MODIFICATIONS DE LA CONCEPTION DES ANCRAGES POST-INSTALLÉS DANS LES MATÉRIAUX DE MAÇONNERIE

Par : Cara Green, P.E.
Responsable de l'ingénierie structurelle
Hilti Amérique du Nord
 
Les ancrages post-installés sont souvent la méthode préférée des entrepreneurs et des ingénieurs pour se connecter à la maçonnerie en raison de leur fiabilité et de leur facilité d'installation. Cependant, malgré la forte utilisation relative des ancrages post-installés par rapport aux ancrages coulés dans la construction en maçonnerie, les critères d'acceptation des ancrages post-installés dans les matériaux de maçonnerie et le code de référence de la maçonnerie (TMS/S304) n'ont pas fait l'objet de révisions ou de mises à jour significatives depuis le début des années 2000.
 

Les applications courantes pour les ancrages post-installés dans la maçonnerie comprennent, sans s'y limiter, les fixations de signalisation, les garde-corps de sécurité ou les mains courantes, les plates-formes, les auvents ou les plaques de raccordement.

 
Il en résulte une stagnation des essais et des méthodes de conception à la disposition des ingénieurs pour la conception de leurs assemblages. En 2020 et 2021, le service d'évaluation de l'International Code Council (ICC-ES) a adopté des révisions importantes des critères d'acceptation AC58 pour les ancrages adhésifs dans la maçonnerie fissurée et non fissurée, AC01 pour les ancrages mécaniques dans la maçonnerie fissurée et non fissurée, et AC106 pour les fixations pré-percées (ancres à vis) dans les éléments de maçonnerie, afin de corriger les méthodes obsolètes d'essai et de conception des ancrages post-installés dans la maçonnerie.
 
Les dates de conformité pour ces révisions à mettre en œuvre par l'industrie sont le 15 avril 2023 pour AC58 pour les ancrages adhésifs et le 16 février 2024 pour AC01 pour les ancrages mécaniques. Les révisions ont modifié le protocole d'essai pour les ancrages post-installés, supprimé les essais non pratiques, fourni une méthode d'évaluation cohérente similaire à l'évaluation de l'installation dans le béton, et adapté les procédures de conception à l'état des connaissances et des pratiques dans l'industrie de l'ancrage. Les principales révisions sont les suivantes :
 

• Clarification des types de systèmes de maçonnerie inclus dans AC01 et AC58, tels que les éléments de maçonnerie en béton (CMU) entièrement jointoyés, les CMU partiellement jointoyés, les CMU non jointoyés et les briques en terre cuite.
• L'adoption et l'adaptation de la méthode de calcul de la capacité du béton (CCD) de l'ACI 318 pour les ancrages post-installés dans les matériaux de base de la maçonnerie.
• L'inclusion des essais et de l'évaluation de la maçonnerie fissurée.
• La consolidation de l'AC106, le critère d'acceptation séparé pour les ancrages mécaniques à vis dans les matériaux de base de la maçonnerie, dans l'AC01, créant ainsi un critère d'acceptation unique pour tous les ancrages mécaniques installés dans les matériaux de base de la maçonnerie.

Hilti a passé les deux dernières années à tester à nouveau l'ensemble de sa gamme d'ancrages pour maçonnerie, qu'il s'agisse d'ancrages mécaniques ou adhésifs, afin de répondre aux exigences des nouveaux critères d'acceptation et d'aider les ingénieurs dans leurs efforts de mise en conformité avec le code de construction modèle. Nous sommes également le premier fabricant à proposer un logiciel d'ancrage à la maçonnerie qui prend en charge la nouvelle méthode de conception de la résistance afin d'aider les ingénieurs à simplifier la mise en œuvre des nouveaux critères d'acceptation dans leurs conceptions.

Comprendre le fonctionnement du code modèle et des critères d'acceptation

Il est essentiel de comprendre comment les critères d'acceptation fonctionnent dans le cadre de l'International Code Council pour comprendre comment ces changements de critères d'acceptation mis à jour affectent le processus de conception de l'ingénieur lors de la connexion aux matériaux de base de la maçonnerie.
 
