Факторы, уменьшающие нагрузку при поглощении динамического удара

До сих пор мы рассматривали вопросы, связанные с нагрузкой на линейную опору при поглощении динамического удара, с точки зрения так называемого свободного падения.

Вероятность именно свободного падения в промышленном альпинизме гораздо выше чем в альпинизме или спортивном скалолазании, где падение сопровождается более или менее сильными ударами или трением тела спортсмена о поверхность скалы и ее выступы, что до известной степени уменьшает скорость падения, а следовательно и его энергию. При работе верхолаза-канатчика на промышленном объекте такие условия возникают сравнительно редко из-за того, что большинство стен строительных конструкций вертикальны, а в некоторых случаях, например при работе внутри дымовых труб, имеют даже отрицательный наклон.

С другой стороны, линейная опора - не единственный элемент страховочной цепи, способный поглощать энергию. Пока участием искусственных точек опоры, карабинов и другого металлического снаряжения в этом процессе можно пренебречь, но надо учитывать узлы, которые затягиваются при рывке, страховочный ус, который удлиняется, подвесную систему, синтетические материалы которой не статичны, а ее конструкция, использующая, так называемые "косые связи" имеет весьма значительные амортизационные свойства, и, конечно же мышечные ткани человека, которые также обладают определенной эластичностью. Вместе взятые, эти факторы, увеличивают общую деформацию страховочной цепи и способствуют уменьшению силы рывка. Зарубежными экспертами установлено, что, если, при свободном падении, твердое тело массой 80 кг вызывает при его задержании линейной опорой пиковую динамическую нагрузку (ПДН), равную 720 кгс, то при падении человека в тех же условиях ПДН достигает только 550 кгс, т.е. мышечные ткани и звенья страховочной цепи могут поглотить до 25% энергии динамического удара.

Действие перечисленных факторов значимо только при падении с малой высоты, не превышающей роста верхолаза-канатчика, то есть, при микросрыве с последующем зависании на самостраховке или верхней страховке. При большей высоте падения решающим становится эффект удлинения линейной опоры.

Знайте!

при поглощении динамического удара сильнее всех элементов страховочной цепи деформируется линейная опора. Следовательно, она поглощает наибольшую часть энергии; узлы, конструкция и материал подвесной системы, мышечные ткани и пр. уменьшают пиковые нагрузки, но только при падении с малой высоты.

Веревка.

Конструкция веревок.

В настоящее время существует два вида веревок: крученные и плетенные, или как их еще называют - веревки кабельного типа. Обычно, при одинаковом материале и одинаковой толщине, крученная веревка, в сравнении с плетенной, имеет лучшие прочностные характеристики и динамические качества. В то же время, благодаря тому, что плетенная веревка имеет несущую сердцевину и защитную оплетку, она лучше защищена от механических повреждений и неблагоприятного воздействия солнечного света. Впервые кабельную конструкцию применила фирма "Edelrid" в 1953 г. У типичной веревки такого типа сердцевина состоит из нескольких десятков тысяч синтетических нитей. Они распределены в два, три или более прямых, плетеных или крученых жгута, в зависимости от конкретной конструкции и требуемых эксплуатационных характеристик. Например, сердцевина динамической веревки типа "Classic" производства "Edelrid" состоит из 50400 нитей толщиной 0.025 мм, а ее защитная оплетка из 27000 нитей.

Помимо того, что оплетка предохраняет веревку от механических повреждений и прямого действия ультрафиолетовых лучей, она придает веревке необходимую гибкость и удобство в обращении. Участвует она и в восприятии различных нагрузок. На ее долю приходится около 40% прочности веревки. Защитная оплетка альпинистских веревок обычно окрашена. Цвета могут быть самые разные, но всегда яркие, что создает удобство при работе с двумя и более веревками. Оплетка большинства спелеоверевок и "технических" веревок - белая.

В альпинизме, скалолазании, спелеологии обычно используются веревки именно кабельного типа. Российские промышленные альпинисты так же, чаще всего используют именно такую веревку. Однако большинство зарубежных фирм, выпускающих снаряжение для работы верхолазов, для страховочных усов используют крученную веревку.

