Étaiement de sauvetage en tranchée : mythes ou science ? Partie 2

Par RON ZAWLOCKI

Une variété de conceptions d'étaiement pour le sauvetage en tranchée ont réussi à trouver leur place dans les services d'incendie. Peu ont été développés ou examinés par des ingénieurs professionnels, et encore moins ont été testés dans leur position de fonction (c'est-à-dire dans une tranchée). Plusieurs de ces conceptions ont été développées sur des prémisses qui ne sont pas fondées sur des principes d'ingénierie (science).

Lire la partie 1 ici.

La conception de systèmes pour retenir le sol doit être laissée aux ingénieurs professionnels. Les pompiers se sont aventurés "hors de leurs voies" en promouvant des conceptions d'étayage non éprouvées comme les systèmes d'étaiement ponctuel et de blocs de poussée. Ensuite, nous allons explorer deux de ces conceptions.

Récemment, une pratique non scientifique a commencé à imprégner les services d'incendie et de secours. La prémisse est que l'étayage sans l'utilisation de panneaux, connu sous le nom d'étayage ponctuel, peut être une pratique sûre lors d'incidents de sauvetage en tranchée. Il n'y a pas de principes ou de pratiques d'ingénierie ni de données tabulées du fabricant d'étayage qui soutiennent l'utilisation de l'étayage ponctuel dans les conditions de sol instables et dynamiques associées aux incidents de sauvetage dans les tranchées.

Bien que l'étayage ponctuel puisse être efficace dans des conditions de sol limitées, ces conditions ne peuvent pas être déterminées par des moyens d'essais visuels rapides ou sur le terrain. Malgré ces faits, la National Fire Protection Association (NFPA) a publié à tort l'exigence de performance professionnelle suivante dans NFPA 1006, Standard for Technical Rescue Personnel Professional Qualifications, édition 2021 : "12.3.7, Utiliser des techniques d'étaiement ponctuel pour soutenir le sol sans incorporer de montants ou panneaux dans le cadre du plan d'étayage, compte tenu d'un incident de tranchée, d'une boîte à outils de sauvetage de tranchée, de données tabulées et d'un plan d'étayage de tranchée, de sorte que le sol ne s'effondre pas.

Le mythe de l'étayage ponctuel suppose que l'étayage ponctuel ne sera utilisé que lorsque les conditions du sol sont appropriées. Pour que l'étaiement ponctuel soit considéré comme sûr, un membre hautement qualifié et expérimenté doit effectuer une analyse approfondie du sol. Les premiers intervenants peuvent effectuer une analyse visuelle des conditions qui peuvent déterminer rapidement et avec précision quand les conditions du sol pour un étayage sans incorporer de montants ou de panneaux (étaiement ponctuel) ne sont pas sûres.

(1, 2) Lorsqu'ils sont appliqués aux conditions de sol instables et dynamiques rencontrées lors de la plupart des incidents de sauvetage dans les tranchées, les rives ponctuelles et la peinture en aérosol orange sont tout aussi peu fiables et dangereuses. (Photos courtoisie de l'auteur.)

Ces conditions comprennent tout signe de sol actif (en mouvement), tel que l'effondrement de la paroi de la tranchée, le renflement, le soulèvement, l'écoulement, l'effritement et l'effritement. Malheureusement, lorsque ces signes ne sont pas facilement apparents, il n'est pas possible d'effectuer le type d'analyse de sol nécessaire pour déterminer rapidement et avec précision quand les conditions sont sûres pour les techniques d'étaiement ponctuel.

Le personnel des services d'incendie n'aura jamais assez d'expérience et ne sera jamais exposé à suffisamment de types de sols variés pour effectuer efficacement les types d'analyses de sol nécessaires pour déterminer ces types de sol. Cela conduit également à des situations où les premiers intervenants prennent des décisions hautement techniques qui affectent la sécurité des sauveteurs et des victimes piégées sans la formation, l'expérience et l'équipement appropriés. La mauvaise décision peut être mortelle.

Les conceptions d'étayage doivent, selon la loi, être réalisées par des ingénieurs professionnels (EP). L'étaiement ponctuel est une conception d'étaiement. À ce jour, nous n'avons pas été en mesure de trouver un seul PE qui ait produit une conception d'étaiement ponctuel à utiliser dans les conditions de sol faibles et instables rencontrées lors d'un incident d'effondrement de tranchée (sauvetage). Les raisons suivantes pour lesquelles les premiers intervenants n'utilisent pas l'étayage ponctuel ont été compilées à partir d'EP qui sont des experts en matière d'étayage de sauvetage en tranchée.

