Страховочная цепь. Основы физики рывка

Важно уметь определять опасные участки и страховаться в случае необходимости

Ящерица выбежала из трещины и свесила хвостик с уступа, погреться с утра. Неожиданно что-то резко приземлилось на хвост. Ящерка мгновенно откинула эту ненужную часть тела и побежала спасаться. Эхом в горах отдавались крики летящего скалолаза. Это его рука приземлилась на хвост, в попытках ухватить зацепку, но от неожиданности ее инстинктивно пришлось отдернуть. Эта история и послужила причиной срыва.

Источник: mercurynews.com

Никогда невозможно предсказать заранее из-за чего может произойти падение. Важно уметь определять опасные участки и уметь страховаться в случае необходимости.

Обычно страховочная цепь в спортивных дисциплинах выглядит так: лидирующий, одетый в беседку, от него идет альпинисткая веревка через промежуточные точки страховки к страхующему. В спорте чаще всего встречается «верхняя» и «нижняя» страховочная линия. Верхняя, когда веревка от страхующего идет к лезущему через некий перегиб выше обоих. Нижняя, когда лезущий проходит трассу, пропуская веревку через промежуточные точки страховки по ходу движения, а веревка идет напрямую к страхующему. Очевидно, что при срыве с верхней страховкой и полет, и нагрузка на сорвавшегося не такая высокая, как с нижней. Но в реальности использовать верхнюю страховку получается только на тренировках и то не везде.

Для того, чтобы минимизировать ущерб от падения, стоит понимать как работает вся цепь. Потому что, понимая основные принципы, проще будет организовать правильную страховку в каждом частном случае. Где-то придется класть больше закладок и френдов, где-то можно обойтись и без них, используя преимущества рельефа. В той или иной мере оказывает влияние все участвующие факторы: затягивающиеся узлы, реакция партнера, влажность, положение тела и в малой степени разреженность воздуха. Но настолько далеко забегать не станем, для начала разберемся с базовыми принципами.

Фактор рывка

Многие, кто хоть как-то интересовался работой с веревкой, так или иначе сталкивались с понятием «фактор рывка». Это отправная точка для понимания рисков. Также это понятие присутствует в тестировании динамических веревок, при помощи которых приходится страховаться.

Итак, чтобы теоретически оценить степень «жесткости» подхвата после падения веревкой используют показатель фактор падения (Fall factor, фактор рывка). Он считается следующим образом: полная глубина падения к длине улавливающей веревки.

Источник: elytra.es

На рисунке изображена типичная скалолазная история при нижней страховке: лезущий срывается около очередной оттяжки и летит вниз, пролетая последнюю промежуточную точку страховки и плюс еще столько же.

h - глубина падения, в данном случае для примера 4 метра. L - длина улавливающей веревки. То есть вся веревка, которая будет растягиваться во время рывка. F - обозначен фактор падения. Он не выражается ни в каких величинах и напрямую не говорит о воздействии конкретных значений силы. В примере получается значение 0,4, что считается довольно мягким рывком. Теоретический рывок до 1 вполне адекватно переживается, хоть и может вызвать звездочки в глазах и незначительные травмы. При больших значениях, вариантов развития событий довольно много, так как результат зависит от положения и состояния человека непосредственно в момент рывка. Значение F=1 легко добиться если точка страховки находится на одном уровне с человеком, а затем происходит срыв. Тогда длина падения равна длине улавливающей веревки.

На схеме изображен вариант, который вполне реален в альпинизме, когда лидирующий стартует от станции, стоя с напарником на одной полке. Вылезает на 2 метра вверх, не может вцепиться в первую же оттяжку и летит ниже полки. h - высота падения. Итого 4 метра. L - длина улавливающей веревки. Всего 2 метра. Итоговый фактор рывка значением 2! Такой рывок может привести к крайне серьезным травмам.   Научным путем UIAA (Международный союз альпинистских ассоциаций) пришел к тому, что максимальный рывок, который может в лучшем случае пережить человек, без получения неизлечимых травм - 12 кН. Поэтому, чтобы получить сертификат UIAA, динамическая веревка должна гасить лабораторный рывок таким образом, чтобы нагрузка на человека не превышала 12 кН.

Например, веревка динамическая Kailas Soarer 9.2 имеет значение по паспорту: Сила рывка: 7.8 кН (одинарная), 6.0 кН (двойная), 9.2 кН (сдвоенная). Кстати, для одинарной веревки очень достойный показатель.

