Revue Construction MtalliqueRfrence
ASS-REG 1-99
BOULONS NON-PRCONTRAINTS ET PRCONTRAINTS DANS LE BTIMENTpar E.
GREFF
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1. INTRODUCTION La prsente analyse a pour but de traiter de la
connaissance et des pratiques ayant cours en France en matire de
boulonnerie dans la construction mtallique. Dans ce document nous
nous proposons de comparer lenvironnement normatif aux exigences de
Qualit et Scurit dans le btiment et faisons ltat des rponses
apportes par la Marque NF ainsi que les garanties complmentaires
offertes par un fabricant franais.
2. ENVIRONNEMENT NORMATIF
2,1. Boulons non prcontraints (dits normaux ou ordinaires ) Il
sagit de boulons impropres au serrage contrl pour la construction
mtallique, donc non utilisables en prcontrainte. Ces boulons sont
exclusivement utiliss dans le cas defforts de cisaillement, de
traction ou dune combinaison de ces deux sollicitations. Ils sont
gnralement de Classes de qualit 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8, 8.8
et 10.9, les trois dernires Classes tant les plus couramment
utilises. Nota : Il est important de ne pas confondre ces produits
avec les boulons haute rsistance aptes la prcontrainte (dnomms HR
8.8 et HR 10.9 ).
E. GREFF Ingnieur Chef Produit Socit GFD
CENTRE TECHNIQUE DE LA CONSTRUCTION
INDUSTRIEL MTALLIQUE
Domaine de Saint-Paul, 78470 Saint-Rmy-ls-Chevreuse Tl.:
01-30-85-25-00 - Tlcopieur 01-30-52-75-38
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-992,11. Caractristiques mcaniques Les caractristiques
mcaniques minimales des boulons non prcontraints, ainsi que les
programmes et les mthodes dessais, sont dfinis par les normes NF EN
20898-1 pour la vis et NF EN 20898-2 pour lcrou. Les
caractristiques mcaniques peuvent tre obtenues, soit par crouissage
du mtal (Classe 6.8), soit par traitement thermique (Classes 8.8 et
10.9). Les garanties de performances portent essentiellement sur
les caractristiques suivantes :
2
limite dlasticit, rsistance et allongement de la vis, par le
biais de lessai de traction sur vis, avec et sans cale biaise,
duret de la vis et de lcrou, charge dpreuve sur la vis et lcrou,
rsilience sur les vis de Classes de qualit 8.8 et 10.9 ; cet essai
tant ralis temprature ambiante sur une prouvette entaille en U,
usine dans la partie filete.
2,12. Caractristiques dimensionnelles Les caractristiques
dimensionnelles des boulons non prcontraints sont dfinies dans les
normes NF EN 24014 ou NF EN 24017 pour la vis et NF EN 24032 pour
lcrou. Les caractristiques particulires concernant les filetages
des vis et crous galvaniss chaud sont prcises dans les normes ISO
965-4 et ISO 965-5 ainsi que dans la future norme ISO 10684.
2,13. Caractristiques de mise en uvre Les valeurs de rsistance
au cisaillement et de rsistance la traction sont calcules en
application : soit des Rgles CM66 (DTU P 22701 et Additif 80),
intgrant les normes NF P 22430 (pour les calculs) et NF P 22431
(pour lexcution), soit de lEurocode 3 (norme exprimentale P 22311).
Ces valeurs sont diffrentes suivant lune ou lautre mthode
utilise.
2,131. Rsistance au cisaillement NF P 22430 (chapitre 6,32 de la
norme) plan de cisaillement dans la partie filete VAs = (red .
As)/1,54
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-99 plan de cisaillement dans la partie lisse de la
tige VA = (red . A)/1,54 P 22311 (tableau 6,53 de la norme) plan de
cisaillement dans la partie filete Classes de qualit 4.6, 5.6, 6.6,
8.8 ( ductiles ) FV,Rd = (0,6 . fub . As)/Mb Classes de qualit 4.8,
5.8, 6.8, 10.9 ( peu ductiles ) FV,Rd = (0,5 . fub . As)/Mb plan de
cisaillement dans la partie lisse de la tige (toutes Classes de
qualit) FV,Rd = (0,6 . fub . A)/Mb Les tableaux ci-aprs tablissent
la comparaison entre CM66 et Eurocode 3 pour les boulons de Classes
de qualit 6.8 et 8.8. COMPARAISON ENTRE NF P 22430 ET P 22311
Rsistance au cisaillement NF P 22430 Classe red N/mm2 410 Valeurs
de calcul N 410 = 266 1,54 410 = 266 1,54 550 = 357 1,54 fub N/mm2
600 P 22311 Valeur de calcul N 600 0,5 = 240 1,25 600 0,6 = 288
1,25 800 0,6 = 384 1,25
3
6.8 filet
6.8 ft
410
600
8.8
550
800
Remarques : le coefficient partiel de scurit (Mb = 1,25) est
introduit dans les rgles de calcul P 22311 (Eurocode 3 DAN), voir
chapitre 2 bases de calcul appendice de la norme. Ce coefficient
napparat pas explicitement dans la norme NF P 22430, la valeur de
la contrainte red ayant t spcifie de faon lintgrer directement. Il
ne doit pas tre pris en compte dans les valeurs minimales de
rsistance au cisaillement garantir sur le seul boulon. Pour la
Classe 6.8, la norme P 22311 utilise une contrainte de calcul plus
faible pour la partie filete de la vis (formage par crouissage,
sans traitement thermique) que pour la partie lisse de la tige
(ft), ceci afin de prendre en compte la ductilit rduite de la
partie filete et son incidence possible sur la rsistance au
cisaillement dans le cas dun assemblage multi-boulons.