Principes géotechniques. Le Dr Oliver Taylor (PE/PhD), ingénieur géotechnicien de recherche au Centre de recherche et de développement des ingénieurs de l'armée américaine, a mené des recherches approfondies sur l'étayage ponctuel. Ses recherches ont duré près de 75 ans de publications académiques géotechniques et n'ont trouvé aucun support pour l'utilisation de rives ponctuelles dans des conditions de sol effondré (faible/instable). En fait, Taylor a conclu que les recherches publiées et en cours déconseillent fortement l'utilisation de rives ponctuelles sans renforts (montants) ou panneaux dans les scénarios de sauvetage en tranchée. En 2019, a-t-il déclaré, "les critères de conception géotechnique ainsi que divers départements d'État des transports [DOT] ne permettent pas l'utilisation de clous de sol ou de rives ponctuelles pour les conditions de sol de type C, en particulier pour les sols susceptibles de s'effondrer [c'est-à-dire une tranchée état de panne]."

Données tabulées du fabricant. Suite à un examen des données tabulées des quatre plus grands fabricants de vérins pneumatiques, PE Craig Dashner a conclu : "Les deux seuls fabricants qui spécifient des données tabulées pour l'étayage ponctuel sont Hurst/Airshore et Prospan. Dans leurs données tabulées, ces deux produits nécessitent le l'utilisation de tôles/panneaux dans un sol de type C ou en cas d'effritement. Étant donné qu'une rupture de paroi de tranchée serait considérée comme de l'effritement, les données tabulées Hurst/Airshore et Prospan nécessitent essentiellement une tôle dans tous les cas d'effondrement de tranchée. Paratech et ResQtec ne recommandent pas l'utilisation de rives ponctuelles dans des tranchées qui se sont effondrées et qui n'ont pas de données tabulées pour cette utilisation. L'utilisation de rives ponctuelles lors d'incidents d'effondrement de tranchées est directement en conflit avec toutes les données tabulées du fabricant.

Provoquant l'effondrement. Les recherches menées par le Dr Marie LaBaw (PE/PhD) en 2009 ont révélé que l'introduction de forces d'activation des entretoises sur de petites surfaces (bases et rails à terre) directement sur les parois de tranchées faibles peut provoquer - plutôt qu'empêcher - la rupture du sol (effondrement). Les entretoises appliquées directement sur une face de tranchée (spot shore) peuvent créer une défaillance supplémentaire et rendre la tranchée moins stable que si aucune entretoise n'était appliquée. La contrefiche seule n'est pas suffisante pour soutenir une paroi d'excavation car elle n'applique cette force de résistance que sur une très petite surface (base de la contrefiche) et non sur l'ensemble de la paroi. Cela signifie que, sans revêtement approprié, il y a des charges exposées et non comptabilisées à la face de la tranchée. Cette force exposée est susceptible de souffler (c'est-à-dire de s'effondrer) sur le mur de la tranchée si la résistance interne du sol n'est pas suffisante pour la contrecarrer. Dans une tranchée avec des conditions de sol instables et dynamiques, le résultat est susceptible d'être une rupture progressive de la paroi de la tranchée.

Intervalles de jambe de force. Les rives ponctuelles laissent un sol non soutenu entre les entretoises. Dashner dit: "Le sol entre les rives du spot n'est pas soutenu et dans des conditions de sol faibles, il peut s'effondrer." Taylor ajoute : "Afin de créer l'environnement le plus sûr possible pour les opérations de secours, l'étayage des tranchées doit résoudre la pression latérale de la terre, la pression de poussée et les pressions passives induites par les rives elles-mêmes. Les rives ponctuelles sans renforts et/ou panneaux ne peuvent pas supporter la pression latérale de la terre, ne satisfont pas les équations d'équilibre et ne peuvent pas résoudre les pressions de poussée. De plus, ils laissent des moments non résolus sur la face exposée de la tranchée où les forces ne sont ni évidentes ni vérifiables. Enfin, dit Taylor, "Il n'y a pas de code de sécurité, d'orientation de conception ou de principe d'ingénierie géotechnique solide pour soutenir l'utilisation de l'étayage ponctuel de la manière indiquée dans la norme NFPA 1006."

Il y a très peu de conditions de sol qui peuvent être étayées en toute sécurité à l'aide de "spot shores" ; ces conditions de sol dépendent d'un grand nombre de propriétés caractéristiques du sol - par exemple, la taille des grains, l'angularité, la rondeur et la distribution ; rigidité et rigidité sur le sol intact; et les conditions environnementales telles que la saturation, la température, l'hétérogénéité des matériaux et les poids supplémentaires des tas de déblais et de l'équipement et des matériaux d'excavation qui ne peuvent pas être rapidement déterminées par des moyens d'essai visuels ou sur le terrain et qui dépassent la capacité des ingénieurs, et encore moins des premiers intervenants, à déterminer ces variables sur un site de tranchée effondrée.

