Les 8 % et 14 % d’une rondelle biaise sont les chiffres de la poutre, pas ceux de la rondelle

Trois chiffres, aucun expliqué

Une rondelle carrée à section en coin porte plusieurs noms — rondelle biaise, rondelle cunéiforme, plaquette inclinée pour poutrelles. Les pages des distributeurs les classent selon la pente du coin, et trois chiffres reviennent :

Les pages qui les vendent s’arrêtent là. Elles ne disent pas pourquoi 8 et non 10, pourquoi le chiffre américain est un rapport alors que les allemands sont des pourcentages, ni comment décider si la surface que l’on a devant soi en demande une. Cette dernière question se tranche sur chantier, et elle a une réponse publiée.

Le seuil est 1:20, et il se lit gratuitement

Le Research Council on Structural Connections publie la Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts. L’édition du 11 juin 2020 est un PDF gratuit. La section 3.1, consacrée aux pièces assemblées, limite la géométrie avant de parler de rondelles :

La pente des surfaces des pièces en contact avec la tête de boulon et l’écrou doit être égale ou inférieure à 1:20 par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe du boulon. (traduction)

La section 6.1.1 indique le remède lorsque cette limite n’est pas respectée :

Lorsque la face extérieure de l’assemblage présente une pente supérieure à 1:20 par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe du boulon, une rondelle biaise ASTM F436 doit être utilisée pour compenser le défaut de parallélisme. (traduction)

Lues ensemble, les deux phrases tracent une limite nette. La section 3.1 autorise une pente égale à 1:20. La section 6.1.1 ne s’applique que si la pente est supérieure à 1:20. Une surface qui tombe exactement sur ce chiffre est dans le domaine autorisé et n’exige rien. Cette lecture compte plus loin, car un profilé de série tombe exactement là.

Ce qui fléchit, c’est le boulon

Le commentaire de la section 3.1 donne la justification, et le sujet de la phrase mérite l’attention :

Les ensembles de boulonnerie de construction sont en général assez ductiles pour se déformer, lors de la mise en précontrainte, jusqu’à épouser une surface dont la pente est inférieure ou égale à 1:20 par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe du boulon. Des pentes plus fortes ne sont pas souhaitables, car la flexion locale qui en résulte diminue à la fois la résistance et la ductilité du boulon. (traduction)

Deux conséquences en découlent. Une pente faible est absorbée par l’élément de fixation lui-même : l’ensemble se déforme jusqu’à la surface lors de la mise en précontrainte, et aucune rondelle n’a rien à faire. Au-delà de la limite, le problème n’est pas une rondelle manquante, mais un boulon fléchi localement, et le commentaire cite deux effets de cette flexion, pas un seul. La résistance et la ductilité baissent toutes deux.

La ductilité est celle que les résumés oublient. Un boulon qui a perdu de la résistance a une valeur plus basse. Un boulon qui a perdu de la ductilité a perdu l’avertissement qu’il aurait donné avant de rompre. Une seule des deux apparaît dans un calcul.

D’où viennent les pentes

Il y a plusieurs chiffres au lieu d’un parce que la rondelle copie quelque chose. Les anciens profilés laminés à chaud étaient fabriqués avec des faces intérieures d’aile inclinées, l’inclinaison facilitant le laminage. Le catalogue actuel des profilés d’ArcelorMittal imprime la pente sur la page de chaque famille, et les valeurs sont les suivantes :

En lisant la colonne du milieu de haut en bas, les désignations de rondelles cessent de ressembler à des normes indépendantes aux avis indépendants. Chacune est la moitié complémentaire d’une aile qui existait déjà. Le chiffre de la rondelle est celui de la poutre.

La troisième ligne casse la version bien rangée de cette histoire, et elle mérite qu’on s’y attarde. La série UPN n’a pas une pente. Elle a 8 % jusqu’à 300 mm de hauteur et 5 % au-dessus, imprimés en deux colonnes sur la même page du catalogue. Dire que « l’UPN est à 8 % » est juste pour l’essentiel de la série et faux en haut de gamme.

La norme de rondelle se divise là où se divise la poutre

Le manuel technique de fixations de REYHER contient un tableau d’identification des rondelles carrées, avec la pente et le nombre de rainures fraisées en travers de chacune :

DIN 6918 figure avec deux pentes, 8 % et 5 %, et ce sont précisément les deux pentes de la série UPN. La norme de rondelle se divise là où se divise la norme de poutre. C’est à peu près la preuve la plus directe de la thèse de cet article, et elle vient d’un manuel sur les rondelles, pas d’un document sur les poutres.

Le nombre de rainures sert à l’identification sur le terrain. Sur une pièce de quelques millimètres d’épaisseur, on ne distingue pas 8 % de 14 % à l’œil, alors les normes placent sur la face un repère que l’on peut compter : deux rainures pour 8 %, une pour 14 %.

