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Dispositif de fixation avec sécurité augmenté pour objet ou autre charge à des parois en matière de haute ou faible densité ainsi que dans les briques creuses extrudées ou autres matériaux rigides utilisés en construction, ou autres applications.
Les systèmes existants ont des inconvénients Il existe de nombreux systèmes basés sur le principe de la dispersion de la force appliquée sur le dispositif dans la matière de la paroi par l'intermédiaire d'un corps traversé par des clous ou des tiges chassés dans la paroi. Leur inconvénient principal est que la résultante de la force appliquée sur le dispositif se traduit toujours dans la matière de la paroi uniquement dans la direction de l'axe de la force appliquée c'est à dire cette force se traduit par un effet de cisaillement des clous ou tiges dans la matière de la paroi en direction de la surface extérieure. De ce fait la charge de rupture de la matière dépendra directement de la profondeur de l'ancrage et du diamètre des clous ou tiges.
La présente invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications a pour but d'augmenter la charge limitée sur le dispositif et d'augmenter la sécurité dans le cas d'une surcharge qui entraîne la rupture de la matière de la paroi dans laquelle le dispositif est encastré. Cette charge de rupture est également appelée charge de "ruine".
L'application de l'invention sera principalement avantageux pour les ancrages travaillant en condition de cisaillement, oblique de 30 a 90 et cela dans le domaine de fixation dans des parois en matière de faible densité tel que béton cellulaire, carreaux de plâtre ainsi que dans des briques creuses, extrudées et autres.
Le principe consiste à répartir la force produite par la charge appliquée au point de fixation du corps du dispositif d'ancrage en trois directions dans la matière de la paroi afin d'agrandir la zone de tension ou de contrainte dans la paroi. Ces directions sont en premier un mouvement de rotation du corps en deuxième un mouvement de pénétration du corps vers l'intérieur de la paroi et en troisième dans l'axe du corps vers l'extérieur de la paroi dans le sens de la traction.
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L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide de dessins Les figures sont composées de deux vues, une vue de face et une vue de dessus. Le dispositif de fixation est constitue d'un corps central en métal ou autres matériaux rigide (Fig. 1-1) dans lequel sont prévus des trous de guidage (Fig.1-2) sous un angle prédéterminé pour faire passer des clous ou tiges. Les clous ou tiges (Fig. 3 - 1) seront chassés à travers les trous dans la masse ou matière de la paroi. (Fig.3-9) Les clous ou tiges ont d'un côté une pointe (Fig. 3- 2)pour faciliter le placement et du côté opposé un collet (fig. 3-3) comme arrêt pour empêcher le clou ou la tige de passer dans le trou de guidage.
Un des moyens de fixer l'élément est que la partie supérieure du corps central dirigé vers l'extérieur de la paroi comporte un relief rectangulaire (Fig. 1-3) au centre du quel il y a un trou avec un filet intérieur (Fig. 1-4). Sur le relief vient s'emboîter un élément important (Fig.2-1) qui va décentrer le point de fixation pour l'objet à fixer hors du centre du corps central.
L'élément possède une cavité rectangulaire (Fig.2-2) qui s'emboîte sur le relief du corps central (Fig. 1-3) . Du côte opposé il y a un trou avec un filet intérieur (Fig.2- 3). Ce trou deviendra le point de fixation par l'intermédiaire d'une vis ou un boulon(Fig 3-8 ) pour 1' objet ou charge a installer. L'élément possède en outre quatre entailles a la périphérie (Fig. 2-4) qui, quand l'élément est emboîté et fixé sur le corps, viennent se placer en face des trous de guidage pour permettre le passage des clous ou tiges.L'élément est fixé sur le corps central à l'aide d'une rondelle (Fig.3-4) et d'une vis (Fig.3-5) qui est vissée dans le trou fileté au centre du relief sur le corps central.(Fig.1-4) Deux exemples parmi de nombreuses variantes possibles sont ici exposés par un dessin.