При этом данное значения указывается при тестах, в которых груз массой 80 кг сбрасывается с фактором рывка 1,77.

Промежуточные выводы:

• Следует стремиться к уменьшению фактора падения

• При факторе рывка больше 1,77 или на «уставшей» динамической веревке силы, воздействующие на человека весом, особенно более 80 кг весом, могут быть крайне травмоопасными.

• Если страхующий отходит от нижней промежуточной точки страховки, он увеличивает длину улавливающей веревки, тем самым уменьшая фактор рывка.

Но, в последнем пункте есть нюанс. Все предыдущие выкладки были про теоретический фактор рывка. Фактически, на силу с которой будет воздействие на человека влияют и другие факторы: трение веревки по пути от страхующего к лезущему, затягивание узлов, протравливание веревки через спусковое устройства, перемещения страхующего и другие менее значительные моменты.

Ситуация на схеме выглядит так, как будто высота падения 4 метра, а длина улавливающей веревки довольно большая. Предположим те же 10 метров. Но видно, что линия по которой идет веревка ломаная, причем с довольно острыми углами. На перегибах в оттяжках будет возникать большое трение. В результате почти весь рывок придется на последний отрезок до следующей оттяжки. А уже после рывка протянется остальная часть веревки, но пиковая нагрузка уже пройдет. В итоге, при таком организации промежуточных точек длина улавливающей веревки сильно сокращается. В тоже время смещение страхующего, выдача или протравливание веревки через спусковое устройство снижают силу рывка, при условии, что страховочная линия не имеет сильных изгибов.

Альпинисты для многих маршрутов берут с собой достаточно длинные петли 60 и 120 см для оттяжек, чтобы была возможность спрямить веревку по пути от страхующего к лезущему. Дело в том, что не всегда на естественном рельефе есть возможность поставить закладной элемент по линии маршрута.

Не лишним будет добавить то, что сила воздействующая на людей на концах страховочной линии, заметно ниже силы воздействующей на последнюю страховочную точку, которая принимает рывок на себя.

У эрудированного и обладающего фантазией человека стоит спросить, а возможен ли фактор рывка больше F = 2? Да, такую ситуацию можно представить, занимаясь промышленным альпинизмом или проходя трассу виа феррата – скальный участок, оборудованный металлическими конструкциями для перемещения и страховки.

Порой приходится страховаться за вертикальную металлическую опору или трос, например, 10 метров. При падении вдоль металлической линии страхующая веревка, допустим 2 метра, обычно в виде уса самостраховки, идущего к обвязке, летит вместе с вами вниз. То есть возможность пролететь на две длины страхующего уса и высоту металлической опоры, что в максимальном исполнении 14 метров, а длина страховочной веревки 2 метра. Итого фактор рывка F = 7! Проверять только на манекенах.

Упрощая, старайтесь всегда страховаться как можно выше, чтобы уменьшить фактор падения, а вместе с ним и силу, которая будет воздействовать на человека при рывке.

Отличия статической и динамической веревки

В аутдор-активностях используют два типа веревок: статическую и динамическую. Выбор веревки, различия между ними, их характеристики и используемые технологии изготовления заслуживают отдельной научной публикации. В этой статье сфокусируемся исключительно на свойствах, которые напрямую влияют на силы возникающие во время рывка.

Источник: sterlingrope.com

Статическая веревка – предназначена для статических нагрузок для работы с грузами, без улавливания падения. Подразумеваются любые работы, в которых не предвидится срывы. Из-за слабого удлинения под нагрузкой и малой эластичности статические веревки очень плохо гасят энергию, зато удобны для перемещения по ним.

Даже если предположить, что страхующий оказался очень недобросовестным человеком, создать условия для рывка более 0,5 при верхней страховке сложно. В реальности рывки при верхней страховки незначительны и выше шанс травмироваться от качения или удара об выступающие элементы.

Существуют требования, в которые должна вписываться статическая веревка согласно ГОСТ EN 1891-2014, вот некоторые из них:

• При факторе падения 0,3 груза весом 100 кг, сила рывка должна быть меньше 6 кН. Такие требования отлично коррелируют с понятием верхней страховки.

• Удлинение при подвешивании груза 150 кг должно быть не более 5%.

• Прочность веревки в зависимости от типа A или B должна быть не менее 22 кН и 18 кН соответственно. Условно, тип А – основная для высотных работ и спелеологии, тип В – только для спуска.

Остальные требовании не столь значительны для понимания работы статических веревок в разрезе темы.