Les pompiers ont appris les mythes suivants concernant les conceptions d'étayage des blocs de butée :

Voici les vérités scientifiques sur la conception de l'étayage des blocs de poussée.

Les entretoises diagonales ne sont pas nécessaires pour soutenir le coin intérieur. L'effondrement le plus courant associé à une tranchée en forme de L est le coin intérieur, qui est la section la plus faible de la tranchée car c'est là que deux faces de sol non soutenues (murs) se rencontrent. La rupture commence par des fissures le long de la surface du sol à un angle d'environ 45° entre les deux murs. La gravité agit alors pour créer une fracture qui continue de la surface vers le bas dans la tranchée, provoquant l'effondrement angulaire du coin de sol dans la tranchée.

Figure 1.Conception d'étayage simple pour les coins intérieurs

En utilisant des panneaux composites de qualité et des entretoises d'ingénierie, cette conception d'étayage simple supportera une rupture de coin intérieur sans introduire les forces de glissement (vecteurs) associées aux entretoises inclinées. (Figure de Craig Dashner, Î.-P.-É.)

Figure 2.Conception d'étaiement de bloc de poussée (non recommandé)

Figure de Craig Dashner, Île-du-Prince-Édouard.

La figure 1 montre les vecteurs d'une rupture de coin sur le coin intérieur d'une tranchée sécante. Cette conception d'étaiement simple capture le sol du coin intérieur en utilisant des panneaux adjacents au coin intérieur avec des panneaux directement à travers la tranchée (murs extérieurs) et des entretoises installées perpendiculairement aux murs. Si vous utilisez des panneaux et des entretoises suffisamment solides pour supporter la charge, il n'est pas nécessaire d'avoir des entretoises diagonales pour supporter le coin intérieur. L'installation de blocs de butée et d'entretoises diagonales pour soutenir un coin intérieur est une perte de temps, d'équipement et d'efforts. Pour aggraver les choses, les vecteurs associés à toutes les forces sur les entretoises diagonales peuvent provoquer le glissement des panneaux sur le coin intérieur et peuvent entraîner une défaillance complète du système d'étaiement.

La charge provenant de la zone d'angle extérieur d'une tranchée en forme de L est simple, mais lorsqu'elle atteint les entretoises inclinées du "bloc de poussée", les vecteurs (direction et amplitude) deviennent considérablement plus compliqués. La figure 2 montre le chemin de charge pour une rupture de mur extérieur sur un système d'étaiement à "bloc de poussée". Les entretoises inclinées et les blocs de butée développent à la fois des forces d'appui et de glissement. Lorsque les forces de glissement surmontent la résistance, les colonnes, les panneaux et les entretoises glissent et n'offrent que peu ou pas de résistance à l'effondrement. Une fois que l'équipement d'étaiement commence à glisser, la résistance au frottement diminue considérablement, ce qui signifie que les colonnes, les panneaux et les entretoises continueront de glisser jusqu'à ce que le système tombe en panne.

En règle générale, les galles sont en contact direct à leurs extrémités dans le coin. Cependant, lorsqu'ils ne sont pas en contact direct, les blocs de poussée extérieurs établissent un contact indirect entre les colonnes, ce qui entraîne le mouvement indésirable des deux colonnes et des entretoises qui leur sont attachées. Chaque fois qu'un système est chargé, il y a déviation. Toute déviation à l'extrémité de la colonne #1 poussera la colonne #2 vers le bas du mur, et toute déviation de la colonne #2 poussera la colonne #1 vers le bas du mur.

(3)La méthode d'étayage du bloc de butée comporte plusieurs erreurs de conception qui peuvent entraîner des défaillances du système.

La photo 4 montre le résultat de la charge poussant les rails de gauche à droite. La charge commence dans le sol du mur d'angle extérieur et se transfère dans les panneaux, puis dans la colonne #1. Le bloc de poussée extérieur transfère alors la charge, en partie sur les entretoises diagonales et en partie sur la colonne #2 dans les directions indiquées par les flèches rouges. Les galles (haut et bas) glissent et se déplacent vers la droite, emportant les entretoises avec elles.

(4)Les entretoises délogées résultant des colonnes coulissantes laissent tout ce mur sans protection contre l'effondrement.