Selon le National Building Code of Canada (NBCC), le code de construction modèle établit les exigences minimales pour les systèmes de construction à l'aide de dispositions prescriptives et de dispositions relatives aux performances. Les dispositions du code modèle sont fondées sur des principes généraux de conception et de construction. Les codes de construction modèles renvoient à certains codes de référence, telles que les Conception des Structures en Maçonnerie (S304-14), afin de soutenir davantage certains types de construction. Toutefois, les codes de construction modèles et les codes de référence ne couvrent pas toutes les méthodes de construction. Ainsi, l'article 4.1.8.18 du Code international du bâtiment autorise d'autres matériaux, conceptions ou méthodes de construction, à condition que ces méthodes de construction, conceptions ou matériaux aient été approuvés. Par exemple, le S304-14 soutient la conception et la spécification des ancrages coulés dans les matériaux de base de la maçonnerie, mais n'inclut pas de dispositions comparables pour la conception ou les ancrages post-installés dans les matériaux de base de la maçonnerie.
 

Le S304-14 fournit des conseils de conception pour les ancrages coulés et accrochés dans la maçonnerie et permet aux ingénieurs de concevoir à la fois pour la conception des facteurs de charge et de résistance (LRFD) et la conception des contraintes admissibles (ASD) pour les connexions coulées dans la maçonnerie. Le TMS 402 ne fournit pas actuellement de calculs de conception pour les ancrages adhésifs ou mécaniques post-installés.

 
Ainsi, un critère d'acceptation a été développé pour les ancrages adhésifs et mécaniques et publié par le Service d'évaluation de l'International Code Council (ICC-ES), une filiale de l'ICC, afin de fournir une méthode cohérente d'essai et de conception des ancrages post-installés dans les matériaux de base de la maçonnerie qui démontrent la conformité avec le code modèle. Une cheville post-installée testée selon le champ d'évaluation des critères d'acceptation reçoit un rapport d'évaluation qui contient des informations sur le produit et son champ d'utilisation pour une application. Un rapport d'évaluation contient des informations sur le produit de construction afin qu'un ingénieur concepteur puisse concevoir la cheville pour son application dans un matériau de base en maçonnerie et qu'un responsable de la construction puisse vérifier que le produit soumis pour utilisation dans un projet est approprié pour le code de la construction concerné. Les rapports d'évaluation d'un service d'évaluation tiers, tel que l'ICC-ES ou l'IAPMO-UES, signifient qu'un fabricant doit soumettre et être testé selon les mêmes tests, ce qui permet une cohérence et une comparaison aisée.
 

Les produits testés avec succès selon un critère d'acceptation reçoivent un rapport d'évaluation démontrant leur conformité au code de construction modèle.

 
Note importante pour les ingénieurs, la mise à jour et les révisions des critères d'acceptation sont rétroactives pour tous les codes de modèle figurant dans le rapport d'évaluation du produit évalué. Dans le cas de la révision de AC01 et AC58 dont il est question dans cet article, à la date de conformité définie, l'ICC-ES supprime les rapports d'essai des produits qui étaient conformes aux anciens critères d'acceptation. Si un ingénieur choisit de concevoir un ancrage post-installé en fonction des données fournies dans un ancien rapport d'évaluation, les données ne sont que des données du fabricant et non un rapport d'essai actualisé de tierce partie soutenu par l'ICC-ES.
 

Nouveaux champ d'application et conditions pour les matériaux de base de la maçonnerie

L'une des principales modifications apportées aux nouveaux critères d'acceptation consiste à mieux définir le champ d'application des matériaux de base de la maçonnerie utilisés lors de l'évaluation des ancrages. Les éléments de maçonnerie étant fabriqués dans une grande variété de formes, de tailles, de matériaux et dans des configurations creuses et pleines, le système d'ancrage sélectionné doit être soigneusement adapté à l'application et au matériau de base utilisé dans l'application. Les ingénieurs peuvent observer des résistances et des caractéristiques plus spécifiques des matériaux de base utilisés lors de l'évaluation d'une cheville, ce qui leur permet de mieux évaluer les données fournies dans un rapport d'évaluation. Les matériaux de base couverts comprennent le CMU entièrement jointoyé, le CMU partiellement jointoyé, le CMU non jointoyé et la brique d'argile.
 

Matériaux de base de la maçonnerie définis dans le champ d'évaluation des critères d'acceptation nouvellement révisés pour les ancrages adhésifs et mécaniques post-installés.

En outre, les ingénieurs concepteurs peuvent s'attendre à l'inclusion de données sur la maçonnerie fissurée dans les critères d'essai AC01 et AC58, ce qui permettra aux ingénieurs de concevoir leurs ancrages de maçonnerie dans des conditions de fissuration. Avant la révision des critères d'acceptation en 2020, la maçonnerie fissurée n'entrait pas dans le champ d'application du document. Étant donné que les ancrages posés peuvent être affectés par la présence de fissures dans la maçonnerie en raison des contraintes de flexion, les ingénieurs disposeront de données de conception pour les ancrages dans la maçonnerie fissurée et non fissurée.
 