Il s'agit toujours de déplacer le point de charge du dispositif (Fig.6-1)en dehors du centre de l'ensemble des clous ou tiges (Fig6-2) obtenir un mouvement de rotation autour du centre décrit. Le premier est de remplacer l'élément qui va décentrer le point de charge par l'ajoute d'une douille munie d'un filet intérieur soudé (Fig6-3) contre le diamètre extérieur du corps central (Fig. 6-4) qui va devenir le point de fixation de la charge. Le deuxième est d' augmenter le diamètre du corps pour permettre de décaler le centre des trous de guidage (Fig7-1) et de placer le point de fixation étant un trou avec filet intérieur (Fig7-2) du côté opposé du centre des trous de guidage près de l'extérieur du diamètre du corps .
Le principe de fonctionnement du dispositif.
Il est basé sur l'ajoute d'un élément qui va décentrer le point de fixation de l' objet à fixer hors du centre géométrique des trous de guidage des clous ou tiges et en corrélation avec l'élément on va déterminer l'angle des trous de guidage pour les
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clous ou tiges dans le corps central dans deux plans. Le premier dans le plan vertical : (fig.1-5) celui-ci va déterminer l'angle d'entrée des clous dans la masse de la paroi par rapport à l'axe central du corps. Le deuxième dans le plan horizontal ou sens de rotation (fig5-3). Ces angles peuvent varier d' après la profondeur de l'ancrage ou le type de matériaux de la paroi.
La combinaison des angles verticaux et horizontaux des trous de guidage doivent être tel que les sorties des trous de guidage dans la surface inférieur du corps doivent dépasser la position d'entrée des trous de guidage a la surface supérieur d'au moins un demi diamètre des clous ou tiges ( Fig 1-6 et 1-7 ) La corrélation des deux angles( Fig 1- 5 et 5-3) et l'addition d'un élément pour décentrer le point de fixation et la position angulaire spécifique des trous de guidage font que quand le dispositif est installé dans une paroi et chargé sur le point de fixation (fig5-1) le corps central présentera une tendance de rotation autour de son axe(Fig 5-2) tandis que la corrélation angulaire verticale et horizontale des clous ou tiges va provoquer en même temps une tendance de pénétration du dispositif vers l'intérieur de la paroi.(fig.5-6)
La résultante pratique est un effet de "tire- bouchon. Dans la (Fig.5- 4) l'effet de crochet latéral des clous ou tiges est visible dans le sens de rotation des pointes des clous. La force de rotation est transmise par les clous ou tiges dans la masse de la paroi et elle sera proportionnelle à la charge ou force appliquée sur le point de fixation du dispositif (fig5-1).
Dans la pratique il y a trois modes de charge ou de traction sur un dispositif de fixation Le premier est une traction ou charge dans le sens de l'axe du dispositif (Fig4-1) sous un angle de 0 a 30 (Fig 4-2) Le deuxième est une traction en oblique de 30 à 60 (Fig4-3) Le troisième est une traction en cisaillement de 60 à 90 (Fig4-4) Le dernier cas concerne en pratique la majorité des modes de fixation.
Les caractéristiques du dispositif sont différentes dans les trois modes.
Le fonctionnement du système dans le premier cas de0 a 30 est le cas le moins favorable. La traction directe sur le corps central(Fig 5-1) aura une tendance de rotation dans le contresens des pointes des clous, (Fig5-5 ) due à leur position angulaire. L'effet tire-bouchon est inversé et le corps central aura tendance a sortir de la paroi, mais comme il est immobilisé dans la matière (Fig3-9) par les clous ou tiges il leur faudra comprimer ou broyer cette matière. Dans le cas présent la résultante de la force initiale sur le corps et les clous ou tiges sera aussi en partie dispersée dans une direction latérale. Toutefois les résultats obtenus en laboratoire du ( Centre Scientifique et Technique de la Construction ) montre des résultats de loin supérieurs par rapport au système classique.