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ASS-REG 1-992,132. Rsistance la traction NF P 22430 (chapitre
6,31 de la norme) N = (red As)/1,25 P 22311 (tableau 6,53 de la
norme) Ft,Rd = (0,9 fub As)/Mb avec Mb = 1,5
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(chapitre 2 bases de calcul appendice) Le tableau ci-aprs tablit
la comparaison entre CM66 et Eurocode 3 DAN pour les boulons de
Classes de qualit 6.8 et 8.8 :
COMPARAISON ENTRE NF P 22430 ET P 22311 Rsistance la traction NF
P 22430 Classe 6.8 8.8 red N/mm2 410 550 Valeurs de calcul N N =
328 As N = 440 As fub N/mm2 600 800 P 22311 Valeur de calcul N
Ft,Rd = 360 As Ft,Rd = 480 As
Remarque : pour des paisseurs de plats infrieures 0,7 d, il y a
lieu de vrifier la rsistance larrachement (Bp,Rd), suivant la norme
exprimentale P 22311-6.
2,133. Rsistance aux efforts combins NF P 22430 (N 2 + 2,36 (V
2/m)2) avec N red As
(red As)/1,25
m = nombre de plans de cisaillement Nota : si le plan de
cisaillement passe dans la partie lisse de la tige la section
rsistante As est remplacer par la section A. P 22311 (FV,Sd /FV,Rd)
+ (Ft,Sd /1,4 Ft,Rd) 1 et (Ft,Sd /Ft,Rd) 1
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ASS-REG 1-992,2. Boulons prcontraints (dits aussi boulons
serrage contrl ) Il sagit de boulons aptes la mise en uvre de la
prcontrainte par serrage contrl. Seules les Classes de qualit 8.8
et 10.9 sont concernes et le marquage spcifique HR figure
imprativement sur chaque lment du boulon (vis, crou et rondelles).
Lidentification HR distingue le boulon haute rsistance serrage
contrl des boulons normaux de classe de qualit identique. Sur le
plan europen, il existe des projets de norme de produit et dessai
daptitude au serrage en prparation. Ces projets de norme font
rfrence aux normes EN 20898-1 et EN 20898-2 pour les
caractristiques mcaniques. Remarque : Les boulons HR peuvent tre
utiliss en cisaillement lorsquils sont serrs comme des boulons
normaux ; les rondelles ne sont alors plus ncessaires. Dans le cas
de la norme NF P 22430, les rgles de lart interdisent la notion de
prcontrainte contrle. LEurocode 3 DAN permet leur utilisation comme
boulons normaux, mme lorsque serrs par serrage contrl.
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2,21. Caractristiques mcaniques Les normes NF E 27701 et NF E
27702 dfinissent les caractristiques mcaniques minimales ainsi que
les programmes et mthodes dessais. Ces normes traitent, la fois, de
la vis, de lcrou, de la rondelle et de lensemble boulon . La norme
NF E 27702 est spcifique lessai daptitude lemploi permettant de
dterminer le coefficient K de rendement du couple de serrage. Les
caractristiques mcaniques sont imprativement obtenues par
traitement thermique (trempe suivie dun revenu). Les garanties de
performances du produit portent sur les caractristiques suivantes :
limite dlasticit, rsistance et allongement de la vis par le biais
de lessai de traction sur vis (avec ou sans cale biaise), rsilience
sur vis ; cet essai est ralis la temprature de 20 C sur une
prouvette entaille en V, usine dans la partie filete, duret de la
vis, de lcrou et de la rondelle, charge dpreuve sur lcrou, aptitude
lemploi sur le boulon entier avec dtermination du coefficient K de
rendement du couple. 2,22. Caractristiques dimensionnelles La norme
NF E 27711 dfinit toutes les caractristiques des lments vis, crou
et rondelle, y compris les cotes particulires de filetage dans le
cas des boulons galvaniss chaud. 2,23. Caractristiques de mise en
uvre Les normes NF P 22460, NF P 22462, NF P 22463, NF P 22464, NF
P 22466 et NF P 22468 indiquent les modalits de mise en uvre des
boulons serrage contrl. Les valeurs de la prcontrainte de calcul
sont dfinies dans les normes NF P 22460 ou P 22311.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-99Les performances daptitude lemploi sont dtermines
suivant les exigences de la norme NF E 27702. Nota : les mmes
performances mcaniques minimales doivent tre garanties tant pour
les boulons non-protgs que pour les boulons galvaniss chaud. Pour
ce qui concerne lutilisation des rondelles, larticle 4.4 Pose des
boulons de la norme NF P 22463 fournit les prcisions suivantes :
4,41. Classe 1 (CM 66 btiment)
6
Rondelle sous crou : La rondelle sous crou est obligatoire
(lment tourn). Rondelle sous la tte de vis : Quand lpaisseur de la
pice sous la tte de la vis est infrieure ou gale la moiti du
diamtre du boulon, une rondelle sous tte doit tre prvue. Pour des
paisseurs plus importantes, les rondelles ne sont obligatoires que
si la mise en tension se fait par rotation de la tte de vis. 4,42.
Classe 2 (ouvrages dart) Les boulons sont poss avec deux rondelles,
lune sous la tte de la vis et lautre sous lcrou. Lors du serrage il
est impratif de tenir compte du couple prconis, ce dernier tant
directement li au lot homogne de boulons. Ce couple nest pas connu
priori mais issu des essais raliss sur le lot concern. Il est
toujours dtermin pour un serrage par rotation de lcrou.
