation selon la présente invention vont maintenant suivre: Diaète nominal de l'élément d'ancraqe 4, 76 mm Diamètre crête 5,33 mm Angle d'hélice 7,8 Profondeur de l'incrustation du filet 0,25 mm Nombre de spires pour 25,4 mm 11 Angle inclus de filet 60 Diamètre narinal de l'élément d'ancrage 6,35 mm Diamètre de crête 6,35 mm Angle d'hélice 7,25 Profondeur de l'incrustation du filet 0,32 mm Nombre de spires pour 25,4 mm 10 Angle inclus du filet 60 Diamètre noeial de l'élément d'ancrage 7,93 mm Diamètre de crête 7,95 mm Angle d'hélice 7,20 Profondeur d'incrustation de filet 0,40 mm Nombre de spires pour 25,4 mm 8 Angle inclus de filet 55 Diamètre nominal de l'élément d'ancrage 9,52 mm Diamètre de crête 9,52 mm Angle d'hélice 6,9 Profondeur de l'incrustation du filet 0,50 mm Nombre de spires pour 25,4 mm 7 Angle inclus de filet 55 On ne connaît pas entièrement les raisons de l'efficacité de la relation unique entre les paramètres notés ci-dessus, mais on croit que ceci provient d'une combinaison des paramètres permettant de fournir le contact de surface optimale entre les filets et la maçonnerie ou le béton sans augmenter sensiblement les exigences de couple et sans rendre maximale la résistance à l'extraction de l'élément installé. Le diamètre de fond de filet D 3 doit également faire partie du calcul complet des dimensions du système et on a déterminé qu'une relation entre le diamètre crête D 1 et le diamètre de fond de filet D 3 devrait être à peu près telle que D 3 soit égal à 0,75 D 1 pour fournir l'espace nécessaire entre l'élément de fixation fileté 10 et les parois du trou de béton 26 La poussière ou les débris produits durant l'incrustation de l'élément de fixation constituent également un ingrédient important faisant partie du système de fixation et la distance entre le diamètre de fond de filet D 3 et le diamètre de trou D 2 doit être telle qu'on puisse recueillir la poussière et fournir une valeur suffisante d'entassement de la poussière pour qu'elle agisse comme une force secondaire de frottement et de fixation à l'intérieur du système. Un autre paramètre qui s'est avéré important pour la production d'un système approprié de fixation dans une maçonnerie fabriquée à partir d'un agrégat dur est la vitesse de rotation et le couple appliqué à l'élément d'ancrage durant son insertion dans le trou Des vitesses typiques de rotation des équipements utilisés généralement pour enfoncer des éléments de fixation filetés ou avec des marteaux à percussion sont situées dans les environs de 1500 tr/min On a trouvé que des éléments d'ancrage du type décrit sont appliqués avantageusement à des vitesses et un couple qui seraient considérés respectivement comme étant faibles et élevé dans la technique Par exemple, une vitesse de rotation ne dépassant pas généralement 250 tr/min,en conjonction avec un couple dans les environs de 0,86 m/N,fournit une fixation appropriée à l'élément d'ancrage. En ce qui concerne maintenant la figure 3, on y montre une autre forme de réalisation du système de fixation et les mêmes numéros de référence désignent les mêmes pièces que précédemment dans les mêmes circons- tances, mais avec l'adjonction de l'indice prime On trouve ainsi selon la présente invention un second filet en hélice ' qui est placé en intercalation avec le premier filet en hélice 12 ' Ce filet en hélice 20 ' a un angle inclus beaucoup plus aigu désigné par A'3 et il est de préférence dans la gamme allant de 30 à 500 Avec cet angle inclus plus petit, la quantité de poussières ou de débris de béton 30 peut être maximale et cependant fournir une influence de stabilisation dans le système en centrant le dispositif et ainsi en augmentant au maximum l'efficacité et l'utilité du système total décrit ci-dessus. Tandis que plusieurs des paramètres ci-dessus destinés à des systèmes calculés spécifiquement peuvent être trouvés individuellement dans certains des dispositifs filetés de l'art antérieur, il est à noter que les para- mètres particuliers qu'on trouve dans chaque système constituent une combinaison produisant un résultat nouveau et inattendu qui est appliqué à l'incrustation de filets de dispositifs de fixation dans du béton d'agrégat dur Il sera également évident que la présente invention a été décrite à propos de plusieurs formes de réalisation parti- culières et que des modifications et des variations peuvent intervenir sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'ancrage du type à vis destiné à être retenu dans