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Fonctionnement du système pour les cas en oblique et en cisaillement de 30 a 90 Comme dans le premier cas le corps est soumis a une force de rotation mais contrairement au précédent la direction de la rotation est dans le sens des pointes des clous ou tiges(Fig5-4) qui vont transmettre cette force dans la matière de la paroi proportionnellement a la force appliquée par la charge (fig5-1). Cette force de rotation sera la plus grande à un angle de 90 , et une grande partie de la résultante de la force initiale sera dirigée vers l'intérieur de la paroi. Dans le cas de surcharge du dispositif celui-ci aura la tendance à pénétrer dans la paroi en comprimant la matière. Cet effet va augmenter la charge de rupture du dispositif et en même temps la sécurité de la fixation de l'objet.
Dans le cas spécifique d'essais sur des briques creuse il se produit un effet unique A partir du moment de surcharge (premier bruit de cassure audible )la force de traction mesurer augmente de +/- 15% jusque le corps est complètement sortis de sa cavité dans la parois a partir de se ce moment la force de traction est encore supérieur a la valeur de traction initiale du moment de la surcharge ce ci est du au fait que il faut maintenant plier les tige en brisant les parois internes de la brique.
Quant aux essais de traction sur les dispositif dans les conditions entre 60 et 90 le dispositif ne sort pas de la paroi mais va broyer la matière interne de la brique.
Installation du dispositif.
Le dispositif est installé dans une cavité pratiquée dans la paroi du côté de 1 'objet à fixer.
Pour commencer on prend l'élément et on le présente sur la paroi avec le point de fixation a l'endroit prévu pour fixer l'objet (Fig 2-3 ) ceci en prenant soin que la force produite par la charge (Fig5-1) se trouve à l'horizontale sur l'axe entre le centre du trou rectangulaire(Fig5-2) et le centre du point de fixation de la charge de la charge (Fig5-1) puis on marque le contour du profil( Fig 2-1) et le centre du trou rectangulaire sur la surface de la paroi.
A cet endroit marqué et avec un outil adapté à couper dans le type de matière de la paroi on va pratiquer une cavité(Fig 3-6) avec un diamètre égal à celle du corps central du dispositif (fig.1-1). La cavité
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aura une profondeur égale à la hauteur du corps central plus I épaisseur de l'élément. Puis on dégage la partie marquée de l'élément (Fig3-7) en prenant soin de prévoir du jeu pour y loger la partie de l'élément dépassant le corps central (Fig3-4) Après avoir fixé l'élément sur le corps central on place l'ensemble dans la cavité en prenant soin de placer le point de fixation a l'endroit prévu.
Maintenant il y a deux possibilités : # Dans le cas d'une paroi en matière de faible densité on peut enfoncer les clous ou tiges (fig.3-1) à travers les trous de guidage dans la paroi pour fixer le dispositif dans la paroi.
# Dans le cas de matériaux durs : brique creuse, etc. on place le corps dans la cavité de la même façon , puis avec une mèche on fore un trou d'un diamètre légèrement plus petit que les tiges à travers le trou de guidage du corps central dans la matière de la paroi, ensuite on chasse une tige à mi-profondeur à travers le corps dans la paroi puis on fore un deuxième trou du côté opposé au premier et on chasse une deuxième tige après quoi on place les deux derniers de la même façon. Maintenant le dispositif est solidaire de la paroi et peut recevoir la charge de l'objet.
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Fastening device with increased safety for object or other load to walls of high or low density material as well as in extruded hollow bricks or other rigid materials used in construction, or other applications.
Existing systems have drawbacks There are many systems based on the principle of the dispersion of the force applied to the device in the material of the wall by means of a body traversed by nails or rods driven into the wall . Their main drawback is that the result of the force applied to the device is always reflected in the material of the wall only in the direction of the axis of the applied force, that is to say this force results in a shearing effect of the nails or rods in the material of the wall in the direction of the exterior surface. Therefore the breaking load of the material will depend directly on the depth of the anchor and the diameter of the nails or rods.
