Roofs 2021-06-30 Een uiteenzetting over vallen

Special Veilig en gezond werken

Valbeveiligingssystemen op daken moeten het mogelijk maken om – voorzien en onvoorzien – kortstondig onderhoud veilig uit te voeren. Niet meer en niet minder. Er zijn vele soorten, uitvoeringen en merken op de markt. Aanbieders benadrukken daarbij de enorme krachten die de systemen moeten kunnen weerstaan en onderstrepen daarmee het belang van jaarlijks keuren. Hoe groot zijn die krachten nou eigenlijk? Die vallen reuze mee. In dit artikel een uiteenzetting.

Tekst: Ton Berlee, Comforthome BV

Wanneer het over valveiligheidssystemen gaat, wordt al gauw benadrukt dat de krachten die op een anker worden uitgeoefend bij de val van een persoon enorm zijn. Zo groot zelfs dat constructeurs nodig zijn om te berekenen of de dakconstructie het wel aan kan. Op de vraag hoe groot die krachten dan zijn, wordt verwezen naar de normen voor ankervoorzieningen. Wie dat doet, ontdekt dat dit nog niet zo eenvoudig is. In die normen staat wel aangegeven welke krachten een ankervoor­ziening moet weerstaan, maar nergens staat op basis waarvan. Alvorens in te gaan op de normen is het raadzaam om eerst te kijken welke kracht een vallend persoon kan ontwikkelen.

Versnelling

Stel, je werkt op een dak en je bent een stevig persoon van laten we zeggen 100 kg. Je valt van het dak op een zodanige wijze dat, wanneer je over de rand valt niets je tegenhoudt; een vrije val dus. Nu is vallen niet zozeer het probleem maar neerkomen, of in het geval van een valveiligheidssysteem: opvangen! Hoe kun je worden opgevangen op een manier zodanig dat je het overleeft? Daar is veel onderzoek naar gedaan. Het is duidelijk dat neerkomen op een betonnen plaat dodelijk is, ook bij geringe hoogte. Neerkomen in een hoop zand, een bak water of zachter materiaal zoals een luchtkussen biedt veel meer kans op overleven. De kans van overleven hangt namelijk af van de versnelling en de richting van de versnelling (G). Bij versnellen denken we als eerste aan steeds sneller, maar ook remmen is een – negatieve – versnelling, die net zo veel kracht kost als een positieve. Is de remweg heel kort (bijvoorbeeld bij beton) dan is de versnelling heel groot en de kans op overleven klein. Omgekeerd is de kans op overleven groot bij een lange remweg (elastiek) en daarmee een kleine versnelling.

Krachten en versnellingen

Versnelling wordt vaak aangegeven met G ofwel het aantal malen de versnelling van de aardse zwaartekracht (G is van het Engelse gravity). Door de zwaartekracht vallen we (mogelijk) van het dak. Andere manieren van versnellen voel je bijvoorbeeld in een lift of een auto. De versnelling in een extreme achtbaan is 3,5 tot 6 G, een Formule 1 auto vol in de remmen geeft 5G. In de natuurkunde wordt gerekend met de versnelling (a) in m/s2. De zwaartekracht a =g = 9,81 m/s2 Wanneer je van een dak valt, is de valsnelheid na 1 seconde al 35 km/uur en de afstand die je dan hebt afgelegd al bijna 5 meter. Hoe langer de val duurt, hoe sneller het gaat (tot het moment dat de luchtweerstand je remt). Hoe zwaarder de vallende persoon, hoe meer energie er nodig is om te versnellen en ook om te remmen. Je gaat dus niet harder als je zwaar bent maar er is wel meer kracht voor nodig om je weer tot stilstand te brengen. Bij het remmen gaat het ook om de afstand die wordt afgelegd, want hoe korter de afstand hoe groter de kracht die wordt uitgeoefend. Als een vallijn een staalkabel is met een rek van 0,5% dan is de remweg bij 5 meter 2,5 cm en is de kracht die op een 100 kg zwaar lijf wordt uitgeoefend 100 kilonewton (kN). Dat overleef je niet.