2,3. Protection anticorrosion Les boulons normaux sont
gnralement protgs contre la corrosion par lectrozingage ou par
galvanisation chaud. Pour ce qui concerne lefficacit de la
protection par lectrozingage, se reporter au chapitre 4,1.
[Remarque]. Lors des oprations dlectrozingage ou de galvanisation
chaud il est ncessaire de prendre des prcautions particulires afin
dviter la fragilisation des vis de Classe de qualit 10.9 par
lhydrogne occlus. Les normes en vigueur imposent, dans ce cas, une
opration de dgazage des produits. Le Rglement Particulier de la
marque NF Boulons serrage contrl proscrit llectrozingage ainsi que
la prparation de surface des vis HR 10.9 NF par dcapage chimique
dans le cas de la galvanisation chaud. Cette prcaution permet
dviter le risque de la fragilisation par hydrogne du produit. La
protection par lectrozingage ne ncessite pas de cotes de filetage
ou de taraudage particulires.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-99Il y a nanmoins lieu de tenir compte des risques
dinterfrence au niveau des tolrances de filetage lorsque les
paisseurs de revtement avoisinent ou dpassent les 10 microns. La
galvanisation chaud, dont lpaisseur varie entre 60 et 100 microns,
requiert un amnagement des cotes de filetage avant revtement afin
de permettre lintgration de la couche de zinc. Pour ce faire, deux
techniques sont possibles : le taraudage en sur-cote de lcrou (AZ
ou AX) suivant la norme ISO 965-5. Dans ce cas, la vis devra
rpondre la qualit de filetage h ou g, avant revtement. Le fabricant
devra tenir compte de ce taraudage particulier ds la ralisation de
lbauche de lcrou en en majorant le diamtre dalsage. Pour mmoire,
les carts fondamentaux des positions AZ et AX par rapport la
position h sont calculs comme suit : AZ = 300 m + 20 P AX = 20 m +
220 P P tant le pas de filetage la minoration du filetage de la vis
(az) suivant la norme ISO 965-4. Dans ce cas lcrou devra rpondre la
Classe de qualit de taraudage H ou G, aprs revtement. Le fabricant
devra tenir compte de cette minoration lors de lobtention des
caractristiques mcaniques sous peine de ne pas pouvoir garantir les
valeurs minimales de rsistance imposes par les normes. Nota : Les
boulons HR serrage contrl sont exclusivement protgs contre la
corrosion par galvanisation chaud. Ladquation des cotes de filetage
et de taraudage est obtenue par le biais du taraudage en sur-cote
de lcrou (6 AZ ) suivant la norme NF E 27711. Les filetage et
taraudage des lments constitutifs des boulons non-prcontraints
galvaniss chaud sont raliss selon la mme technique. Le tableau
ci-aprs renseigne les particularits des cotes de filetage et de
taraudage caractrisant les qualits h, g, AZ et AX pour les diamtres
de boulons allant de 12 mm 24 mm.Diamtre Pas nominal d P mm mm 12
14 16 18 20 22 24 1,75 2 2 2,5 2,5 2,5 3 cart fondamental Filetage
externe vis Taraudage crou h g AZ AX m m m m 0 0 0 0 0 0 0 34 38 38
42 42 42 48 + 335 + 340 + 340 + 350 + 350 + 350 + 360 + 365 + 420 +
420 + 530 + 530 + 530 + 640 paisseur maximale de revtement pour les
combinaisons de filetage h/AZ h/AX g/AZ g/AZ m m m m 84 85 85 88 88
88 90 91 105 105 132 132 132 160 92 95 95 98 98 98 102 98 115 115
142 142 142 172
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-993. FAIBLESSES DU SUPPORT NORMATIF
3,1. Boulons non-prcontraints Les spcialistes de la construction
mtallique ont, maintes reprises, dnonc linadquation entre les
garanties offertes par les normes NF EN 20898-1 et NF EN 20898-2 et
celles rellement ncessaires pour une bonne utilisation des
produits. Les normes NF EN 20898-1 et NF EN 20898-2 dfinissent,
sparment, les composants vis et crou mais traitent de lensemble
boulon de manire insastifaisante ou incomplte. Tous les essais sont
raliss temprature ambiante (+ 20 C) alors que les produits peuvent
tre utiliss dans un intervalle de temprature allant, de 20 C + 60 C
dans les applications les plus courantes voire mme jusqu 50 C
(btiments frigorifiques et installations offshore) et + 300 C
(installations dincinration et chemines). Les insuffisances
majeures sont les suivantes : garantie de rsilience Le niveau de
rsilience est sensible aux variations de la temprature et chute
brutalement dans une zone critique (transition) situe entre 10 C et
60 C pour les matriaux gnralement utiliss en boulonnerie. Il est
galement tributaire de ltat structural du matriau et du type de
traitement thermique. Les boulons utiliss sur des structures
extrieures peuvent subir des variations de temprature allant jusqu
40 C alors que la norme NF EN 20898-1 ne fait rfrence qu la
temprature ambiante (+ 20 C). De plus, la garantie de rsilience ne
concerne que les Classes de qualit 8.8 et 10.9. Hormis les boulons
HR, le test impos est du type KCU (entaille en U), reconnu comme
tant moins pertinent que lessai KCV (entaille en V). garantie de
rsistance sur boulon entier Les normes NF EN 20898-1 et NF EN
20898-2 ne prvoient aucun test sur le boulon entier vis + crou
monts, tant pour ce qui concerne la rsistance la traction charge
maximale que pour la rsistance au cisaillement. Les rsistances la
traction et au cisaillement sont pourtant les fonctions
primordiales des boulons non-prcontraints et sont la base de calcul
des structures mtalliques. Actuellement, on compte sur lvaluation
de la vis et de lcrou, sparment, en supposant que lensemble, vis +
crou, aura ainsi un comportement suffisant. Seul un essai sur
boulon entier (vis + crou) permettrait den assurer la garantie.