L'essentiel est que la force d'activation des entretoises perpendiculaires aux parois de la tranchée et le coefficient de frottement ne peuvent pas fournir une résistance suffisante pour empêcher de manière adéquate les colonnes et les entretoises elles-mêmes de glisser le long du mur. Pour aider à comprendre pourquoi, considérez que la plupart des forces d'activation des jambes de force sont d'environ 1 000 livres de force. Cela étant, vous pouvez deviner que chaque entretoise perpendiculaire peut résister à une force de 1 000 livres provenant du mur latéral ou d'extrémité. Cependant, les panneaux derrière ces entretoises en contact avec la paroi de la tranchée ont une surface glissante. Ils ont généralement un coefficient de frottement sur le sol d'environ 0,5, ce qui signifie que seulement la moitié de cette force de l'activation de la jambe de force résistera à une charge venant du côté. Ainsi, chaque entretoise perpendiculaire installée à 1 000 livres de force d'activation ne résistera qu'à 500 livres de force de glissement.

Étant donné que tous les systèmes d'étayage de sauvetage doivent avoir un facteur de sécurité d'au moins 2:1, nous ne pouvons compter que sur chacune de ces entretoises pour résister à 250 livres de force de glissement. Au mieux, le système d'étaiement des blocs de butée ne peut résister qu'à quelques centaines de livres de force latérale du sol résultant d'un effondrement d'un mur extérieur ; il s'agit d'un défaut de conception majeur du système de bloc de poussée.

Figure 3.Conception d'étaiement de tranchée en L (recommandé)

Figure de Craig Dashner, Île-du-Prince-Édouard.

La force latérale géotechnique actuelle du sol, qui comprend des charges surchargées, peut atteindre des forces beaucoup plus élevées que cela - 22 000 livres sur une section de mur de tranchée de 4 × 4 pieds. Une résistance supplémentaire à la force de glissement sur les murs d'angle intérieur et extérieur est essentielle à l'utilisation sûre du système de butée, mais elle est rarement enseignée ou fournie car il s'agit d'un processus difficile et très long. La résistance à ces forces de glissement peut être résolue avec une série de piquets correctement placés, mais les piquets ne peuvent être utilisés que si la tranchée est suffisamment large (longueur du piquet et suffisamment d'espace pour balancer les masses) pour les installer.

Malheureusement, cette information n'est pas incluse par la plupart des instructeurs mal informés qui enseignent la méthode du bloc de poussée. Lorsque nous comparons la résistance requise du système à la résistance du système de bloc de butée, il devrait être évident que nous devons arrêter d'enseigner et d'utiliser la conception de l'étayage du bloc de butée.

Une solution simple qui élimine les forces de glissement implicites avec les entretoises inclinées est illustrée à la figure 1. La capacité de cette conception d'étaiement peut être facilement augmentée en raccourcissant la longueur de la section en porte-à-faux des colonnes, comme illustré à la figure 3. La capacité de ce système d'étayage peut être augmenté de 150 % en espaçant les colonnes de renfort à des intervalles de 2 pieds (horizontaux) (tableau 1). Cette conception d'étaiement conçue et testée avec des colonnes de bois en placage stratifié (LVL) de 7 × 7 pouces est une "meilleure pratique" pour les tranchées en forme de L.

RON ZAWLOCKI est un vétéran du service d'incendie de 48 ans qui a commencé sa carrière dans le service d'incendie en 1974 avec le service d'incendie de Detroit (MI). En 1977, il a rejoint le service d'incendie de Pontiac (MI) et y a travaillé jusqu'à sa retraite en tant que chef de bataillon en 2007. Il est responsable d'une équipe de sauvetage au sein du groupe de travail de recherche et de sauvetage urbains du Michigan (MI-TF1). Zawlocki a siégé à des comités locaux, étatiques et nationaux sur la sécurité des pompiers et le sauvetage technique et a été le pionnier des tests destructifs des systèmes d'étaiement de sauvetage en tranchée pour valider les facteurs de sécurité. Il a étayé près de 1 000 tranchées vivantes. Récemment, Zawlocki a développé un guide d'étaiement de sauvetage en tranchée avec une équipe d'ingénieurs professionnels de l'USACE et de la FEMA et un spécialiste des structures SUSAR. Zawlocki est titulaire d'un baccalauréat en enseignement secondaire avec des études de troisième cycle en éducation des adultes et en développement de cours. Il a enseigné des cours d'incendie et de sauvetage aux États-Unis, au Canada, au Mexique et au Moyen-Orient pendant près de trois décennies et a développé plusieurs programmes de formation en sauvetage technique, co-écrit le livre Trench Rescue: Principles and Practice for NFPA Standards 1006 and 1670, et écrit des manuels de cours ainsi que des articles qui ont été publiés dans des magazines nationaux des services d'incendie et de sauvetage.