The object of the present invention as characterized in the claims is to increase the limited load on the device and to increase safety in the event of an overload which causes the material of the wall in which the device is recessed. This breaking load is also called "ruin" load.
The application of the invention will be mainly advantageous for anchors working in shear condition, oblique from 30 to 90 and this in the field of fixing in walls of low density material such as cellular concrete, plaster tiles as well as in hollow, extruded bricks and others.
The principle consists in distributing the force produced by the load applied to the point of attachment of the body of the anchoring device in three directions in the material of the wall in order to enlarge the zone of tension or stress in the wall. These directions are firstly a movement of rotation of the body, secondly a movement of penetration of the body towards the inside of the wall and thirdly along the axis of the body towards the outside of the wall in the direction of traction.
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The invention is explained below in detail using drawings. The figures are composed of two views, a front view and a top view. The fixing device consists of a central body of metal or other rigid material (Fig. 1-1) in which are provided guide holes (Fig. 1-2) at a predetermined angle for passing nails or rods . The nails or rods (Fig. 3 - 1) will be driven through the holes in the mass or material of the wall. (Fig. 3-9) The nails or rods have a point on one side (Fig. 3- 2) to facilitate placement and on the opposite side a collar (Fig. 3-3) as a stop to prevent the nail or the rod to pass through the guide hole.
One of the means of fixing the element is that the upper part of the central body directed towards the outside of the wall has a rectangular relief (Fig. 1-3) in the center of which there is a hole with an internal thread (Fig. . 1-4). On the relief comes an important element (Fig.2-1) which will decenter the fixing point for the object to be fixed outside the center of the central body.
The element has a rectangular cavity (Fig.2-2) which fits onto the relief of the central body (Fig. 1-3). On the opposite side there is a hole with an internal thread (Fig. 2-3). This hole will become the fixing point by means of a screw or a bolt (Fig 3-8) for the object or load to be installed. The element also has four notches on the periphery (Fig. 2-4) which, when the element is fitted and fixed on the body, are placed opposite the guide holes to allow the passage of nails or rods. The element is fixed to the central body using a washer (Fig. 3-4) and a screw (Fig. 3-5) which is screwed into the threaded hole in the center of the relief on the body central. (Fig.1-4) Two examples among many possible variants are shown here by a drawing.
It is always a question of moving the load point of the device (Fig.6-1) outside the center of all the nails or rods (Fig6-2) to obtain a rotational movement around the center described. The first is to replace the element which will center the load point by adding a socket provided with a welded internal thread (Fig6-3) against the outside diameter of the central body (Fig. 6-4) which will become the point of attachment of the load. The second is to increase the diameter of the body to allow the center of the guide holes to be offset (Fig7-1) and to place the fixing point being a hole with internal thread (Fig7-2) on the opposite side from the center of the holes guide near the outside of the body diameter.
The operating principle of the device.
It is based on the addition of an element which will offset the fixing point of the object to be fixed outside the geometric center of the guide holes of the nails or rods and in correlation with the element we will determine the angle of the guide holes for
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nails or rods in the central body in two planes. The first in the vertical plane: (fig. 1-5) this will determine the angle of entry of the nails into the mass of the wall relative to the central axis of the body. The second in the horizontal plane or direction of rotation (fig5-3). These angles can vary depending on the depth of the anchor or the type of wall material.
The combination of the vertical and horizontal angles of the guide holes must be such that the exits of the guide holes in the lower surface of the body must exceed the entry position of the guide holes in the upper surface by at least half a diameter of the nails or rods (Fig 1-6 and 1-7) The correlation of the two angles (Fig 1- 5 and 5-3) and the addition of an element to offset the fixing point and the specific angular position of the holes guidance means that when the device is installed in a wall and loaded on the fixing point (fig5-1) the central body will present a tendency of rotation around its axis (Fig 5-2) while the vertical and horizontal angular correlation of the nails or rods will at the same time cause a tendency of penetration of the device towards the interior of the wall. (fig.5-6)
The practical result is a "corkscrew effect. In (Fig.5- 4) the side hook effect of the nails or rods is visible in the direction of rotation of the nails tips. The rotational force is transmitted by the nails or rods in the mass of the wall and it will be proportional to the load or force applied to the fixing point of the device (fig5-1).