garantie de mise en uvre Aucune recommandation prcise nest
formalise quant au serrage des boulons nonprcontraints. La norme E
25030 traite du cas des boulons usage mcanique et prconise, dans ce
cas, un serrage 85 % de la limite lastique. Cette norme nest pas
applicable en construction mtallique.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-993,2. Boulons prcontraints garanties daptitude
lemploi La matrise du coefficient moyen de rendement du couple de
serrage, K , nest pas dfinie. Les limites de dispersion des valeurs
individuelles de K par rapport la moyenne ne sont pas fixes.
3,3. Protection anti-corrosion
9 garanties sur boulons revtus Dans le cas des produits
galvaniss chaud, certaines conjugaisons entre des vis normales ou
filetes en sous-cote et des crous taraudage normal ou en sur-cote
sont incompatibles et prsentent mme des risques au niveau de la
scurit. La future norme ISO 10684 fournira toutes les prcisions
ncessaires ce sujet. Les traitements anti-corrosion sont souvent
raliss en sous-traitance linitiative de lutilisateur, et ce, sans
contrle posteriori, faute de moyens. Raliss sans prcautions et sans
connaissance du produit (analyse chimique de lacier et processus de
traitement thermique), ces traitements peuvent conduire de graves
dgradations des performances mcaniques et fonctionnelles des
boulons et prsenter des risques rels vis vis de la scurit. Nota :
il est important de rappeler que le fabricant, dont le sigle figure
gnralement sur les lments constitutifs du boulon, ne garantit les
produits qu ltat auquel il les commercialise. Toute modification ou
altration ultrieure du produit est de la responsabilit du
manipulateur (revendeur, utilisateur). Les dsordres les plus
frquemment rencontrs sur des boulons manipuls posteriori sont les
suivants : fragilisation des vis par lhydrogne du fait de labsence
de prcautions lors des oprations de prparation et de traitement de
surface, prise excessive de zinc et mauvaise adhrence du revtement
en galvanisation chaud du fait de la mconnaissance de la
composition chimique du matriau, dtrioration des caractristiques
mcaniques de la vis par leffet de revenu provoqu lors de limmersion
dans le bain de zinc dont la temprature est de lordre de 480 C
voire plus, dgradation de la tnacit des filets de lcrou par suite
du re-taraudage sur un filet prexistant non-appropri (exemple :
re-taraudage 6AZ dans un crou dj taraud 6H). Dans la plupart des
cas, un crou avec reprise de taraudage cde par arrachement des
filets lors de lessai de traction sur boulon entier, et ce avant
mme davoir atteint les performances minimales garantir. Lors dun
tel mode de ruine du boulon, la perte de rsistance en traction est
brutale, sans tre associe une dformation significative en
allongement et striction de la vis.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-99En fait, le mode ruine recherch, ltat ultime, est
une rupture lente accompagne dune plastification et dun allongement
de la vis permettant lensemble des lments de participer rsistance
de la structure. La figure ci-jointe donne un exemple de ces deux
modes de ruine. Puisque, dans la plupart des cas, les produits ne
sont plus re-contrls aprs manipulation , toute garantie de
performances devient illusoire.150 140
10Charge kN
Comportement normal - rupture de la vis
130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 Dplacement mm
6 8 10 Comportement dfaillant - arrachement des filets de lcrou
Fig. 1 Essais de traction sur boulons M 16 galvaniss chaud
3,4. Autres lments lotification et traabilit Larrt ministriel du
20 janvier 1995, portant mise en application obligatoire des
normes, met laccent sur la rglementation en matire de conformit des
produits et des dispositions de rpression des fraudes y affrentes.
Cet arrt fait galement rfrence la notion de lot de fabrication dans
son article 3. cas des boulons HR serrage contrl En ce qui concerne
les boulons HR, les exigences de lotification sont dfinies dans la
norme NF E 27701. Au chapitre 4,2., cette norme donne une dfinition
du lot homogne de fabrication : On entend par lot homogne de
fabrication un ensemble darticles de mmes dimensions (la longueur
tant exclue), issus de barres ou de fils provenant dune mme coule,
ayant subi simultanment la mme gamme de fabrication, le mme
traitement thermique et, sil y a lieu, le mme revtement.
Construction Mtallique, n 4-1999
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-99Par convention, on appelle mme traitement thermique
: dans le cas dun four continu, le mme cycle de traitement sans
modification de rglage, dans le cas dun four discontinu, le mme
cycle de traitement pour une mme charge. Ces lots doivent tre reprs
de faon permettre de retrouver, le cas chant, leur date de
fabrication et les caractristiques du lot dacier utilis (date,
conditions de fabrication, etc) . noter que cette dfinition nest
pas en accord avec les termes de la norme NF EN ISO/DIS 3269 : 1998
( paratre) vu lanciennet de sa version. Une ractualisation sera
ralise dans le cadre des travaux de normalisation europenne des
boulons aptes la prcontrainte. cas des boulons non-prcontraints Les
modalits de lotification des boulons non-prcontraints sont, ce
jour, mal dfinies voire pas du tout. Les normes tant en rvision ou
en cours de diffusion, une dfinition prcise permettra,
prochainement, de clarifier ce point. La norme NF EN ISO/DIS 3269 :
1998, paratre, dfinit le lot de fabrication comme suit : Quantit
dlments de fixation de mme dsignation (y compris le grade, la
classe de qualit et les dimensions), fabriqus partir de barres, de
fil ou de produit plat issus dune mme coule, ayant subi
simultanment et sans interruption le mme processus de fabrication,
le mme traitement thermique et, le cas chant, le mme revtement.