Vérifier la pente à partir des dimensions

La même page du manuel donne les dimensions et écrit l’épaisseur sous forme de deux valeurs, côté épais et côté mince, à côté des deux longueurs de côté. Cela suffit pour retrouver la pente sans se fier à l’en-tête. Pente = (épais − mince) ÷ b ; nous l’avons calculée pour chaque taille imprimée :

Le calcul retrouve les deux chiffres annoncés sur toute la gamme, avec la dispersion attendue pour des dimensions arrondies au dixième de millimètre. M8 est l’écart le plus grand dans les deux colonnes ; la taille figure ici au lieu d’être écartée, car un tableau qui ne montrerait que les tailles concordantes ne serait pas une vérification.

Cette vérification était possible parce que ce manuel nomme ses colonnes. Une autre fiche de distributeur pour DIN 434 contient un tableau complet de M8 à M27 et ne définit aucune de ses colonnes ; le même calcul tenté de trois façons a donné des résultats entre 5 % et 9 %, ce qui mesure les définitions manquantes et non la pièce.

Pentes et seuil dans la même unité

Le seuil est un rapport, la plupart des pentes sont des pourcentages, et cela suffit à masquer la comparaison. La conversion est une opération que chacun peut refaire :

Les familles à ailes inclinées sont au-dessus de la limite, ce qui valide l’ensemble du dispositif : ces rondelles existent parce que les surfaces auxquelles elles sont destinées dépassent ce qu’un boulon absorbe seul. La deuxième ligne est la plus intéressante. Une aile d’UPN 320 ou d’UPN 400 est à 5 %, soit exactement 1:20, et la section 6.1.1 s’applique aux pentes supérieures à 1:20.

Deux documents de pays et de systèmes différents aboutissent au même chiffre, et nous n’avons aucune preuve que l’un ait été rédigé en pensant à l’autre. Ce que l’on peut dire, c’est ce que chacun dit de son côté, et qu’ils s’accordent sur le point où un boulon cesse de suivre.

Ce que cette page n’a pas établi

• Aucune norme DIN de rondelle n’a été lue. DIN 434, 435, 436, 6917 et 6918 sont payantes. Les pentes, nombres de rainures et dimensions proviennent du manuel technique de REYHER, un document de fournisseur de fixations et non la norme. Il concorde avec les autres documents de distributeurs que nous avons vérifiés.
• ASTM F436 n’a pas été lue. Le 1:6 et les profilés visés proviennent du catalogue d’acier et de fournisseurs. Aucune valeur de dureté, de dimension ou de matériau tirée de cette norme ne figure ici.
• EN 10365 ne contient pas les pentes. Les pourcentages sont imprimés par ArcelorMittal sur ses propres pages de catalogue, qui citent EN 10365:2017 pour les dimensions et EN 10279:2000 pour les tolérances. La valeur de pente est celle du lamineur.
• Nous n’avons pas vérifié les éditions 2024. Une contre-vérification a indiqué que DIN 434:2024-10 et DIN 435:2024-10 sont en vigueur et qu’aucune norme EN ou ISO ne les remplace. Les fiches de l’éditeur sont payantes ; nous ne l’avons donc pas confirmé nous-mêmes, et l’information est reprise ici comme une piste et non comme un fait.
• Le 1:20 relève de la boulonnerie de construction. Il régit les assemblages de construction à boulons à haute résistance et ne doit pas être transposé sans raison à l’assemblage mécanique général. Ce qui se transpose, c’est le mécanisme : un appui non perpendiculaire fait fléchir l’élément de fixation.

Une correction mérite d’être consignée. La première version de cette page affirmait que la série UPN est inclinée à environ 8 %, sans réserve. Une contre-vérification l’a signalé, le catalogue a confirmé le signalement, et l’exception s’est révélée plus intéressante que la généralisation.

La même géométrie, une taille en dessous

Rien de tout cela ne concerne les petites vis, et nous ne fabriquons pas d’acier de construction. Ce qui se transpose, c’est le mécanisme, pas le chiffre. Un appui non perpendiculaire à l’axe de la vis charge la tête d’un seul côté, et plus la vis est petite, moins elle en supporte — une bavure ou une dépouille de moulage peut représenter tout le budget d’erreur sous une tête M2. Notre page sur la spécification des rondelles traite de ce que fait et ne fait pas une rondelle plate, et de quel côté placer la rondelle traite du seul document qui répond à une question voisine posée sans cesse.

Cet article ne relève pas d’une seule des six étapes : il en traverse plusieurs ou intervient après l’assemblage. Les décisions qui y conduisent sont présentées dans l’article anglais Specifying a screw.

Questions fréquentes

Quand faut-il réellement une rondelle biaise ?

La RCSC Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts, édition 2020, section 6.1.1, exige une rondelle biaise ASTM F436 lorsque la face extérieure de l’assemblage présente une pente supérieure à 1:20 par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe du boulon. La section 3.1 fixe le même 1:20 comme limite pour les surfaces en contact avec la tête de boulon et l’écrou, et autorise une pente qui lui est égale. C’est une règle de boulonnerie de construction, pas une règle générale de conception mécanique.

Pourquoi 1:20 ?