In practice there are three modes of load or traction on a fixing device The first is a traction or load in the direction of the axis of the device (Fig4-1) at an angle of 0 to 30 (Fig 4- 2) The second is an oblique pull from 30 to 60 (Fig4-3) The third is a shear pull from 60 to 90 (Fig4-4) The last case in practice concerns the majority of fixing methods.
The characteristics of the device are different in the three modes.
The operation of the system in the first case from 0 to 30 is the least favorable case. Direct traction on the central body (Fig 5-1) will have a tendency to rotate in the opposite direction of the tips of the nails, (Fig5-5) due to their angular position. The corkscrew effect is reversed and the central body will tend to come out of the wall, but as it is immobilized in the material (Fig3-9) by nails or rods they will have to compress or grind this material. In this case the result of the initial force on the body and the nails or rods will also be partly dispersed in a lateral direction. However, the results obtained in the laboratory of the (Scientific and Technical Center for Construction) show results far superior to the conventional system.
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Functioning of the system for oblique and shear cases from 30 to 90 As in the first case the body is subjected to a rotational force but unlike the previous one the direction of rotation is in the direction of the tips of the nails or rods (Fig5 -4) which will transmit this force in the material of the wall in proportion to the force applied by the load (fig5-1). This rotational force will be greatest at an angle of 90, and much of the result of the initial force will be directed into the interior of the wall. In the event of overloading of the device, it will tend to penetrate the wall, compressing the material. This effect will increase the breaking load of the device and at the same time the security of fixing the object.
In the specific case of tests on hollow bricks, a unique effect occurs. From the moment of overload (first audible cracking noise), the tensile force measured increases by +/- 15% until the body is completely out of its cavity in the walls from this moment the tensile force is still greater than the initial tensile value of the moment of the overload this is due to the fact that it is now necessary to bend the rods by breaking the internal walls of the brick.
As for the tensile tests on the device under conditions between 60 and 90, the device does not leave the wall but will grind the internal material of the brick.
Installation of the device.
The device is installed in a cavity in the wall on the side of one object to be fixed.
To start we take the element and we present it on the wall with the fixing point at the place provided to fix the object (Fig 2-3) taking care that the force produced by the load (Fig5-1 ) is located horizontally on the axis between the center of the rectangular hole (Fig5-2) and the center of the load fixing point of the load (Fig5-1) then mark the contour of the profile (Fig 2 -1) and the center of the rectangular hole on the surface of the wall.
At this marked location and with a tool suitable for cutting in the type of material of the wall, we will make a cavity (Fig 3-6) with a diameter equal to that of the central body of the device (fig.1-1). The cavity
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will have a depth equal to the height of the central body plus I thickness of the element. Then we release the marked part of the element (Fig3-7) taking care to provide clearance to accommodate the part of the element protruding from the central body (Fig3-4) After having fixed the element on the central body the assembly is placed in the cavity, taking care to place the fixing point at the intended location.
Now there are two possibilities: # In the case of a low density wall, you can drive the nails or rods (fig.3-1) through the guide holes in the wall to fix the device in the wall .
# In the case of hard materials: hollow brick, etc. we place the body in the cavity in the same way, then with a drill bit we drill a hole with a diameter slightly smaller than the rods through the guide hole of the central body in the material of the wall, then we drive out a rod at mid-depth through the body in the wall then a second hole is drilled on the opposite side to the first and a second rod is chased after which the last two are placed in the same way. Now the device is integral with the wall and can receive the load of the object.