Brevet FR2742195A1 — publié le 19970613

La présente invention concerne les structures composites dans lesquelles une couche est fixée sur une tôle dont l'envers est inaccessible. Elle s'applique notamment à la mise en place de couvertures isolantes ou de bardages de façades, dans le domaine du bâtiment. L'invention a principalement pour objet une vis pour la fixation d'une couche sur une tôle, du type comprenant une tige qui comporte une tête d'entraînement en rotation à une extrémité et un filetage à son autre extrémité, cette autre extrémité étant notamment conformée en une pointe auto-perceuse. Si l'on considère par exemple les couvertures isolantes, qui comportent une couche isolante constituée de plaques et un revêtement d'étanchéité, l'ensemble étant fixé sur un élément porteur de toiture constitué de tôles nervurées fixées sur une charpente, on utilise actuellement des vis autoperceuses-taraudeuses à tête fraisée, de faible diamètre (diamètre 3 mm à diamètre 6 mm), de longueur supérieure à l'épaisseur des plaques isolantes (10 à 30 mm de plus), fixées par l'intermédiaire du filetage dans les plages supérieures de la tôle nervurée; une rondelle métallique de répartition, à cuvette centrale percée et fraisée, de faible épaisseur et de grand diamètre (environ 70 mm), est interposée entre la tête de vis et la face supérieure de la plaque isolante.Le revêtement d'étanchéité est ensuite collé ou soudé sur la face supérieure des plaques isolantes et sur les rondelles de répartition, qui sont théoriquement dans le plan supérieur des plaques isolantes. Une variante consiste à mettre en oeuvre les fixations, comportant rondelle et vis, après mise en place d'une première membrane d'étanchéité; une seconde membrane recouvre ensuite la première et les rondelles et têtes de vis apparentes. Une autre variante consiste à mettre en oeuvre les fixations, comportant des rondelles de forme allongée et les vis, en lisière du lé de revêtement d'étanchéité; le lé adjacent recouvre ensuite le premier lé et l'ensemble des rondelles et têtes de vis apparentes. L'utilisation de telles vis est loin d'être satisfaisante : les vis sont mises en place au moyen d'une visseuse électrique, dont la vitesse de rotation est rapide et le couple élevé. Il arrive fréquemment, notamment si les plaques isolantes sont denses et peu compressibles et si la tôle est mince, que la vis, arrivée en butée sur sa rondelle, continue à tourner sans pouvoir s'enfoncer. De ce fait, le diamètre du trou de la tôle devient égal au diamètre extérieur des filets de la vis, et la fixation n'est plus performante. Pour les mêmes raisons, vitesse et/ou couple de vissage élevé, la vis peut se visser trop profondément dans la tôle nervurée, la tête de vis s'enfonçant avec la rondelle de répartition, qui peut même se plier, dans la plaque isolante. Dans ce cas, le revêtement d'étanchéité n'est pas appliqué sur un support continu et plat, ce qui nuit à son bon fonctionnement. Ce phénomène est aggravé si l'isolant employé est très compressible, par exemple avec des plaques de laine minérale. De plus, un défaut esthétique apparaît en sous-face de la toiture la vis déforme vers le haut la plage de tôle nervurée, de sorte que celle-ci n'est plus plane. Par ailleurs, même si la vis est correctement mise en place, lorsque la toiture est terminée, la vis peut, sous l'effet d'une charge, par exemple lors de la circulation d'une personne sur la rondelle de répartition et la tête de vis, s'enfoncer au niveau de la tôle nervurée d'un ou plusieurs pas de vis; les filets extérieurs de la vis ont dans ce cas agrandi le trou de la tôle, et la fixation n'est plus performante. Pour supprimer ces inconvénients et garantir une grande fiabilité de la fixation, quelle que soit la compressibilité des plaques isolantes, on a proposé (US-A-4 453 361) une vis du type précité, dans lequel le diamètre de la tige est réduit jusqu'à sensiblement le diamètre de fond de filet dans la région adjacente au filetage. Cette conception présente un inconvénient sérieux. En effet, l'expérience montre que la vis n'est pas à l'abri d'un dévissage inopiné sous l'effet des vibrations, ou des dépressions, dues au vent, qui s'exercent de façon tourbillonnante sur la toiture ou les façades des bâtiments. Lorsqu'un tel dévissage se produit, après envol du revêtement d'étanchéité, le bâtiment n'est plus propre à son utilisation. La cause du dévissage de la vis vient du fait que l'extrémité supérieure (du côté de la tête) du filetage présente, du fait de sa forme hélicoïdale, une surface inclinée par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de la vis. L'invention a pour but de fournir une vis garantissant une absence de