Note : Le lot de fabrication peut tre divis en plusieurs charges
pour des besoins de fabrication, puis ces charges peuvent nouveau
tre rassembles dans le mme lot de fabrication. garantie dcennale
Bien que la boulonnerie ne soit pas soumise E.P.E.R.S (garantie
dcennale) du fait de son caractre de produit standard , il reste
nanmoins vrai que des recherches de preuves de conformit aux normes
peuvent savrer ncessaires dans le temps. Ces recherches ne sont
possibles que dans la mesure o la traabilit demeure parfaitement
connue, notamment la lotification des lments, vis et crous. Or, le
numro de lotissement ne figure que sur ltiquette de lemballage et
ce dernier est dtruit aprs la mise en uvre des produits. De plus,
comme nonc plus haut, la dfinition de cette lotification est
insuffisamment prcise, ce jour. Pour sauvegarder ces informations,
il incombe lutilisateur darchiver la traabilit par un moyen adapt,
lui permettant de retrouver les lots de boulons ainsi que leur
positionnement sur la structure. Les techniques de report de la
traabilit, lorsquelles sont appliques, demeurent trs lourdes et
contraignantes pour lutilisateur.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-994. LES RPONSES DE LA MARQUE NF Certification
produit, dlivre par lAFNOR, la marque NF est une assurance de
QUALIT-SCURIT pour lutilisateur. Elle est une dmarche volontaire de
la part du fabricant, soucieux de fournir des produits de qualit
vrifie, homogne et constante. Elle implique un suivi permanent et
rigoureux de la qualit des produits ainsi que la parfaite matrise
des sous-contractants, sous la surveillance priodique dorganismes
externes, mandats par lAFNOR.
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La marque NF figure, en clair, par marquage indlbile, sur chaque
lment constitutif du boulon (vis, crou, rondelles) ainsi que sur
ltiquette didentification de lemballage. Lensemble des contrles et
essais est ralis sur chaque lot homogne de boulons, en cours de
fabrication et en final, ltat de livraison. La marque NF est
reconnue par les professionnels du Contrle Technique au travers de
la norme NF P 03100. Les marques NF, qui sont aujourdhui au nombre
de deux, ont t dveloppes par lAFNOR afin de rpondre, au mieux, aux
faiblesses de lenvironnement normatif en matire de boulonnerie
destine la construction mtallique. Les caractristiques des produits
certifis NF sont, en tout point, conformes aux normes franaises en
vigueur et respectent, de plus, les critres complmentaires de
performances et garanties dicts dans les Rglements Particuliers NF,
leur permettant de rpondre aux exigences de QUALIT SCURIT les plus
contraignantes. Les deux Rglements Particuliers NF couvrent les
classes de qualit de boulons couramment utiliss dans la
construction mtallique : Rglement Particulier de la marque NF n NF
273 Boulonnerie non-prcontrainte destine la construction mtallique
H6.8 NF et H8.8 NF, Rglement Particulier de la marque NF n NF 070
Boulonnerie serrage contrl HR 8.8 NF et HR 10.9 NF.
4,1. Boulons non-prcontraints Rglement NF 273 Les boulons
non-prcontraints sont labors dans les classes de qualit H6.8 NF et
H8.8 NF. Les tats de finition retenus sont : lectrozingu et
galvanis chaud. noter que, pour lheure, la finition brut na pas t
retenue, ceci afin dliminer tout risque de modification, par
manipulation ultrieure, de ltat de finition. Labsence de la version
brut ne semble pas gnante dans la construction mtallique puisque
les utilisateurs ont, de plus en plus, tendance sorienter vers
lutilisation de boulons lectrozingus et galvaniss chaud. Remarques
: llectrozingage est considrer comme une protection anti-corrosion
court-terme permettant dviter loxydation des produits durant les
priodes de stockage et de montage sur chantier. Les charpentes
reoivent, en gnral, une peinture de finition aprs montage.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-99Llectrozingage prsente lavantage dune bonne
compatibilit avec les produits de mise en peinture, contrairement
la galvanisation chaud pour laquelle il est ncessaire dutiliser des
peintures appropries ou bien de procder un drochage pralable. Les
boulons non-prcontraints, rpondant aux exigences du Rglement
Particulier de la marque NF 273, offrent les garanties de
caractristiques mcaniques complmentaires suivantes : garantie de
rsistance et dallongement Les niveaux diffrents de rsistance et de
limite dlasticit, dans le cas des boulons de Classe de qualit 8.8,
selon que les vis sont de diamtre infrieur ou suprieur 16 mm, sont
supprims pour les boulons H8.8 NF et ports aux valeurs maximales de
la norme NF EN 20898-1 pour tous les diamtres, savoir : rsistance
minimale la traction porte 830 N/mm2, limite dlasticit minimale
porte 660 N/mm2. La performance minimale dallongement des boulons
H6.8 NF est porte 12 % (au lieu de 8 %), soit une augmentation de
50 % par rapport la valeur fixe par la norme NF EN 20898-1, amenant
ainsi cette caractristique au niveau de la Classe 8.8. Nota : Il
est important de souligner que, compte tenu de la remarque faite en
2,13 concernant la ductilit rduite des boulons de Classe de qualit
6.8 selon norme P 22311, les boulons H6.8 NF sont aptes satisfaire
aux rgles de calcul applicables aux autres boulons. La minoration
de la contrainte de calcul na plus lieu dexister pour les boulons
H6.8 NF. La performance minimale dallongement des boulons H8.8 NF
est porte 14 % (au lieu de 12 %), soit une augmentation de 16,7 %
par rapport la valeur fixe par la norme NF EN 20898-1. Les valeurs
minimales de duret des crous H8 NF ont t augmentes par rapport
celles figurant dans la norme NF EN 20898-2, ceci afin de favoriser
le mode de ruine du boulon par rupture de la vis. Ces mmes crous
(H8 NF) sont galement utiliss pour les boulons de classe H6.8 NF,
permettant ainsi dexploiter au maximum les performances
particulires de la vis. garantie de rsilience Les essais de
rsilience ainsi que les performances minimales sont imposs par le
Rglement Particulier de la marque, NF 273. Chaque lot de matire
premire est test lors de sa premire mise en uvre. Le lot de matire
est dfini comme suit : un mme fournisseur dacier, une mme nuance
dacier, une mme coule dacier, un mme diamtre de fil machine, une
priode continue de livraison (5 jours calendaires).