Bij een gezekerde bergbeklimmer met een goed harnas en klimlijn vangt het touw de val op. Je kunt dat zelf ervaren bij een klimcentrum in de buurt. In het touw zit zoveel ‘elastische rek’ dat de val wordt geremd met een negatieve G-kracht van 4 á 5 G, hetgeen je lichaam prima kan weerstaan. Kijk daarbij even op welke manier berg­beklimmers zich verankeren aan een rotswand en zie in dat kader welke kracht er op het anker wordt uitgeoefend. Die kracht is gelijk aan wat je lichaam moet weerstaan. Bergbeklimmers werken met touwen die een rek hebben van wel 30% waardoor de kracht wordt teruggebracht tot in ons voorbeeld 3 kN. Te veel rek in het valsysteem maakt dat de valweg langer wordt waardoor een persoon eerder de grond kan raken dan dat deze daarvan wordt weerhouden. Bij het werken op hoogte moet er daarom gewerkt worden met én een vallijn én een valdemper. Door de val in hoogte te beperken beperk je ook de krachten aanzienlijk en daarom moet de vallijn beperkt blijven tot 2,5 m vrije val.

De richting van versnelling is nog veel meer van invloed of je het wel of niet gezond overleeft. Bij verticale versnelling is de positie van je hoofd bepalend. Wanneer je met de voeten naar beneden valt, en bij het opvangen blijft je hoofd boven je voeten, dan stroomt het bloed uit je hoofd naar je voeten. Duurt dat te lang dan komt er een moment van te weinig zuurstof en volgt een ‘black-out’ omdat je het bewustzijn verliest. Bij een val met valuitrusting van het dak is die toestand van zeer korte duur en komt dat niet voor. Val je met je hoofd naar beneden, dan stuwt het bloed naar je hoofd en ontstaat overdruk waardoor in de ogen bloedvaten kunnen springen, een ‘red-out’ ofwel je ogen staan vol bloed. Bij de meeste mensen gebeurt dat al bij 3G. Horizontale versnellingen op het lijf zijn veel beter te weerstaan. Hoe goed was lange tijd onbekend, tot in 1947 officier van de Amerikaanse luchtmacht John Paul Strapp besloot uit te zoeken hoe ver de mens kan gaan. Aan de hand van zijn onderzoek zijn de harnassen ontwikkeld zoals wij die vandaag de dag in verbeterde vorm gebruiken.

John Paul Strapp kreeg in de tweede wereldoorlog als legerarts te maken met piloten die het bewustzijn verloren tijdens vluchten en manoeuvres. Hij verdiepte zich in de omstandigheden en pleitte na de oorlog voor aanvullend onderzoek. Na de oorlog kwam de ontwikkeling van straaljagers op gang en al snel bleek de piloot de zwakste schakel. Dit maakte dat hij toestemming kreeg om de grenzen van wat een persoon kan doorstaan op te zoeken. Loopings, luchtdruk, schietstoelen, extreme koude en afnemende zuurstof, alles kwam voorbij. In zijn onderzoek naar G-krachten gebruikte hij eerst een soort crashtest­dummie, maar bij gebrek aan referentiemateriaal en sensoren (we spreken over de jaren ’50 van de vorige eeuw) kwam hij tot de conclusies dat proefpersonen de meest betrouwbare indicaties opleverden. Als arts wist hij ook welke krachten de proefpersonen zouden ondergaan en hij vond dat van niemand gevraagd kon worden deze te doorstaan. En dus besloot hij dat alleen hijzelf de proefpersoon kon zijn.

Kijk even op internet onder zijn naam, zie de ‘high tech’ van dat moment en verwonder je over wat hij heeft gepresteerd. Ronduit sensationeel is een slee op een rail met raketaandrijving waarmee hij binnen vijf seconden naar 740 km/u werd gelanceerd om binnen drie secon­den weer tot stilstand te komen in een waterbak. Hij doorstond in die laatste fase de immense kracht van 43G wat ongeveer gelijk staat aan met 120 km/h op een muur rijden. Tientallen gebroken botten, gebroken ribben, netvlies­loslating en gesprongen bloedvaten in het oog, had John Strapp had het er voor over om te weten te komen welke G-krachten een mens aan kan. Voorwaarde voor overleven bleek dat de persoon goed vastzat in een harnas. Op basis van de bevindingen van Strapp werden harnassen, kreukelzones, cabines ontwikkeld. Hij stelde de krachten vast die nog veilig zijn te doorstaan en stond aan de basis van alles waar we nu mee werken. John Paul Strapp is een van de meest onderscheiden personen in de VS en beschouwde het introduceren en uiteindelijk verplichten van autogordels als zijn grootste verdienste. Dat heeft aantoonbaar de meeste levens gered.