tendance au dévissage sous l'effet des efforts dynamiques dus au vent, et offrant en même temps une résistance à l'arrachement élevée. A cet effet, l'invention a pour objet une vis du type précité, caractérisée en ce que la tige porte, entre la tête et le filetage, une collerette ayant un plan général perpendiculaire à l'axe de la vis et dont un tronçon du pourtour est rabattu obliquement, le long de la tige, vers le filetage. La vis ainsi définie peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le diamètre extérieur de la collerette est voisin de celui du filetage et de préférence légèrement supérieur à ce diamètre, notamment sensiblement égal à 1,1 fois ce diamètre; - la largeur de la fente de la collerette, mesurée perpendiculairement à la partie rabattue, est comprise entre une fois et trois fois l'épaisseur de la tôle; - le diamètre de la tige, dans sa région immédiatement adjacente à la collerette du côté de la tête, est réduit à une valeur voisine du diamètre de fond de filet et est notamment compris entre 0,9 fois et 1 fois ce diamètre; - à partir de la collerette, la tige conserve un diamètre constant sur une hauteur plusieurs fois supérieure à ce diamètre;; - la surface de la collerette tournée vers la tête est, en section méridienne, inclinée de moins de 200, de préférence de moins de 10 , par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe de la vis, et/ou l'angle formé par cette surface et par la surface opposée de la collerette est inférieur à celui formé par les surfaces correspondantes du filetage; - l'inclinaison dudit tronçon est supérieure à celle du filetage; L'invention a également pour objet une structure composite comprenant une couche fixée sur une tôle par au moins un dispositif de fixation qui comprend d'une part une vis telle que définie ci-dessus, et d'autre part un élément de répartition disposé sur ladite couche et sur lequel prend appui la tête d'entraînement en rotation de cette vis, tandis que la collerette prend appui sous la tôle. Dans un premier mode de réalisation, cette structure composite forme une couverture de bâtiment, ladite couche étant une couche d'isolation éventuellement surmontée d'une membrane d'étanchéité, la tête de chaque vis prenant appui sur une rondelle constituant ledit élément de répartition et le dispositif de fixation étant éventuellement recouvert par la membrane d'étanchéité. Dans un deuxième mode de réalisation, la structure composite forme un revêtement de façade, ladite couche comprenant un bardage et un matelas d'isolation intermédiaire à compression prédéterminée, la tôle constituant une ossature de support du bardage. Quelques exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 représente en coupe la fixation d'une couche d'isolation sur une tôle support, pour la couverture d'un bâtiment, conformément à l'invention; - la Figure 2 représente à plus grande échelle un détail de cette fixation; - la Figure 3 est une vue prise en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2; - la Figure 4 est une vue partielle, analogue à la Figure 2, d'une variante; - la Figure 5 est une vue partielle, analogue à la Figure 2, d'une autre variante; - la Figure 6 représente en perspective, avec arrachement, la fixation d'un bardage de façade de bâtiment sur une ossature de support, conformément à l'invention; et - la Figure 7 est une vue prise en coupe suivant la ligne VII-VII de la Figure 6. La Figure 1 représente la fixation d'une plaque d'isolation 1 d'épaisseur a, surmontée d'une membrane d'étanchéité 2, sur une tôle d'acier nervuré 3 préalablement fixée sur la charpente 4 d'un bâtiment. L'épaisseur g est mesurée après compression éventuelle prédéterminée de la plaque 1. La fixation de la plaque 1 s'effectue sur les sommets d'ondes de la tôle 3, au moyen de dispositifs 5 constitués chacun d'un organe d'assemblage 6, qui sera désigné dans la suite par le terme "vis" pour plus de commodité, et d'une rondelle de répartition 7. Les vis 6 et la tôle 3 comportent un revêtement anti-corrosion. La vis 6 comporte une tête fraisée 8 à son extrémité supérieure, une partie d'extrémité inférieure 9 filetée et une collerette fendue 10 situées sous la tôle 3, le filetage et la collerette étant portés par le corps ou tige 11 de la vis. La partie filetée 9 est prolongée vers le bas par une pointe coupante autoperceuse 12. La rondelle 7 est circulaire ou de forme allongée et présente un trou central fraisé 13 dont la périphérie est conjuguée de la tête de vis 8 (Figure 2). Une vis 6 est représentée en détail sur les Figures 2 et 3. Le corps 11 comprend, à partir de la tête 8, une partie principale lisse 14 dont le diamètre a est sensiblement la demi-somme du diamètre k de