Толщина

Диаметр динамических и статических веревок, производимых большинством специализированных фирм, лежит чаще всего в пределах от 9 до 11 мм. Диаметр технических веревок, применяемых в промышленном альпинизме 10 - 12 мм. Конкретный диаметр веревки данного типа рассчитывается еще на стадии проектирования в зависимости от желаемых динамических и эксплуатационных характеристик. Поэтому считается, что толщина любой веревки достаточна для нагрузок и целей, предусмотренных производителем.

Вес

Вес веревки зависит от ее толщины. Его величина, выражаемая в граммах на метр, измеряется в стандартных условиях (влажность воздуха 65%, температура 20 градусов Цельсия) и указывается производителем в паспорте веревки. Обычно вес составляет от 52 до 77 г/м в зависимости от толщины и конструкции. Веревка, не относящаяся к типам "Drylonglife", "Everdry", "Superdry" (импрегнированная), при ее намокании впитывает много воды, которая может временно увеличить вес веревки на величину до 40% от ее первоначального веса.

Удлинение

Кроме большой прочности при низкой плотности синтетические волокна имеют еще одно ценное свойство - способность удлиняться под нагрузкой, на которой, по сути, основаны амортизационные свойства веревки.

Не вдаваясь в подробности, можно выделить два вида удлинения: эластичное (упругое), при котором после снятия нагрузки веревка восстанавливает свою первоначальную длину, и пластическое (неупругое), при котором приобретенное под нагрузкой удлинение сохраняется после ее снятия. При слабых нагрузках веревка поглощает энергию в основном за счет упругой деформации, а при более сильных появляются необратимые деформации.

Удлинение выражается в процентах к начальной длине веревки.

Удлинение при нормальном употреблении

Это временное и относительно слабое удлинения веревки под тяжестью верхолаза-канатчика и в результате его действий при спуске и подъеме на отвесе. Такие нагрузки сравнительно невелики и вызывают, в основном, упругие деформации. Веревка может их выдерживать многократно и после прекращения их действия быстро восстанавливает первоначальную длину. Поэтому ее способность выполнять свои функции сохраняется до конца допустимого срока ее употребления.

Удлинение при поглощении динамического удара

Это чрезвычайно кратковременное, но значительное удлинение веревки под действием нагрузок, возникающих в результате динамического удара. В зависимости от фактора падения и вида веревки степень удлинения может быть самой разной. Например, при падении с фактором 2 удлинение динамической веревки может превысить 25% от ее длины.

Сильные динамические нагрузки порождают большие или меньшие пластические деформации, которые необратимы. Это означает, что в большей или меньшей степени уменьшается дальнейшая способность веревки поглощать энергию, то есть уменьшается ее надежность и при каждом новом ударе пиковая динамическая нагрузка возрастает и после нескольких сильных рывков может достигнуть величины, превышающей прочность веревки.

Знайте!

при работе со статической веревкой, к которой относятся большинство "технический" веревок отечественного производства, уже после первого рывка в результате разрушения промежуточного крепления или другого подобного происшествия даже при небольшом факторе падения ее необходимо исключить из употребления.

Виды веревки

Основная отличительная черта, определяющая вид данной веревки, ее динамические качества, которые в основном зависят от ее способности удлиняться под нагрузкой. Еще при конструировании веревки в зависимости от желаемых эксплуатационных свойств ее способность к удлинению как в процессе нормального употребления, так и при поглощении динамического удара предварительно заключается в диапазон с некоторыми границами. В соответствии со степенью удлинения под нагрузкой, а также целями, для которых она производится, веревка подразделяется на два основных вида: динамическая, или альпинистская веревка, и статическая, или спелеоверевка.

Динамическая веревка

Производится в основном для нужд альпинизма. Степень удлинения при нормальном применении составляет обычно от 4.5 до 6.5%. Их основные качества определяются нормами Международного союза альпинистских ассоциаций (UIAA). Они регламентируют производство двух типов альпинистских веревок: основных (во многих странах они называются одиночными) и так называемых двойных, или полуверевок.