PBM

Je moet dus op de juiste wijze opgevangen worden door het valbeveiligingssysteem. Als dakdekker heb je een harnas gekregen met CE merk, je kent de risico’s van het vak, want je bent een vakman. En dus heb je jezelf bij gebrek aan collectieve beveiliging gezekerd aan een ankerpunt, lijn of rail. Tussen het harnas en de vallijn is een valdemper geplaatst en de vallijn is niet langer dan 2,5 meter. Al deze middelen zijn voorzien van een CE-merkteken en zijn in staat grote krachten te weerstaan. Je draagt je eigen goed zittende harnas en je hebt instructie gekregen dus het wordt op de juiste manier gedragen. De zwakste schakel ben je zelf, de middelen moeten zorgen dat de krachten die als gevolg van een val kunnen optreden beperkt worden tot wat het lichaam aankan. Alles is genormeerd en op elkaar afgestemd en omdat het Persoonlijke Beschermingsmiddelen betreffen worden deze jaarlijks gekeurd.

Harnas, koppelingen, vallijn

De normen waar de PBM naar zijn gecertificeerd sluiten ook op elkaar aan. Harnas, sluitingen, valdemper, vallijn, ankervoorziening, alles met een eigen norm kan in samenhang met de andere normen gezien worden. Het Zwitserse keuringsinstituut SUVA heeft in het verleden eens in een soort van zonnestelsel gevisualiseerd hoe die normen op elkaar zijn afgestemd. We laten de ankervoorzieningen nog even buiten beschouwing en kijken naar het harnas, de koppe­lingen, de valdemper en de vallijn.

SUVA’s stelsel van normen.

De valdemper (gecertificeerd naar EN 355) zorgt ervoor dat de G-krachten die je lichaam verantwoord kunnen ondergaan niet worden overschreden. De norm geeft aan dat een valdemper, bij een vastgestelde massa en een vastgestelde valhoogte, zodanig moet werken dat geen kracht kan ontstaan van meer dan 6 kN. De kracht die een vallend persoon met valuitrusting opwekt is dus lager dan deze bovengrens. Het certificeringsinstituut stelt de afmetingen van de valdemper voor en na de test vast. De lengte moet bekend zijn zodat een persoon niet op grond valt terwijl de valdemper nog in werking is. De sterkte van de overige onderdelen is aanzienlijk hoger dan de 6 kN. De valdemper is de bepalende factor. Stel dat je valt met je uitrusting, dan onderga je gedurende een seconde een kracht van ongeveer 3 a 4 kN en zal je daarna blijven hangen met je 100 kg (ca 1 kN. ) Het is alleen pijnlijk als je harnas niet goed zit, maar dat is je verteld bij het aanmeten van je harnas. Ook pijnlijk kan het worden als je terugvalt tegen de gevel. De kracht op het anker kan niet hoger zijn dan de kracht die je als persoon ondergaat. Die kracht op het anker zal zelfs lager zijn, want je valt over de rand (weerstand lijn op rand), het anker vervormt (energie absorptie) en ook het dak vervormt. Daarom wordt bij certificeren ook getest in een stijf frame wat nauwelijks tot niet vervormt zonder tussenkomst van randen of dergelijke.

