Une cheville métallique transmet au béton les efforts d'un élément fixé : pied de poteau, console, garde-corps, support de tuyauterie ou d'équipement. Elle se choisit dans un catalogue, mais elle se calcule : une cheville mal dimensionnée ne casse pas toujours par l'acier, elle arrache souvent un cône de béton ou fend le support près d'un bord. Ce guide présente les types de chevilles, les modes de ruine à vérifier selon l'Eurocode 2 partie 4 (EN 1992-4), un exemple de calcul chiffré et les contrôles à faire sur chantier.
Les types de chevilles métalliques
| Type | Principe | Usages courants |
|---|---|---|
| Cheville à expansion par vissage (goujon d'ancrage) | Le serrage tire un cône qui écarte une bague contre la paroi du trou | Platines, consoles, rails, charges moyennes à fortes |
| Cheville à expansion par frappe | Une douille est écartée en frappant un cône interne | Suspentes, tiges filetées en plafond |
| Cheville à verrouillage de forme (à contre-dépouille) | La cheville s'ancre dans une contre-dépouille usinée au fond du trou | Charges lourdes, béton fissuré, sollicitations sismiques |
| Vis à béton | Le filet taille son propre pas dans le béton | Fixations rapides, démontables, faibles distances aux bords |
| Scellement chimique | Une tige filetée ou un fer à béton est collé par une résine | Fortes charges, faibles entraxes, reprises de béton, maçonnerie |
Les chevilles sous Évaluation Technique Européenne (ETE) sont accompagnées d'une fiche qui donne leurs résistances caractéristiques, leurs distances minimales et leur domaine d'emploi : béton fissuré ou non, catégorie sismique C1 ou C2, résistance au feu. Ces valeurs sont les seules à utiliser dans un calcul. Pour une fixation de structure, on choisit une cheville qualifiée pour le béton fissuré, car les zones tendues d'un béton armé le sont presque toujours.
Les modes de ruine à vérifier
Le dimensionnement consiste à vérifier que l'effort de calcul reste inférieur à la résistance de chaque mode de ruine possible. En traction :
- Rupture de l'acier de la cheville ou de la tige ;
- Extraction-glissement : la cheville sort de son trou sans casser le béton (valeur donnée par l'ETE) ;
- Cône de béton : un cône de béton est arraché autour de la cheville, souvent le mode déterminant ;
- Fendage du support quand il est mince ou que la cheville est proche d'un bord ;
- Rupture combinée extraction-cône pour les scellements chimiques.
En cisaillement : rupture de l'acier (avec ou sans bras de levier), effet de levier (épaufrure du béton côté opposé à la charge) et rupture du bord de béton quand la cheville est proche d'une rive chargée vers celle-ci.
Calcul d'une cheville selon l'EN 1992-4
Résistance de l'acier
N Rk,s = As × fuk puis N Rd,s = N Rk,s / γMs, avec As la section résistante de la tige, fuk sa résistance à la rupture et γMs = 1,2 fuk / fyk ≥ 1,4.
Résistance au cône de béton
Pour une cheville isolée, loin des bords :
N⁰ Rk,c = k1 × √fck × hef^1,5 (en N, avec fck en MPa et hef en mm), où k1 = 7,7 en béton fissuré et 11,0 en béton non fissuré.
Pour un groupe ou près d'un bord, cette valeur est multipliée par le rapport des aires de cônes Ac,N / A⁰c,N, avec A⁰c,N = (3 hef)², et par des coefficients qui tiennent compte des bords, de l'excentricité de la charge et d'un ferraillage dense. On divise ensuite par γMc = 1,5.
Extraction et fendage
La résistance à l'extraction-glissement N Rk,p et les conditions de non-fendage (épaisseur minimale du support, distances critiques) sont propres à chaque produit : on les lit dans l'ETE de la cheville.
Interaction traction et cisaillement
Rupture de l'acier : (N Ed / N Rd)² + (V Ed / V Rd)² ≤ 1 · Autres modes : (N Ed / N Rd)^1,5 + (V Ed / V Rd)^1,5 ≤ 1, en prenant pour chaque effort le mode le plus défavorable.