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ASS-REG 1-99Les prouvettes de rsilience sont ralises sur vis
ltat de finition final, notamment dans le cas de la galvanisation
chaud. Les vis de Classe H6.8 NF sont testes par le biais
dprouvettes entaille en U, temprature ambiante. Le niveau minimal
de 28 joules dnergie de rsilience est garanti (pour mmoire, la
norme NF EN 20898-1 ne donne aucune garantie et nexige aucun
essai). Les vis de Classe H6.8 NF rpondent au critre de la Classe
8.8. Les vis de Classe H8.8 NF sont testes par le biais dprouvettes
entaille en V, la temprature de 20 C. Le niveau minimal de 40
joules dnergie de rsilience est garanti (pour mmoire, la norme NF
EN 20898-1 ne garantit que 30 joules, sur entaille en U et
temprature ambiante). Les vis de classe H8.8 NF rpondent au critre
de la Classe HR 8.8. garantie de rsistances sur boulon entier Deux
sries d essais conventionnels sont imposes dans le Rglement
Particulier de la marque NF n 273. rsistance la traction Lessai de
traction sur boulon entier, vis + crou monts, est ralis sur chaque
lot de boulons. Ce test est conduit jusqu rupture afin de vrifier
le mode de ruine qui doit se produire par rupture de la vis tant
que la valeur minimale de charge dpreuve de lcrou na pas t
atteinte. Pour mmoire, les valeurs minimales de charge dpreuve des
crous H8 NF sont les suivantes : 870 N/mm2 As pour les crous M8 et
M10, 880 N/mm2 As pour les crous M12 M16, 920 N/mm2 As pour les
crous M18 M20. La rupture de la vis doit, imprativement, se
produire dans la partie filete ou la partie lisse de la tige ;
aucune rupture au raccordement tte/tige ou ft/filet nest admise.
Pour mmoire, les valeurs minimales de charge en traction obtenir
sont les suivantes : 600 N/mm2 As pour les vis de Classe H6.8 NF,
830 N/mm2 As pour les vis de Classe H8.8 NF. Au-del de la valeur
minimale de charge dpreuve de lcrou la ruine du boulon peut tre de
type rupture de la vis ou bien arrachement des filets. rsistance au
cisaillement Les sries de test conventionnel de simple cisaillement
, ralises sur chaque lot de boulons, permettent de garantir les
valeurs de charge minimale en cisaillement, tant dans la partie
lisse de la tige que dans la partie filete.
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ASS-REG 1-99Les valeurs minimales de contrainte de cisaillement
garantir sur les vis lors de ces essais sont les suivantes : Classe
H6.8 NF, partie lisse de la tige : V2 = 600 0,6 A Classe H6.8 NF,
partie filete : V2 = 600 0,6 As Classe H8.8 NF, partie lisse de la
tige : V2 = 830 0,6 A Classe H8.8 NF, partie filete : V2 = 830 0,6
As A est la section rsistante nominale du ft, As est la section
rsistante nominale du filetage. Nota : Par rapport aux exigences de
la norme P 22 311, nous constatons que la valeur minimale requise
pour la vis H6.8 NF, dans la partie filete, offre une garantie
supplmentaire de scurit non-ngligeable. autres garanties Chaque lot
de boulons certifis NF est, de plus, contrl conformment aux
spcifications des normes en vigueur. Les essais normaliss effectus
sont les suivants : essai de traction sur vis avec interposition
dune cale biaise sous la tte afin de vrifier la tnacit de celle-ci
; aucune amorce de fissure ne devant apparatre dans le rayon de
raccordement aprs rupture de la vis. La cale biaise prsente une
pente de 10 %. Dans le cas de vis courtes (non-arrimables sur la
machine de traction) un test de rabattement de tte sur un bloc
inclin 10 degrs est effectu. essai de charge dpreuve sur vis et
crou en utilisant des bagues ou mandrins filets appropris. Les
mandrins filets utiliss sont les mmes, quil sagisse dcrous tarauds
en qualit 6H ou 6AZ. Cette pratique permet de garantir le mme
niveau de performance quel que soit ltat de finition des boulons (y
compris les boulons galvaniss chaud). essais de duret sur vis et
crous.