fond de filet du filetage 9 et du diamètre extérieur ç de ce filetage. Cette partie 14 est suivie d'une partie intermédiaire 15 dont le diamètre est réduit à une valeur 9 légèrement inférieure à b et typiquement comprise entre 0,9 k et b. Cette partie 15 s'étend jusqu'à la collerette 10. La collerette 10 possède un plan médian P perpendiculaire à l'axe X-X de la vis. Sa surface supérieure 16 est inclinée vers le bas, en coupe méridienne, suivant un angle a compris entre 0 et 20C et de préférence inférieur à 10 , tandis que sa surface infé rieure 17 est inclinée vers le haut suivant un angle ss tel que l'angle (a + ) soit inférieur à l'angle correspondant y du filetage 9. Le diamètre extérieur de la collerette est légèrement supérieur à , et est par exemple égal à 1,1 ç. Entre la collerette 10 et le début du filetage 9 s'étend une autre partie cylindrique 19 du corps de vis 11 dont le diamètre peut être k, d ou une valeur quelconque intermédiaire entre ces deux diamètres. Sur une fraction minoritaire de son pourtour, s'étendant de préférence sur moins de 1200 et mieux sur moins de 90 , la collerette 10 comporte un tronçon 18 rabattu vers le bas sous un angle d'environ 450. En variante, cet angle peut être plus faible et compris entre l'angle du filetage, qui est typiquement d'environ 200, et 450. Dans l'exemple représenté, l'extrémité libre du tronçon 18 se trouve à peu près sur la même génératrice que la tête de filetage 20, constituée par la jonction de la partie 19 du corps de vis et du filet 9. Cependant, comme indiqué sur la Figure 5, l'extrémité du tronçon 18 peut, en variante, se trouver sensiblement dans le prolongement de la dernière spire du filetage 9. De plus, dans l'exemple représenté, la hauteur h4 qui sépare axialement le plan médian P de la collerette 10 de la dernière spire du filetage 9, prise angulairement à 900 de la tête de filetage 21, est voisine du pas ; du filetage 9. Toutefois, une valeur supérieure de h4 présente comme seul inconvénient d'allonger la vis. La largeur L de la fente 18A définie par le tronçon 18, mesurée perpendiculairement à ce tronçon, est comprise entre g2 et 3 e2, g2 désignant l'épaisseur de la tôle 3. La mise en oeuvre du dispositif 5 à l'aide d'une visseuse électrique comprend la succession d'opérations suivantes, supposées effectuées le long d'une bordure de deux lés du revêtement d'étanchéité 2: - mise en place de la rondelle de répartition 7 sur la face supérieure du bord d'un lé 2A de la membrane 2; - mise en place de la vis 6 dans le trou 13 de la rondelle 7 et à travers le lé 2A et la couche isolante 1; - perçage d'un trou 21 dans la tôle 3 par rotation de la pointe 12; la tôle est alors déformée localement vers le bas; - vissage de la partie filetée 9 dans le trou 21, qui se taraude, jusqu'à ce que la tête de filetage 20 ait dépassé vers le bas le trou ainsi taraudé, qui a alors le même diamètre b que le fond de filet de la partie filetée 9; - puis, comme le vissage s'effectue sous une certaine poussée axiale vers le bas, le tronçon 18 s'engage dans le trou 21, et déforme momentanément la tôle mince 3, de sorte que la collerette 10 vient se placer sous cette tôle; - lorsque la collerette 10 se trouve sous la tôle 3, la vis tourne rapidement sur elle-même, entraînée par la visseuse, puisqu'il n'y a plus d'effort de frottement. L'opération est alors terminée. Au cours du vissage, la formation du trou 21 s'accompagne d'une augmentation localisée de l'épaisseur de la tôle 3, de e2 à e3, par formation d'un collet 22 en saillie vers le bas. La hauteur hl de la partie 14 de la vis est telle que, si h2 désigne la hauteur comprise entre le plan supérieur de la rondelle 7 et le plan inférieur de la tête 8, et h3 désigne celle de la partie 15 du corps de vis, hl + 112 + h3 = e + g1 + g3, où el désigne l'épaisseur de la tôle qui constitue la rondelle 7, ceci en tenant compte éventuellement d'une compression prédéterminée de la couche isolante 1. Dans cet exemple, h2 est également la hauteur de la tête 8. Par suite, la longueur hl + h3 de la tête 8 à la collerette 10 est calculée de façon que lorsque cette dernière est en butée sous la tôle 3, la surface supérieure de la tête de vis 8 se trouve sensiblement dans le plan de la face supérieure de la rondelle 7. Comme on le voit sur la Figure 2, la hauteur h3 est par ailleurs nettement supérieure à l'épaisseur e3, pour éviter tout risque de coincement lors du vissage. On comprend que la vis 6 est indévissable, aussi bien sous l'effet des efforts dynamiques dus au vent, quelle que soit leur direction, que si l'on tente de l'entraîner dans le sens anti-horaire. En effet, la collerette 10 ne peut pas s'engager vers le haut dans le trou 