un trou ( 26) d'un diamètre prédéterminé (D 2) formé dans une surface de support ( 24) du type maçonnerie, caractérisé en ce qu'il comprend une tige s'étendant axialement et comportant une partie de tête élargie ( 14) à une extrémité et une partie de pénétration ( 13) dans la surface de support à l'extrémité opposée, la partie de tête ( 14) ayant des surfaces permettant la rota- tion, un filetage continu hélicoïdal ( 12) ayant un nombre prédéterminé de spires par unité de longueur ainsi qu'un diamètre de crête prédéterminé (D 1), le filetage étant formé sur la tige et s'étendant à partir de la partie de pénétration vers la partie de tête élargie sur une lon- gueur importante de la tige, le filet hélicoïdal ayant une forme en V en section transversale, les flancs du filet étant en intersection selon un angle inclus compris dans la gamme allant approximativement de 50 à 650, le filet hélicoïdal s'étendant autour de la tige selon un angle d'attaque compris dans la gamme allant approximative- ment de 6 à 8,5 , de telle sorte que l'élément d'ancrage puisse être enfilé et vissé dans le trou par la production d'un taraudage correspondant dans la paroi du trou sous un niveau de couple d'insertion acceptable, tandis que la résistance à l'extraction de l'élément d'ancrage installé dans la surface de support est à une valeur optimale. 2 Elément d'ancrage du type vis selon la reven- dication 1 en combinaison avec une surface de support ( 24), caractérisé en ce que le diamètre prédéterminé de trou (D 2) est environ égal à 0,9 fois le diamètre prédéterminé de crête (D 1) de l'élément d'ancrage, de telle manière que la pénétration moyenne de la crête du filet dans la paroi du trou soit approximativement égale à 0,05 fois le diamètre prédéterminé de crête (D 1), de manière à rendre encore plus optimale la résistance à l'extraction tout en ayant un niveau de couple d'insertion acceptable. 3 Elément d'ancrage du type vis selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le nombre de spires pour ,4 mm et la valeur du diamètre crête (D 1) sont égaux respectivement à à peu près 11 et 5,33 mm. 4 Elément d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de spires pour 25,4 mm et le diamètre crête (D 1) sont respectivement à peu près égaux à 10 et 6,35 mm. Elément d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de spires pour 25,4 mm et le diamètre crête (D 1) sont respectivement à peu près égaux à 8 et 8,38 mm. 6 Elément d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de spires pour 25,4 mm et le diamètre crête (D 1) sont respectivement à peu près égaux à 7 et 9,52 mm. 7 Elément d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filet continu s'étend d'une dis- tance égale à au moins approximativement 6 pas pour rendre maximale la résistance à l'extraction de l'élément d'ancrage. 8 Elément d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme un second filet continu hélicoïdal le long de la tige, depuis la partie entrante ( 13) jusqu'à la tête élargie ( 14), sur une partie impor- tante de la longueur de la tige, le second filet hélicoïdal ayant un diamètre crête inférieur au diamètre crête pré- déterminé du premier filet et sensiblement égal au diamètre prédéterminé du trou, le second filet étantdéfini par un angle inclus compris dans la gamme de 30 à 55 . 9 Procédé pour fixer un élément d'ancrage du type vis dans une matière de maçonnerie fabriquée à partir d'un agrégat relativement dur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à former de façon précise un trou d'un diamètre prédéterminé de la maçonnerie, à faire pénétrer par vissage l'élément d'ancrage à l'intérieur du trou en introduisant axialement ledit élément avec une vitesse de rotation ne dépassant pas généralement tr/min à des niveaux de couple qui ne sont généralement pas inférieurs à 0,86 m/N. Procédé de fixation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de fixation a un dia- mètre crête prédéterminé (D) permettant d'avoir une rela- tion égale à 0,9 entre le diamètre de trou (D 2) et le diamètre crête (D 1). 11 Procédé de fixation selon la revendication , caractérisé en ce que l'angle d'hélice du filet de l'élément d'ancrage se trouve dans la gamme allant de 6 à 8,50 et en ce que les flancs des filets sont en inter- section avec un angle inclus de 50-65 . 12 Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que l'élément d'ancrage est inséré par vissage dans le trou sur une distance d'au moins approximativement 6 pas.