15
4,2. Boulons prcontraints Les boulons haute rsistance serrage
contrl sont labors dans les Classes de qualit HR 8.8 NF et HR 10.9
NF. Les produits sont disponibles dans les tats de finition brut et
galvanis chaud.
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ASS-REG 1-99Les boulons sont conformes aux normes NF E 27701, NF
E 27702, NF E 27711 et aux exigences particulires du Rglement
Particulier de la marque NF 070. Les dispositions particulires de
la marque NF imposent des niveaux de dispersion du coefficient K
trs restreints, tant pour ce qui concerne son homognit au sein dun
mme lot que pour sa continuit dun lot lautre. Le suivi de cette
dispersion est ralis par le biais de la mthode statistique
Baysienne. Cette mthode est dcrite dans la revue Construction
Mtallique n 4-1994.
16
4,3. Protection anti-corrosion
4,31. Galvanisation chaud Dans ltat actuel des performances des
installations de galvanisation chaud, il est difficile de matriser
la qualit constante du revtement sur des vis de diamtre infrieur 12
mm. De ce fait, les produits certifis NF ne sont disponibles qu
partir du diamtre 12 mm en finition galvanis chaud . Les vis
destines tre galvanises chaud ne sont pas sous-cotes. Les
caractristiques mcaniques sont, de ce fait, conserves au mme niveau
qu ltat brut . Les crous destins tre galvaniss chaud font lobjet de
fabrications spcifiques dont les gammes sont adaptes de manire
viter tout re-taraudage aprs revtement. (Pour exemple, le
re-taraudage en qualit 6AZ dun crou pralablement taraud en qualit
6H est nfaste pour les performances de rsistance larrachement des
filets). Le taraudage, en sur-cote normalise, 6AZ, permet daccepter
lpaisseur du revtement de zinc (60 80 microns) de la vis. Les
lments constituant les boulons sont contrls, lot par lot, tant du
point de vue de lpaisseur du revtement que de la montabilit de
lensemble. Le fabricant, ralisant le pr-montage des boulons, offre
la garantie de totale protection des filets de lcrous contre
loxydation grce au zinc prsent sur le filetage de la vis. Il donne
aussi la garantie de la totale compatibilit entre le taraudage de
lcrou et le filetage de la vis aprs revtement ainsi que la parfaite
montabilit. La prparation de surface des vis de Classe de qualit HR
10.9 NF, avant galvanisation chaud, est ralise par dcapage mcanique
afin dliminer tout risque de fragilisation par lhydrogne. Le
dcapage chimique (acide) est proscrit.
4,32. lectrozingage Lpaisseur de revtement (5 15 microns) est
compatible avec les tolrances de filetage / taraudage normales (6g
/ 6H).
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-99Seules les Classes de qualit H6.8 NF et H8.8 NF sont
concernes car non-sensibles la fragilisation par lhydrogne. Bien
que les normes en vigueur admettent llectrozingage de vis de Classe
de qualit 10.9, sous rserve de dgazage, lexprience montre que la
non-fragilisation nest pas garantie. De ce fait, ces boulons sont
exclus de la gamme de produits certifis NF. Dautre part, il est
important de rappeler que la marque NF interdit la finition
lectrozingue pour les boulons HR 10.9 NF.
4,4. Mise en uvre Le pr-montage des boulons permet dassurer la
montabilit vis/crou et de garantir la compatibilit entre les
qualits de taraudage et filetage dans le cas des boulons galvaniss
chaud. Il permet galement de protger le filet de la vis contre tout
choc ultrieur, durant le stockage et les manutentions, et empche
loxydation du filet de lcrou. Bien que la norme NF P 22463
permette, dans certains cas, lutilisation dune seule rondelle lors
de la mise en uvre des boulons HR, il est noter que la prsence de
la rondelle sous tte influe favorablement sur les performances du
boulon, savoir : suppression de leffet dentaille et des
concentrations de contraintes au niveau du rayon de raccordement
entre le dessous de tte et la tige, aplanissement dventuelles
asprits au niveau des surfaces de contact, rpartition homogne des
efforts de prcontrainte. La fourniture systmatique de deux
rondelles par boulon permet dviter les alas inhrents labsence de
rondelle.
17
4,5. Lotification et traabilit Du point de vue de la
lotification et de la traabilit, le Rglement Particulier de la
marque NF Boulons serrage contrl, n NF 070, complte la norme NF E
27701 en prcisant que le lot de boulons est compos de vis dun mme
lot homogne, dcrous dun mme lot homogne et de rondelles dun mme lot
homogne et que, de plus, le changement de lot de lun des composants
entrane un nouveau numro de lotissement de boulons. Le Rglement
Particulier de la marque NF Boulons non-prcontraints, n NF 273,
reprend la dfinition du lot de fabrication nonce dans la future
norme NF EN ISO/DIS 3269 : 1998 et la complte au titre du
lotissement des boulons comme prcis ci-dessus. La traabilit doit
tre imprativement concrtise par le report du numro de lotissement
sur les emballages, ceci conformment lArrt Ministriel du 20 janvier
1995. Ltiquetage prvu est clair et des plus complets. Il reprend
les informations suivantes : la dsignation du produit,
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-99 les dimensions et quantit par bote, la Classe de
qualit, les rfrences de certification NF et AFAQ, ltat de finition
(brut, lectrozingu ou galvanis), le numro de lotissement traabilit,
les normes de rfrence.
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Les marques NF imposent un archivage dtaill de tous les
paramtres qualitatifs, tant pour ce qui concerne les aciers
utiliss, le processus de fabrication et les contrles associs que
pour les phases sous-traites. La dure darchivage minimale impose
est de 10 ans.