De norm voor ankervoorzieningen op daken

De getoonde voorstelling van SUVA is op basis van de ­Europese richtlijn 89/686/EEG ‘persoonlijke beschermingsmiddelen’ waarin de EN 795 nog is opgenomen. Maar die norm is sinds 2015 uitgekleed omdat een aantal ankervoorzieningen is ondergebracht in een ander zonnestelsel, te weten Europese verordening 305/2011 ‘construction work‘. Rond EN 795 is heel veel te doen geweest. In 1996 leek het allemaal nog duidelijk, je had A,B,C,D & E ankers die minimale statische en dynamische krachten moesten doorstaan. Alleen werden die ankers voor de test op een stalen constructie geplaatst, wat niet in overeenstemming is met de praktijk. In 2012 verscheen na heel veel gesoebat een nieuwe versie, maar het verschil tussen ‘bouwproducten’ versus ‘PBM’ bleef en uiteindelijk werd in 2015 de nieuwe EN 795;2012 geharmoniseerd. Daarbij konden ankervoor­zieningen die blijvend op het dak zitten, ofwel de gebouwgebonden voorzieningen, niet langer gecertificeerd worden naar deze norm. Twistpunt is de overzichtelijke gang van zaken rond PBM met een levensduur van enkele jaren aan de ene kant, en gebouwvoorzieningen die 40 jaar of langer mee moeten gaan aan de andere kant. Gebrek aan duidelijkheid of inzicht leidt tot verhogen van de veiligheidsfactoren waarbij de diversiteit aan dakconstructies ook niet helpt. Tussendoor werd een nieuwe pre-norm gepresenteerd (CEN/TS 16415;2013) met een wat vreemd uitgangspunt: meerdere gebruikers voor één ankerpunt. Vreemd omdat in het geval meerdere personen op hoogte werken, een collectieve beveiliging meer op zijn plaats is. In die pre-norm staan veel zwaardere beproevingen, met als uitgangspunt dat aan een en hetzelfde ankerpunt meerdere personen moeten kunnen vallen! Voor de gebouw­gebonden ankervoorzieningen is een nieuwe ontwerpnorm gepubliceerd te weten prEN 17235;2018. Daarin worden weer nieuwe begrippen geïntroduceerd en, opvallend, zijn de krachten die de ankervoorzieningen moeten weerstaan voor het eerst lager dan de voorlaatste norm. Dat is mede ingegeven omdat de technische commissie weer is gaan kijken naar de feitelijke valkrachten. De lagere eisen zijn nu weer onderwerp van discussie want druisen tegen het gevoel in van veiligheid boven alles.

De krachten die een ankervoorziening volgens de verschillende normen moet kunnen weerstaan, bedragen een veel­voud van de hoogst mogelijke kracht van 6 kN. Omdat er gerekend wordt met een veiligheidsfactor (een anker kan immers verkeerd geplaatst zijn) moet het afhankelijk van de samenstelling volgens de norm 9, 12 of zelfs 18 kN kunnen weerstaan. Die krachten zijn dermate hoog dat inderdaad aan de bouwconstructie gerekend moet worden of die wel in staat is om dat op te vangen. En dan moeten gezien de enorme krachten de ankervoorzieningen ook nog eens jaarlijks gekeurd worden. Afgezet tegen de krachten die een vallend persoon maximaal kan genereren, is het allemaal wel wat veel veiligheidsfactor. Voor bouwmaterialen en –constructies wordt met andere veiligheidsfactoren gewerkt. Er zal daarom naar alle waarschijnlijkheid nog lang over gediscusseerd worden voor er overeenstemming is over een norm voor gebouwgebonden ankervoorzieningen.

Het goede nieuws is dat er nog niemand is overleden door falen van harnas, sluitingen, schokdemper of vallijn. Ook is nog niemand met ankervoorziening en al naar beneden gevallen. Wat ook nog niet is voorgekomen is dat meer dan één persoon gevallen is aan dezelfde ankervoorziening. Wanneer je met een uitrusting valt, overleef je het. Al is het wel zaak dat je snel uit je benarde situatie wordt gehaald. Helaas vallen er nog altijd personen omdat ze een uitrusting niet gebruiken zoals bedoeld of helemaal geen uitrusting gebruiken. Je kan dus stellen dat de focus op hele sterke ankervoorzieningen niet leidt tot een veiliger werkplek op hoogte. Een goede organisatie als werkzaamheden op hoogte worden uitgevoerd met PBM is meer aan te bevelen dan een focus op hoe groot de krachten wel niet misschien ooit zouden kunnen zijn. ■

(*) Bron Nemo Kennislink; Waarom de specht geen hoofdpijn krijgt; Joris Messelink, 8 april 2011

Labels