21. Lorsque tous les dispositifs 6 sont en place, le bord d'un second lé 2B de la membrane d'étanchéité 2 est enfin collé ou soudé sur le bord du premier lé et sur les rondelles 7. Dans la variante de la Figure 4, les parties 14 et 15 du corps de vis sont reliées non plus par un épaulement comme sur la Figure 2, mais par une partie conique 23. Dans la variante de la Figure 5, la partie 15 se prolonge au-dessus de la tôle 3 sur une hauteur H substantielle, égale par exemple à plusieurs fois son diamètre d. A titre d'exemple, H peut être de l'ordre de 54 à partir de la collerette 10. Cette variante permet à la vis de coulisser librement vers le bas, en comprimant la couche isolante 1, si une personne marche sur sa tête 8. Les Figures 6 et 7 montrent l'application de l'invention à la fixation par des vis 6 d'un bardage métallique 24 à ondes verticales sur les nervures horizontales 25 d'une ossature métallique 26, avec interposition d'un matelas isolant souple 27, par exemple en laine minérale, pour revêtir une façade de bâtiment. L'utilisation de vis suivant l'invention permet de ne comprimer le matelas 27 que dans une mesure prédéterminée à l'emplacement des fixations, comme on le voit bien sur la Figure 7, la collerette 10 venant buter derrière les nervures 25. On peut ainsi améliorer la planéité de la face extérieure du bardage. On comprend que les têtes 8 des vis 6 prennent directement appui sur le bardage 24. REVEND I CAT I ONS 1 - Vis (6) pour la fixation d'une couche (1) sur une tôle (3), du type comprenant une tige (11) qui comporte une tête (8) d'entraînement en rotation à une extrémité et un filetage (9) à son autre extrémité, cette autre extrémité étant notamment conformée en une pointe auto-perceuse (12), caractérisée en ce que la tige porte, entre la tête (8) et le filetage (9), une collerette (10) ayant un plan général (P) perpendiculaire à l'axe (X-X) de la vis et dont un tronçon (18) du pourtour est rabattu obliquement, le long de la tige, vers le filetage. 2 - Vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre extérieur de la collerette (10) est voisin de celui (ç) du filetage (9) et de préférence légèrement supérieur à ce diamètre, notamment sensiblement égal à 1,1 fois ce diamètre. 3 - Vis suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la largeur (L) de la fente de la collerette (10), mesurée perpendiculairement à la partie rabattue (18), est comprise entre une fois et trois fois l'épaisseur (e2) de la tôle. 4 - Vis suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le diamètre de la tige (11), dans sa région immédiatement adjacente à la collerette (10) du côté de la tête (8), est réduit à une valeur (d) voisine du diamètre (k) de fond de filet et est notamment compris entre 0,9 fois et 1 fois ce diamètre. 5 - Vis suivant la revendication 4, caractérisée en ce que, à partir de la collerette (10), la tige (11) conserve un diamètre constant (d) sur une hauteur plusieurs fois supérieure à ce diamètre. 6 - Vis suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface (16) de la collerette (10) tournée vers la tête (8) est, en section méridienne, inclinée de moins de 200, de préférence de moins de 100, par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe (X-X) de la vis, et/ou l'angle (a + ss) formé par cette surface et par la surface opposée (17) de la collerette est inférieur à celui (y) formé par les surfaces correspondantes du filetage (9). 7 - Vis suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'inclinaison dudit tronçon (18) est supérieure à celle du filetage (9). 8 - Structure composite, comprenant une couche (1) fixée sur une tôle (3; 26) par au moins un dispositif de fixation (5) qui comprend d'une part une vis (6) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, et d'autre part un élément de répartition (7) disposé sur ladite couche (1) et sur lequel prend appui la tête (8) d'entraînement en rotation de cette vis, tandis que la collerette (10) prend appui sous la tôle. 9 - Structure composite suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle forme une couverture de bâtiment, ladite couche (1) étant une couche d'isolation éventuellement surmontée d'une membrane d'étanchéité (2), la tête (8) de chaque vis (6) prenant appui sur une rondelle (7) constituant ledit élément de répartition et le dispositif de fixation (5) étant éventuellement recouvert par la membrane d'étanchéité. 10 - Structure composite suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle forme un revêtement de façade, ladite couche (24, 27) comprenant un bardage (24) et un matelas d'isolation intermédiaire (27) à compression prédéterminée, la tôle (26) constituant une ossature de support du bardage.