Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2019
Langue
Français
Résumé
Malgré les réglementations nationales et internationales qui exigent de protéger les travailleurs exposés à un risque de chute, les chutes de hauteur restent l’une des principales causes de décès pour les travailleurs de la construction. Elles sont la deuxième cause d’accidents en ce qui a trait aux coûts (397 millions de dollars par an sur la période 2010-2012) et représentent 16,1 % des décès au travail en 2017. Les garde-corps temporaires sont un moyen efficace de protection contre les chutes de hauteur, par ailleurs, s’agissant d’un moyen de protection passif, ils permettent de maintenir une productivité élevée. La conception des montants et lisses des garde-corps temporaires métalliques ne pose pas de difficulté majeure et a notamment été étudiée lors d’un projet précédent de l’Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) (Lan et Daigle, 2011). Cependant, la résistance d’un système de garde-corps repose en partie sur leur fixation à la structure d’accueil. L’embase des garde-corps est généralement clouée ou vissée à la structure d’accueil. En ce qui concerne les garde-corps en bois installés sur des solives ajourées ou murs préfabriqués (lors de la construction du bâtiment), aucune étude n’a été menée à ce jour, il est donc difficile de s’assurer de leur résistance aux charges prescrites par le Code de sécurité pour les travaux de construction (CSTC) en vigueur au Québec. Pour les garde-corps métalliques généralement utilisés pour les travaux d’étanchéité sur des bâtiments existants, la résistance dépendra du fond de vissage, qui est souvent inconnu de l’entrepreneur. Il est possible d’effectuer une estimation de la résistance des garde-corps métalliques en se basant sur des formules empiriques caractérisant la résistance à l’arrachement des vis. Cependant, la variabilité de la résistance à l’arrachement établie selon ces formules empiriques peut être importante. De plus, les conditions du bois in situ sont la plupart du temps inconnues (type de bois, humidité, pourrissement, présence de nœuds). Ainsi, la résistance de la fixation de garde-corps sur des structures réelles est très souvent approximative. Les objectifs des travaux de recherche sont (i) de vérifier la résistance des garde-corps en bois fixés sur des structures neuves reconstituées en laboratoire, de type solives ajourées, (ii) de vérifier la résistance des garde-corps en bois fixés sur mur préfabriqué reconstitué en laboratoire, (iii) de comparer le comportement sous charges de garde-corps métalliques installés sur des toits plats de structures existantes de différents âges.
Lors de cette étude, 262 essais de résistance sur des garde-corps en bois construits à partir de 2 po x 4 po et fixés sur des solives ajourées ont été réalisés en laboratoire. Ces essais ont permis d’analyser l’influence des variables suivantes : hauteur du garde-corps (1 m ou 1,2 m), hauteur de la solive (9,5 po, 12 po, 14 po, 16 po), configuration d’essai (1 travée, 3 travées, 2 travées avec force appliquée directement sur le montant), et types de fixation (à l’aide de clous lisses, clous annelés, clous vrillés, vis à bois, tirefonds). L’influence de ces paramètres a aussi été étudiée en laboratoire lors de 98 essais de résistance pour des garde-corps en bois fixés sur un mur préfabriqué construit à partir de 2 po x 4 po. Au cours de ces essais sur solives ajourées et sur mur préfabriqué, la force horizontale était appliquée sur la lisse supérieure du garde-corps à l’aide d’un treuil manuel et mesurée à l’aide d’une cellule de charge et d’un système d’acquisition des données avec une fréquence de 10 Hz. La charge verticale était un poids mort appliqué sur la lisse supérieure du garde-corps. Enfin, 36 essais ont été réalisés sur le terrain avec des garde-corps métalliques installés sur des structures réelles : deux bâtiments (l’un de 2008 et l’autre de 2013), et quatre parapets différents (dimensions et construction différentes), tous en bon état avant les essais (taux d’humidité inférieur à 10 % et absence de dommage apparent). Trois modèles de garde-corps métalliques ont été mis à l’essai, dont deux avaient déjà fait l’objet d’une étude précédente en laboratoire. Pour ces garde-corps, plusieurs moyens de fixation sur les parapets ont été étudiés : fixation sur une face ou deux faces (avec serre-parapet ou plaque stabilisatrice), différents types de vis (vis noire, vis autotaraudeuse et tirefonds).
Les résultats des essais en laboratoire montrent que les résistances obtenues sont plus grandes pour des garde-corps de 1 m de hauteur et que la configuration d’essai la plus critique est celle où la force est appliquée directement sur le montant. Ces deux résultats étaient anticipés. De manière générale, les résistances obtenues sont plus importantes pour les solives de plus grandes dimensions alors que la hauteur de fixation ne semble pas avoir d’influence notable pour le mur préfabriqué. Dans ce dernier cas, les résultats observés sont probablement dus à la faible profondeur du fond de clouage (moins d’un pouce). Enfin, les résultats montrent que certains types de fixation offrent de meilleures résistances : lorsque le montant travaille sur son axe fort (ce qui n’est pas toujours évident à mettre en pratique en réalité), lorsque l’on utilise des vis à bois ou des tirefonds, ou lorsque l’on a recours à une équerre métallique en conjonction avec des clous lisses pour renforcer la fixation du montant à la structure d’accueil.