Exemple : platine à 4 chevilles M12
Platine fixée par 4 goujons d'ancrage M12 de classe 8.8, profondeur effective hef = 70 mm, entraxes s = 150 mm dans les deux directions, loin des bords (c ≥ 1,5 hef = 105 mm). Béton C25/30 considéré fissuré. Effort de traction total N Ed = 30 kN, réparti également, soit 7,5 kN par cheville.
| Vérification | Calcul | Résultat |
|---|---|---|
| Acier, par cheville | 84,3 mm² × 800 MPa = 67,4 kN ; γMs = 1,2 × 800 / 640 = 1,5 | N Rd,s = 44,9 kN ≥ 7,5 kN · taux 17 % |
| Cône, cheville isolée | 7,7 × √25 × 70^1,5 | N⁰ Rk,c = 22,5 kN |
| Aire du cône isolé | (3 × 70)² | A⁰c,N = 44 100 mm² |
| Aire du groupe | (150 + 210)² | Ac,N = 129 600 mm², rapport 2,94 |
| Cône, groupe de 4 | 22,5 × 2,94 / 1,5 | N Rd,c = 44,2 kN ≥ 30 kN · taux 68 % |
| Extraction | Valeur N Rk,p de l'ETE du produit | À vérifier sur la fiche |
Le cône de béton est ici le mode déterminant, bien avant l'acier : passer à une cheville plus grosse sans augmenter la profondeur d'ancrage n'apporterait presque rien. Si la platine reprend aussi un cisaillement utilisant 40 % de sa résistance béton, l'interaction donne 0,68^1,5 + 0,40^1,5 = 0,56 + 0,25 = 0,81 ≤ 1 : la fixation est vérifiée.
Dans le même exemple en béton non fissuré, k1 = 11,0 donnerait N⁰ Rk,c = 32,2 kN, soit 43 % de plus. D'où l'importance de ne retenir cette hypothèse que si l'absence de fissuration est justifiée.
Distances aux bords, entraxes et épaisseur du support
- Distance au bord critique c cr,N ≈ 1,5 hef en traction : en dessous, la résistance du cône diminue ; sous la distance minimale de l'ETE, la pose est interdite.
- Entraxe critique s cr,N ≈ 3 hef : en dessous, les cônes se recouvrent et le groupe résiste moins que la somme des chevilles.
- Épaisseur minimale du support h min, donnée par l'ETE, pour éviter l'éclatement de la face arrière et le fendage.
- Cisaillement vers un bord : la rupture de rive est souvent déterminante pour les platines en bout de poutre ou de voile.
Contrôles à la pose
- Perçage au diamètre et à la profondeur de l'ETE, avec le mode de perçage prescrit (percussion, diamant) ; attention aux aciers du béton armé, à ne pas couper sans accord du bureau d'études.
- Nettoyage du trou, indispensable pour les scellements chimiques : un trou poussiéreux peut diviser la résistance.
- Couple de serrage au couple de l'ETE avec une clé dynamométrique ; un serrage insuffisant empêche l'expansion.
- Temps de durcissement de la résine respecté avant mise en charge, en fonction de la température.
- Essais de traction sur site quand le support est incertain (béton ancien, maçonnerie) ou que le marché l'exige.
- Corrosion : acier zingué en intérieur sec, inox A4 en extérieur ou en ambiance marine.
Nos services : calcul des fixations et pieds de poteaux
Omnipave vérifie les ancrages dans ses notes de calcul de charpente métallique et d'équipements : pieds de poteaux articulés et encastrés, consoles, supports de gaines et de machines, garde-corps, avec les chevilles et tiges d'ancrage adaptées au support et à la sismicité du site. Nous fournissons la note de calcul, les plans de platines et les prescriptions de pose.
Pour un devis, envoyez les efforts ou le plan de l'élément à fixer et la nature du support : réponse sous 48 heures, demander un devis.
Questions fréquentes
Comment calculer une cheville métallique ?
On vérifie chaque mode de ruine avec l'Eurocode 2 partie 4 : rupture de l'acier, extraction, cône de béton et fendage en traction ; acier, effet de levier et rupture de bord en cisaillement ; puis l'interaction des deux. Les résistances propres au produit sont lues dans son Évaluation Technique Européenne.
Quel est le mode de ruine le plus fréquent ?
Pour les chevilles courantes à faible profondeur d'ancrage, c'est souvent l'arrachement d'un cône de béton, avant la rupture de l'acier. Augmenter la profondeur d'ancrage ou l'entraxe est alors plus efficace que prendre un diamètre supérieur.
Quelle distance au bord pour une cheville ?
La distance critique en traction est de l'ordre de 1,5 fois la profondeur d'ancrage. En dessous, la résistance diminue ; sous la distance minimale indiquée dans l'Évaluation Technique Européenne du produit, la pose n'est pas autorisée.
Cheville mécanique ou scellement chimique ?
La cheville mécanique se met en charge immédiatement et convient à la plupart des platines. Le scellement chimique accepte des entraxes et des distances au bord plus faibles et de fortes charges, mais il exige un nettoyage soigné du trou et un temps de durcissement avant chargement.
Pourquoi choisir une cheville pour béton fissuré ?
Parce que le béton armé fissure dans les zones tendues. Une cheville qualifiée seulement pour béton non fissuré peut perdre une grande part de sa résistance si une fissure traverse le trou. Pour les fixations de structure, on retient donc une cheville qualifiée béton fissuré.