Type de document

Rapports de recherche scientifique

Année de publication

2017

Langue

Anglais

Résumé

Les chutes de hauteur sont encore aujourd’hui une des causes majeures d’accidents du travail. Trop souvent, les travailleurs ne s’attachent pas, faute de point d’ancrage disponible, ou parce qu’ils trouvent que les points d’attache fixes restreignent trop leurs mouvements. Cette restriction peut toutefois être levée grâce aux systèmes de corde d’assurance horizontale (SCAH). Le présent rapport constitue la mise à jour du guide technique T-18 publié en 1991 et rend ce dernier caduc. Cette mise à jour était devenue nécessaire à la suite de l’introduction, en 2001, au Code de sécurité pour les travaux de construction (CSTC), de l’obligation d’équiper les cordons d’assujettissement d’un absorbeur d’énergie. De plus, puisque les ancrages des SCAH sont généralement flexibles, plutôt que rigides (une colonne structurale est un exemple d'ancrage rigide), il nous est apparu important d’en tenir compte dans la présente mise à jour. Ce rapport s’adresse principalement à des ingénieurs responsables de la conception des SCAH.

Un bref inventaire des méthodes analytiques existantes est présenté en début de document. Il apparaît que les méthodes proposées sont trop complexes ou qu’elles ignorent la flexibilité des ancrages. La méthode analytique proposée dans ce rapport est suffisamment simple pour être facilement programmée dans un tableur Excel, tout en prenant en compte la rigidité des ancrages. Pour les besoins de l’étude, la version du logiciel Excel utilisée comprenait des fonctions macros en Visual Basic (Visual Basic for Applications, VBA). Par ailleurs, une méthode de conception pour les câbles à travées multiples est proposée, alors qu’elle était absente du guide de 1991. Des abaques de calcul similaires à ceux présentés dans le guide précédent sont suggérés pour des câbles de 9,5 mm et 12,7 mm de diamètre. Enfin, un bref rappel est fait sur la méthode de calcul du dégagement nécessaire.

La méthode analytique présentée dans ce guide a fait l’objet d’une double validation : d’une part, par des essais dynamiques de chute et, d’autre part, par des simulations réalisées à l’aide d’un logiciel de structure (SAP2000). La campagne d’essais dynamiques de chute comprenait 42 tests où l’influence de plusieurs paramètres a été étudiée : portée, flexibilité des ancrages, diamètre du câble, flèche initiale. Comme attendu, on a observé expérimentalement que plus la rigidité de l’ancrage augmentait, plus la tension dans le câble était grande. Les résultats expérimentaux se comparent bien avec ceux de la méthode analytique simple intégrée dans le tableur. Celle-ci est par ailleurs plutôt conservatrice, aussi bien pour la tension que pour la flèche; elle peut donc être utilisée pour faire une conception sécuritaire des SCAH.

Des simulations numériques statiques et dynamiques ont été réalisées afin de reproduire les essais faits en laboratoire. L’écart entre les simulations numériques statiques non linéaires et celles du modèle analytique simple est très faible. La méthode analytique simple mise en œuvre avec Excel dans le tableur est donc très efficace et le passage à un modèle numérique statique n’apporte pas d’avantage significatif. Les résultats de la méthode analytique ont aussi été comparés à ceux du modèle numérique pour des essais non réalisés en laboratoire : absorbeur d’énergie gelé, SCAH à travées multiples. Le modèle analytique simple a donné des résultats tout à fait acceptables pour les câbles à travées multiples. Quant au modèle numérique dynamique, il estime fidèlement la tension et la flèche mesurées au laboratoire. L’intérêt d’une analyse dynamique est donc relativement limité comparativement à une analyse statique compte tenu du faible écart entre les résultats obtenus avec ces deux types d'analyse.

Enfin, le rapport montre qu’il est possible de programmer la méthode de calcul analytique dans un tableur Excel et d’y incorporer divers programmes de sécurité afin d’éviter des erreurs. Le tableur est également équipé d’une fonction de validation des ancrages flexibles qui correspond à la méthode de conception imposée par le Code de sécurité pour les travaux de construction (CSTC). Le tableur a été converti en un outil web, plutôt convivial, permettant à un utilisateur de déterminer la flèche, la tension dans le câble et les sections des potelets d’ancrage d’un SCAH en une minute environ, ce qui est nettement plus rapide que l’utilisation d’un logiciel de structure avancé et coûteux.

Abstract

Falls from heights are still a major cause of workplace accidents. Too often, workers don’t use lifelines because there is no anchor point available, or because they find that fixed anchor points limit their movements too much. This limitation can be overcome, however, with the use of a horizontal lifeline system (HLLS). This report is an update to and supersedes technical guide T-18, published in 1991. The update was necessitated by the obligation to equip lanyards with an energy absorber, added to the Safety Code for the Construction Industry (SCCI) in 2001. Furthermore, since HLLS anchoring systems are generally flexible, rather than rigid (a structural tower is an example of a rigid anchoring system), we felt it was important to take them into account in this update. This report is intended primarily for engineers who design HLLSs.

A brief review of existing analytical methods is given at the beginning. It concludes that the proposed methods are too complex or ignore the fact that the anchoring systems are flexible. The analytical method we propose here is simple enough to be easily calculated using an Excel spreadsheet, while taking into account the rigidity of anchoring systems. For the purposes of the study, the Excel version used included Visual Basic macros (Visual Basic for Applications, VBA). A method for designing multispan cables, missing from the 1991 guide, has also been added. Calculation nomograms similar to those presented in the earlier guide are suggested for 9.5 mm and 12.7 mm diameter cables. Last, there is a brief review of the method for calculating the required clearance.

The analytical method presented here has been validated in two ways: first, using dynamic fall tests and, second, with realistic simulations conducted using structural analysis software (SAP2000). The dynamic fall-testing campaign consisted of 42 tests that examined the influence of several parameters, including span, anchoring system flexibility, cable diameter and initial sag. As expected, we observed experimentally that the more rigid the anchoring system, the greater the tension in the cable. The experimental results were very comparable with those of the simple analytical method incorporated into the spreadsheet, which was actually rather conservative, in terms of both tension and sag; it may therefore safely be used to design HLLSs.

Static and dynamic digital simulations were done to replicate laboratory testing. The difference between nonlinear static digital simulations and those of the simple analytical model is very small. The simple analytical method using the Excel spreadsheet is therefore very effective and the switch to a static digital model has no significant advantage. The results from the analytical method were also compared with those of the digital model for testing not done in the lab: frozen energy absorber, multispan HLLS. The simple analytical model produced totally acceptable results for multispan cables. With regard to the dynamic digital model, it provides an accurate estimate of the tension and sag measured in the lab. The advantage of a dynamic analysis is therefore fairly limited, compared with a static analysis, given the small difference between the results obtained with the two types of analysis.

Last, the report shows that it is possible to program the analytical calculation method in an Excel spreadsheet and to incorporate various safety programs into it to prevent mistakes. The spreadsheet also has a flexible-anchoring-system validation function that corresponds to the design method required by the SCCI. The spreadsheet has been converted into a fairly user-friendly Web tool that enables users to determine cable sag and tension and the anchoring stanchion cross-section of an HLLS in about a minute, which is much faster than using sophisticated, expensive structural analysis software.

ISBN

9782896319411

Mots-clés

Filin d'amarrage, Lifeline, Conception du matériel, Design of equipment, Essai dynamique, Dynamic test, Modèle mathématique, Mathematical model, Protection contre les chutes de hauteur, Protection against falls from heights, Québec

Numéro de projet IRSST

2013-0092

Numéro de publication IRSST

R-971

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