Les résultats des essais sur le terrain montrent une certaine influence du type de vis utilisé pour ancrer les bases des garde-corps, mais le nombre de vis utilisé au total demeure le paramètre le plus important. Il est primordial de respecter les instructions du manufacturier en ce qui a trait au nombre de vis à mettre en place. Aucun des essais avec une fixation sur une seule face du parapet n’a permis d’atteindre la résistance exigée par le CSTC. Pour des parapets de petites dimensions composés d’un panneau d’isolant qui dépasse du niveau de la toiture (ce qui représente le cas le plus critique), lorsque la fixation du montant fait appel à deux faces, les résistances obtenues permettent d’atteindre les exigences du CSTC. Certains types de garde-corps sont difficilement installables sur des parapets de petites dimensions, en conséquence, il est souhaitable de choisir un modèle de garde-corps avec des embases de fixations modulaires, permettant de s’adapter au plus grand nombre de situations possible.
Abstract
Despite national and international regulations requiring protection for workers at risk of falling, falls from heights are still a primary cause of death for construction workers. In fact, they are the second leading cause of accidents in terms of costs ($397 million a year for 2010 to 2012) and represented 16.1% of workplace fatalities in 2017. Temporary guardrails are an effective way to protect workers against falls from heights; being a passive means of protection, they do not interfere with worker productivity. The design of the vertical posts and railings of temporary metal guardrails does not pose any major problem and was studied in an earlier research project conducted by the Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) (Lan and Daigle, 2011). However, the strength of a guardrail system depends in part on how it is anchored to the support structure. Guardrail baseplates are usually nailed or screwed to the support structure. There have been no studies of wood guardrails installed on open-web joists or prefabricated walls (during building construction) to date, so it is hard to know their resistance to the loadings prescribed by the Safety Code for the Construction Industry (SCCI) in force in Quebec. For the metal guardrails generally used for waterproofing work on existing buildings, the strength depends on the fastening base, which the contractor often knows little about. The strength of metal guardrails can be estimated based on empirical formulas modelling the pull-out strength of the screws. However, the variability of the pull-out strength determined by these empirical formulas can be significant. Furthermore, the in situ conditions of the wood are very often unknown (type of wood, moisture, degree of rot, presence of knots). The strength of guardrail attachment to real structures is therefore very often approximate. The goals of the research were to (i) determine the strength of wood guardrails fastened to new open-web joist structures erected in the laboratory, (ii) determine the strength of wood guardrails fastened to prefabricated walls erected in the lab and (iii) compare the behaviour under load of metal guardrails installed on flat roofs of existing structures of various ages.
In the study, wood guardrails built with 2” x 4” lumber and fastened to open-web joists underwent 262 resistance tests in the lab. With these tests, the researchers were able to analyse the influence of the following variables: guardrail height (1 m or 1.2 m), joist height (9.5 in., 12 in., 14 in., 16 in.), test configuration (1 span, 3 spans, 2 spans with force applied directly to the vertical post) and types of securement (using smooth nails, ring shank nails, screw shank nails, wood screws, lag screws). The influence of these parameters was also studied in the lab when 98 resistance tests were run on wood guardrails attached to a prefabricated wall built out of 2” x 4” lumber. In these tests on open-web joists and a prefabricated wall, horizontal force was applied to the top plate of the guardrail using a manual winch and measured by means of a load cell and a data acquisition system with a frequency of 10 Hz. The vertical load was a dead weight applied to the top plate of the guardrail. Last, 36 tests were conducted in the field with metal guardrails installed on real structures: two buildings (one from 2008 and the other from 2013) and four different parapets (different dimensions and types of construction), all in good condition before the testing (moisture content of less than 10% and no visible damage). Three models of metal guardrail were tested, including two that had already been investigated in the lab in an earlier study. For these guardrails, several different means of attachment to parapets were studied: securement on one or two sides (with a parapet clamp or stabilizing plate) and with various types of screws (black screws, self-tapping screws and lag screws).
The results of the laboratory tests showed that the resistances obtained were greater for 1 m high guardrails and that the most critical test configuration was the one where force is applied directly to the vertical post. Both of these results were expected. Generally speaking, the resistances recorded were greater for larger joists, while the attachment height did not seem to have a notable influence for the prefabricated wall. In the latter case, the results observed were probably due to the lack of depth of the nailing base (less than an inch). Last, the results also showed that some types of attachment offer better resistance: when the vertical post is loaded about its strong axis (which is not as easy as it looks to put into practice in reality), when wood or lag screws are used, or when a metal brace is used along with smooth nails to strengthen the attachment of the post to the support structure.
The results of the field tests showed that the type of screws used to anchor the guardrail bases has a certain influence, but the total number of screws used in all remains the most important variable. It is essential to follow the manufacturer’s instructions regarding the number of screws to use. In the tests, none of the guardrails attached to just one side of the parapet achieved the resistance required by the SCCI. For small parapets consisting of an insulating panel that extends above the level of the roof (which represents the most critical case), when the post is attached on two sides, the resistances obtained did meet SCCI requirements. As some types of guardrails are hard to install on small parapets, it is better to choose a model of guardrail that has modular mounting plates that can be adapted to the greatest number of possible situations.
ISBN
9782897970543
Mots-clés
Dispositif d'amarrage, Anchoring device, Travail en hauteur, Work at height, Garde-corps, Railing, Protection contre les chutes de hauteur, Protection against falls from heights, Travaux de construction, Construction work, Résistance des matériaux, Strength of materials, Essai du matériel, Equipment testing, Détermination expérimentale, Experimental determination, Analyse par comparaison, Comparative analysis, Reglementation, Regulation, Méthode de travail et sécurité, Safe working method, Québec
Numéro de projet IRSST
2016-0018
Numéro de publication IRSST
R-1048
Citation recommandée
Galy, B. et Lan, A. (2019). Résistance des garde-corps en bois fixés sur des structures neuves et comportement sous charges de garde corps métalliques fixés sur des structures existantes (Rapport n° R-1048). IRSST.