Основным называется такой тип динамической веревки, который по своей конструкции предназначен для использования для страховки при свободном лазании и обладает необходимыми качествами для надежного задержания падения с максимальным фактором 2. Толщина основной веревки чаще всего от 10.5 до 11.5 мм.

Испытания для оценки основных качеств динамической веревки проводятся с помощью теста "Dodero". С этой целью используют образцы веревки длиной 2.80 м. На специальном стенде производят последовательные падения груза с высоты 2,5 м с фактором 1.78. Основную веревку испытывают с грузом 80 кг, полуверевку - 55 кг. Образцы привязываются к соответствующим элементам стенда узлом булинь, а при падении груза веревка перегибается на угол 150 градусов через карабин диаметром 10 мм. Этим имитируются условия, по вероятности похожие на те, что возникают в случае "свободного" падения.

Важнейшие требования UIAA к качествам динамической веревки такие:

• пиковая динамическая нагрузка при задержании первого падения груза не превосходит 1200 кг для основной и 800 кг для полуверевки;
• веревка выдерживает, не порвавшись, по меньшей мере пять последовательных падений соответствующего типу веревки груза с фактором 1.78;
• удлинение при нормальном употреблении веревки не превосходит 8% при статическом нагружении весом 80 кг.

Предел, которого пиковая динамическая нагрузка не должна превышать даже при падении с максимальным фактором, заимствован из практического опыта парашютизма. Он доказал, что и при наиболее благоприятном стечении обстоятельств, наличии обвязок и т.д. человек может выдержать только кратковременную нагрузку, не большую 15-кратного собственного веса. Если считать, что средний вес человека равен 80 кг, то получится, что он может выдержать нагрузку максимум 80х15=1200 кг.

Статическая веревка

Во второй половине 60-х годов в практику альпинизма и спелеологии вошли два новых приспособления - спусковое устройство и самохват без которых сегодняшний промышленный альпинизм немыслим. Их быстрое и широкое распространение среди верхолазов канатчиков, особенно после появления качественных образцов этого снаряжения отечественного производства, всего за несколько лет, полностью изменило технику ведения промальпинистских работ на отвесных участках.

Постоянные маятниковые колебания при каждом перемещении самохвата по динамической веревке не способствуют комфортной работе не отвесе. С другой стороны, при соприкосновении с твердыми предметами в нагруженном состоянии веревка тем больше трется, чем более эластична. Все это требует применения веревки с малой степенью удлинения, которая получила наименование статической. За рубежом такая веревка производится прежде всего для целей спелеологии. Ее удлинение при нормальном употреблении под нагрузкой 100 кг составляет обычно от 1.5 до 2.5%, ее толщина - от 8 до 11.5 мм.

Из-за более низкой степени удлинения ее способность поглощать энергию ниже, а пиковые динамические нагрузки значительнее. Они превышают 1000 кгс при падении груза весом 80 кг с фактором, равным всего 1, в то время как для динамической веревки это значение редко превышается даже при падении с самым высоким фактором - 2.

Техника использования веревки в промышленном альпинизме появилась и развивается на базе уже существующей и доступной веревки, и прежде всего всевозможных "технических" веревок. От "технических" веревок нельзя ожидать качеств, которых нет изначально, хотя по ряду характеристик они близки к "статическим" веревкам импортного производства.

В дальнейшем, в данной нашей работе, понятие "статическая веревка" и "техническая веревка" мы будем считать в некоторой степени синонимами, отчетливо представляя имеющиеся между ними различия.

Производство статической веревки еще не регламентировано нормами, гостами и стандартами, как это сделано UIAA для динамической. В настоящее время все, что касается ее технических характеристик, зависит от доброй воли конструкторов фирмы-производителя. Развитие техники использования веревки сопровождалось сотнями экспериментов, проводившихся как промальпинистскими фирмами, так и клубами и национальными федерациями спелеологии, которые не меньше верхолазов-канатчиков заинтересованы в использовании именно статических веревок.