 

Les fissures modifient la répartition des contraintes à l'intérieur de la maçonnerie par rapport à une maçonnerie non fissurée.

 
Par rapport au béton, où il existe de nombreuses applications où la fissuration peut se produire, la construction moderne de CMU a des applications plus limitées où un ingénieur peut souhaiter prendre en compte la fissuration dans sa conception de l'ancrage. Les applications courantes pour lesquelles un ingénieur peut souhaiter évaluer l'état de fissuration sont les suivantes.

• Zones où la charge sismique peut être prise en compte, telles que les catégories de conception sismique C-F
• Zones soumises à des vents violents
• Raccords de membrane
• Murs de refend

Méthode de calcul de la résistance (LRFD) pour les assemblages de maçonnerie post-installés

Avant les récentes révisions des critères d'acceptation, la méthode d'évaluation des assemblages de maçonnerie post-installés consistait à utiliser le concept de contrainte admissible (ASD). La méthode ASD consiste à tester les ancrages post-installés jusqu'à la rupture, puis à appliquer un facteur de sécurité global pour réduire la capacité de l'ancrage à une charge admissible pour la conception.
 
La méthode d'essai révisée dans les critères d'acceptation a adopté le cadre de la méthode de calcul de la résistance du chapitre 17 de l'ACI 318, avec seulement quelques modifications spécifiques aux matériaux de base de la maçonnerie, ce qui permet d'évaluer les ancrages selon des modes de défaillance distincts plutôt que selon des charges ultimes. La méthode de conception correspondante pour les ancrages post-installés a été révisée pour devenir la méthode de conception de la résistance (LRFD) qui utilise des essais pour évaluer les multiples modes de défaillance en traction et en cisaillement, ce qui reflète la méthode de conception de la capacité du béton (CCD) de l'ACI 318. La méthode attribue des facteurs spécifiques de réduction de la résistance à chacun des modes de défaillance possibles, fournit des prévisions pour la résistance associée à chaque mode de défaillance et compare la résistance de conception de contrôle avec les charges pondérées. Les ingénieurs peuvent optimiser la conception de leurs ancrages en fonction du mode de défaillance contrôlé, comme le prévoit la méthode actuelle d'ancrage au béton dans le chapitre 17 de l'ACI 318.
 

AC01 et AC58 évaluent les ancrages post-installés en fonction de leurs différents modes de défaillance dans la maçonnerie, de manière similaire aux procédures de la méthode ACI 318 Concrete Capacity Design.

 
La conception d'une structure CMU entièrement coulée est la plus similaire aux calculs d'ancrage post-installation du chapitre 17 de l'ACI 318.
 

Les calculs de résistance du CMU entièrement jointoyé ressemblent beaucoup aux calculs des ancrages post-installés du chapitre 17 de l'ACI 318.

La conception des ancrages dans les matériaux de base en CMU et en maçonnerie de briques non jointoyés adopte également le cadre de la méthode LRFD du chapitre 17 de l'ACI 318 avec de légers ajustements pour tenir compte de la non-homogénéité du matériau de base.
 

La méthode de calcul de la résistance pour la maçonnerie de briques et de CMU non jointoyée a été simplifiée afin de refléter les modes de défaillance appropriés pour un matériau de base non homogène.

 
La conception des ancrages post-installés pour le CMU partiellement jointoyé nécessite des détails supplémentaires et une attention particulière de la part de l'ingénieur. Lorsque l'emplacement des alvéoles est connu, il est possible d'utiliser des dispositions pour le CMU jointoyé et des dispositions pour le CMU non jointoyé dans les alvéoles non jointoyées. Lorsque l'emplacement des alvéoles est inconnu, il convient d'utiliser des dispositions relatives à l'UMC non jointoyée.
 

Changements supplémentaires

Avant la révision de l'AC01 pour les ancrages mécaniques dans la maçonnerie fissurée et non fissurée, il existait deux critères d'acceptation pour les ancrages mécaniques. L'AC01 couvrait l'évaluation et la méthode de conception des ancrages à coin dans la maçonnerie et l'AC106 couvrait l'évaluation et la méthode de conception des fixations à vis dans la maçonnerie. La révision de l'AC01 a consolidé l'évaluation et la méthode de conception de tous les ancrages mécaniques en un seul critère d'acceptation.
 