Le commentaire de la section 3.1 l’explique par le boulon, et non par la rondelle : les ensembles de boulonnerie de construction sont en général assez ductiles pour se déformer jusqu’à une surface inclinée à 1:20 ou moins lors de la mise en précontrainte, et des pentes plus fortes ne sont pas souhaitables car la flexion locale qui en résulte diminue à la fois la résistance et la ductilité du boulon. Il cite donc deux pertes. La ductilité est celle que l’on omet d’ordinaire en répétant la règle.

L’aile d’un UPN est-elle à 8 % ?

Jusqu’à 300 mm de hauteur, oui. Au-delà de 300 mm, elle est à 5 %. ArcelorMittal imprime les deux sur la même page de catalogue, en deux colonnes séparées à h = 300. Côté rondelles, on retrouve la même chose : REYHER indique DIN 6918 avec deux pentes, 8 % et 5 %. Dire simplement que l’UPN est à 8 % est juste pour l’essentiel de la série et faux en haut de gamme.

Quelle est la différence entre DIN 434 et DIN 435 ?

Le tableau d’identification de REYHER donne DIN 434 à 8 % avec deux rainures et DIN 435 à 14 % avec une rainure, DIN 6917 à 14 % avec une rainure et DIN 6918 à 8 % ou 5 %. Le nombre de rainures sert à l’identification sur le terrain, car 8 % et 14 % ne se distinguent pas à l’œil sur une pièce de quelques millimètres d’épaisseur. Nous n’avons lu aucune de ces normes ; elles sont payantes.

EN 14399-6 remplace-t-elle DIN 434 et DIN 435 ?

Non, et la confusion mérite d’être nommée. EN 14399-6 couvre des rondelles plates chanfreinées pour la boulonnerie de construction précontrainte — des rondelles rondes avec un chanfrein au trou. Ce n’est pas une rondelle en coin avec une pente globale de 8 % ou 14 %. Les rondelles biaises trempées de la famille précontrainte de construction sont DIN 6917 et DIN 6918.

Les poutres modernes ont-elles besoin de rondelles biaises ?

Les profilés à ailes parallèles comme les IPE, la série HE et les UPE n’ont pas d’inclinaison sur la face intérieure de l’aile ; une rondelle plate y repose donc déjà à plat, et la question du 1:20 ne se pose pas pour la géométrie du profilé lui-même. Les rondelles biaises restent pertinentes pour les anciens profilés à ailes inclinées, ce qui explique qu’elles soient souvent une pièce de réparation plutôt qu’un article de stock.

Peut-on utiliser une rondelle plate sur une aile inclinée ?

Au-delà de 1:20, la spécification n’offre pas cette option ; elle exige la rondelle biaise pour compenser le défaut de parallélisme. Une rondelle plate sur un appui incliné laisse la tête porter sur un bord, ce qui est précisément la flexion locale dont le commentaire met en garde, et cette flexion réduit la résistance et la ductilité du boulon.

Références

• RCSC, Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts, June 11, 2020 — section 3.1 et son commentaire, section 6.1.1 (PDF gratuit)
• ArcelorMittal, Sections and Merchant Bars Sales Programme — pente d’aile imprimée par famille : IPN 14 %, UPN 8 % / 5 % séparés à h = 300, American Standard S 1/6, American Standard C env. 16⅔ % (PDF gratuit)
• REYHER, Technische Informationen TI/2020.04/DE — tableau d’identification des rondelles carrées (pente et nombre de rainures pour DIN 434, 435, 436, 6917, 6918) et tableau de dimensions utilisé pour la vérification par le calcul (PDF gratuit)
• ASTM F436/F436M, Hardened Steel Washers — fiche catalogue uniquement ; la norme elle-même n’a pas été lue
• Aspen Fasteners, Metric DIN 434 specification sheet — le tableau de dimensions aux colonnes non définies évoqué dans la partie calcul

Trois documents ont été téléchargés et lus intégralement pour cette page : la spécification RCSC (sections 3.1, 6.1.1 et commentaire de 3.1, cités mot pour mot puis traduits ici), le catalogue de profilés d’ArcelorMittal (les mentions de pente d’aile ont été repérées sur les pages IPN, UPN, S et C) et le manuel technique de REYHER (tableaux d’identification et de dimensions des rondelles carrées). Aucune des normes DIN de rondelles ni ASTM F436 n’a été lue ; toutes sont payantes, et les pentes, nombres de rainures et dimensions qui leur sont attribués ici sont ceux qu’impriment les documents de fournisseurs. Le calcul de pente est le nôtre : pente = (côté épais − côté mince) ÷ b, effectué pour chaque taille du tableau REYHER et publié en entier, y compris les deux plus grands écarts à M8. Le même calcul n’était pas possible sur la fiche d’Aspen Fasteners, qui ne définit aucune de ses colonnes et donne des résultats entre 5 % et 9 % selon la lecture. Les conversions de 1:20 en 5 % et de 1:6 en 16,7 % sont les nôtres. L’affirmation selon laquelle DIN 434:2024-10 et DIN 435:2024-10 sont en vigueur provient d’une contre-vérification que nous n’avons pas pu confirmer derrière l’accès payant de l’éditeur, et elle est signalée comme telle dans le texte.