5. LA TRAABILIT TOTALE La socit GFD, fabricant franais de
boulonnerie destine la construction mtallique, a rcemment entrepris
une dmarche visant donner totale satisfaction aux intervenants dans
lacte de construire. Le concept mis au point rpond lensemble des
critres et exigences dvelopps dans la prsente analyse et y intgre
la traabilit totale, par le biais du report du numro de
lotissement, de manire indlbile sur le produit. LAFNOR, trs attir
par cette nouveaut, qui prsente un grand intrt pour lutilisateur,
propose dintgrer celle-ci dans la prochaine rvision des Rglements
Particuliers (fin 1999). Nous entrerons ainsi dans le systme de la
traabilit totale. La traabilit totale est un atout essentiel pour
les utilisateurs uvrant dans des applications exigeant QUALIT et
SCURIT. Linscription, en relief ou en creux, du numro de
lotissement, sur la tte de chaque vis, assure, mme aprs montage, la
traabilit totale des boulons, directement et de manire indlbile,
sur les assemblages de la structure mtallique. Aucune autre
disposition particulire ne sera ncessaire en vue de la conservation
de la traabilit, notamment dans le cadre des garanties dcennales.
Nota : Les produits NF tant commercialiss sous forme de boulons
(vis + crou + rondelles le cas chant), imprativement conditionns
dans un mme emballage, seule la vis ncessite dtre marque du numro
de lotissement. partir de ce numro unique, le fabricant sait
rtablir la liaison complte et prcise avec les numros individuels
des lots de fabrication des vis, crous et rondelles. La rfrence un
numro de lotissement unique prsente lavantage, pour lutilisateur,
de navoir tenir compte que dun seul lment didentification, tant
pour son propre report de traabilit que pour ses relations avec le
fabricant.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
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ASS-REG 1-99Tout risque de confusion entre plusieurs
informations est exclu. Une telle traabilit totale exige, de la
part du fabricant, une rigueur extrme dans son organisation interne
et une parfaite matrise de ses sous-contractants. En respect des
exigences de la marque NF, ce numro de lotissement constitue une
vritable carte didentit des boulons certifis.
6. RFRENCES
19NF EN 20898-1 : Caractristiques mcaniques des lments de
fixation Partie 1 : boulons vis et goujons AFNOR indice de
classement E 25-100-1, dcembre 1991. NF EN 20898-2 :
Caractristiques mcaniques des lments de fixation Partie 2 : crous
avec charges dpreuves spcifies filetage pas gros AFNOR indice de
classement E 25-400-1, mars 1994. NF EN 24014 : Vis tte hexagonale
partiellement filetes Grades A et B AFNOR, indice de classement E
25-112, mai 1992. NF EN 24017 : Vis tte hexagonale entirement
filetes Grade A et B AFNOR, indice de classement E 25-114, juin
1992. NF EN 24032 : crous hexagonaux, style 1 Grades A et B AFNOR,
indice de classement E 25-407, juin 1992. NF E 27701 : Boulons
serrage contrl destins lexcution des constructions mtalliques
Spcifications techniques conditions de commande, de contrle et de
livraison AFNOR, octobre 1984. NF E 27702 : Boulons serrage contrl
destins lexcution des constructions mtalliques Essai daptitude
lemploi des boulons AFNOR, octobre 1984. NF E 27711 : Boulons
serrage contrl destins lexcution des constructions mtalliques
Boulons tte hexagonale, dimensions et tolrances AFNOR, octobre
1982. P 22311 (ENV 1993-1-1-DAN) : Pr-norme europenne octobre 1992
Eurocode 3 : calcul des structures en acier Partie 1-1 : rgles
gnrales et rgles pour les btiments AFNOR, indice de classement P
22-311, dcembre 1992. FD ENV 1090-1 : Pr-norme europenne fvrier
1995 Excution des structures en acier - Partie 1 : rgles gnrales et
rgles pour les btiments AFNOR indice de classement P 22-101-1,
dcembre 1996. NF P 22430 : Assemblage par boulons non-prcontraints
Dispositions constructives et calcul des boulons AFNOR, janvier
1982. NF P 22460 : Assemblage par boulons serrage contrl
Dispositions constructives et vrification des assemblages AFNOR,
juin 1979. ISO 965-4 : ISO general-purpose metric screw threads
Tolerances Part 4 : Limits of sizes for hot-dip galvanized external
threads tapped with tolerance position HorG after galvanizing. ISO
965-5 : ISO general-purpose metric screw threads Tolerances Part 5
: Limits of sizes for hot-dip galvanized internal threads to mate
with external threads with maximum size of tolerance position h
before coating.
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TECHNIQUE ET APPLICATIONS
ASS-REG 1-99Rgles CM 66 (DTU P 22701) : Rgles de calcul des
constructions en acier 11e dition 1982, ditions EYROLLES et CSTB.
Additif 80 (CM 66) Revue Construction Mtallique N 1, 1981, CTICM.
AFNOR : Rglement particulier : Marque NF Boulons serrage contrl NF
070. AFNOR : Rglement particulier : Marque NF Boulons
non-prcontraints pour la construction mtallique NF 273. Arrt
Ministriel du 20 janvier 1995 J.O.
20
Revue Construction Mtallique N 4 1994 CTICM. HEXA TECH, concept
de boulonnerie non-prcontrainte, H6.8 NF H8.8 NF et apte la
prcontrainte, HR 8.8 NF HR 10.9 NF, socit GFD.
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