Les ingénieurs observeront également quelques petites différences entre les facteurs k pour les ancrages post-installés dans la maçonnerie par rapport aux matériaux de base en béton. Les facteurs k donnés pour les ancrages conçus dans la maçonnerie seront inférieurs à ceux des mêmes ancrages dans le béton pour tenir compte de l'inhomogénéité des matériaux de maçonnerie lors de l'arrachement. Les cônes de rupture pour les matériaux de base en maçonnerie peuvent être grandement influencés par la présence de joints de tête (joints verticaux entre les blocs CMU) et de joints de lit (joints horizontaux entre les blocs) du mur. Comme dans la méthode CCD (Concrete Capacity Design) pour le béton, une zone carrée est déterminée pour l'influence de la rupture et de l'adhérence, les bords et les ancrages peu espacés réduisant la zone d'influence globale. Les joints de tête, propres à la construction CMU, doivent également être pris en compte lors de la détermination de la zone d'influence.
 

 
De plus, pour les ancrages chargés en cisaillement, les ingénieurs devront prendre en compte l'écrasement de la maçonnerie dans la conception de l'ancrage post-installation. L'équation de l'écrasement de la maçonnerie a été adoptée à partir des calculs des ancrages coulés fournis dans la norme 402 de la The Masonry Society (TMS). La maçonnerie est généralement un matériau plus souple que le béton lorsqu'elle est exposée à une charge de cisaillement élevée et l'ancrage en acier peut s'écraser et s'enfoncer dans le bloc de maçonnerie, ce qui est désormais pris en compte dans les nouveaux critères d'acceptation.

L'équation d'écrasement de la maçonnerie est reprise du TMS 402 et est considérée comme un mode de rupture par cisaillement dans le cadre des nouveaux critères d'acceptation.

Simplifier le passage de la norme ASD à la norme LRFD

La suite logicielle PROFIS Engineering de Hilti est une application conviviale, basée sur le cloud, qui facilite la conception des connexions d'ancrage post-installées. Avec les révisions des critères d'acceptation, le module de conception Anchoring-to-Masonry a été mis à jour pour aider les ingénieurs à faire passer leurs conceptions et les détails de maçonnerie existants de ASD à LRFD pour les ancrages post-installés. Les ingénieurs peuvent facilement adapter leur conception aux directives des nouveaux critères d'acceptation, ce qui les aidera à se conformer au code de construction modèle. Le logiciel permet aux ingénieurs de sélectionner plusieurs types de maçonnerie tels que le CMU rempli de coulis, le CMU non jointoyé (creux) et la brique d'argile, et il prend en charge la conception des ancrages adhésifs et mécaniques Hilti dans des conditions de maçonnerie fissurée et non fissurée.
 

La suite logicielle PROFIS Engineering aide les ingénieurs à gérer les changements apportés à la conception de leurs ancrages post-installés suite à la révision des critères d'acceptation.

 
La gamme existante de chevilles adhésives et mécaniques Hilti pour les assemblages de maçonnerie a été testée selon les nouveaux critères d'acceptation, ce qui simplifie la sélection des chevilles et contribue à atténuer les inquiétudes concernant la conformité aux codes de construction modèles lors de la transition de l'industrie vers les nouveaux critères d'acceptation.
 

La gamme d'ancrages Hilti pour les assemblages de maçonnerie.

Résumé

Les révisions des normes AC01 et AC58 reflètent désormais la méthode ACI 318 Concrete Capacity Design (CCD) et les ingénieurs peuvent maintenant mieux sélectionner leurs ancrages post-installés pour leur application exacte grâce à l'inclusion de matériaux de base et de conditions de matériaux de base bien définis. Bien que la transition favorise une conception optimisée des connexions en permettant aux ingénieurs de concevoir en fonction de différents modes de défaillance, la méthode de calcul LRFD révisée est plus complète que l'ancienne méthode ASD. Les dates de conformité pour ces révisions à mettre en œuvre par l'industrie sont le 15 avril 2023 pour AC58 pour les ancrages adhésifs et le 16 février 2024 pour AC01 pour les ancrages mécaniques. Les fabricants doivent avoir terminé les tests et l'évaluation de leurs produits avant ces dates pour conserver leur rapport de service d'évaluation (ESR). Hilti a déjà testé et publié de nouveaux rapports pour toutes les chevilles existantes destinées à être fixées à la maçonnerie. Alors que l'industrie s'adapte à ces changements de critères d'acceptation, les ingénieurs concepteurs peuvent utiliser le module de conception de maçonnerie de la suite logicielle PROFIS Engineering pour assurer une transition rapide et facile de l'ASD à la LRFD avec des ancrages post-installés testés selon les nouveaux critères d'acceptation.
 

Ressources

Suite logicielle PROFIS Engineering
 
Guide de conception de la résistance des ancrages de maçonnerie
 
Tableaux de sélection des ancrages post-installés