Источник: outdoorgearlab.com

Динамическая веревка – предназначена для рывковых нагрузок и перераспределения кинетической энергии падения в потенциальную энергию упругих деформаций. Проще говоря, для всевозможных срывов и падений.

Именно этот тип веревки должен гасить энергию в ситуациях, когда реально может возникнуть фактор рывка более 0,3 и выше.

Обратная сторона этой веревки в том, что она упругая как пружина, и, например, подниматься по ней при помощи зажимов удовольствие сомнительное.

Для сравнения в требованиях к динамическим веревкам прописано:

• Удлинение не должно быть более 8 % под статическим грузом 80 кг.

• Допустимое динамическое удлинение не должно превышать 40%. То есть при предельных рывковых нагрузках.

• Количество рывков UIAA: груз 80 кг, фактор падения 1,77, удар об перегиб с радиусом закругления 5 мм. Одинарная динамическая веревка должна выдержать не менее 5 таких рывков без повреждений.

То есть веревка значительно сильнее «пружинит», за счет чего растягивает рывок по времени и абсорбирует значительную часть нагрузки. При этом, если тестировать динамическую веревку на статическое удлинение грузом 150 кг, то результат может доходить до 10% растяжения, против 3-4% у статического образца. На динамической веревке не указывают характеристики прочности на разрыв, так как она не предназначена для статических нагрузок. Все же, прочность очень близка к статическим веревкам того же диаметра.

Эмпирическим путем проверено, что при одинаковом факторе рывка разница в возникающей нагрузке, приходящаяся на человека, при использовании статической веревки может быть больше чем в 2 раза, что уже не позволяет обойтись без травм при серьезных падениях.

Отдельно стоит упомянуть, что динамические веревки бывают не только одинарные, но еще и двойные, и сдвоенные. Их отличие в том, что они используются парой, при этом двойная прощелкиваются в промежуточные точки страховки попеременно, а сдвоенные одновременно.

Источник: ascentionism.com

Также стоит учитывать, что рывок, который воздействует на точку перегиба, будет больше, чем тот, который приходит на сорвавшегося, примерно в 1,66 раза. То есть при факторе рывка около 2-х динамической веревкой на точке перегиба можно выбить значение динамометра около 15 кН. Если карабины способны пережить такую нагрузку, то большинство закладных элементов на нее не рассчитаны, особенно в малых размерах. При статической веревке и тех же входных параметрах рывок может дойти до 30кН, что ведет к гарантированному разрушению страховочной цепи.

Истории про то, как при серьезных рывках со статической веревкой все заканчивалось благополучно, за счет протравливания или иных тормозящих рывок факторов – «ошибка выжившего», которой ради безопасности стоит пренебречь.

Самое главное, что требуется в итоге запомнить – статическую веревку можно использовать только для верхней страховки. Следует страховать без заметных провисаний, чтобы не создавать фактор рывка более 0,3, а лучше с минимальным провисом.

Срыв на горизонтальных линиях

фото Кирилла Гурьева

Есть области, в которых используются натянутые перила из веревок по горизонтали или диагонали: слэклайн, роупджампинг, траверсы на маршруте, спасательные работы и другие частные случаи.

При нагрузке таких перил, даже если они будут из троса, происходит распределение по времени рывка. Пиковая нагрузка из-за этого будет заметно меньше, но есть нюанс: в зависимости от натяжения перил нагрузка на точки может вырасти многократно.

Опыты показывают, что при правильно организованной системе при факторе падения 1 – 1,2, относительно точки закрепления страховочной веревки на перилах, получить нагрузку на человека свыше 3-4 кН почти невозможно. Во-первых, потому что улавливать будет не только страховочная веревка, но и сами перила, хотя их учитывать в формуле расчета фактора рывка не совсем корректно. Во-вторых, потому что пиковая нагрузка будет размазана по времени и за счет растяжения перил и перераспределении весов. Но нагрузки на точках закрепления перил возникали до 5-7 кН, если это веревки, а при перилах из металлического троса еще больше.

Подобные нагрузки измерялись в формате роупджампинга или слэклайна.

При использовании коротких до 30 метров перил из статической веревки, нагрузки могут быть заметно больше. В зависимости от силы натяжения меняется угол провисания под грузом, а вместе с ним и нагрузка на точках. Ниже наглядно показывается пример, что груз массой в 100 кг, может давать нагрузку на концах перил более, чем в 280 кг с каждой стороны.

Источник: Singing Rock

Логичный вывод в том, что не стоит слишком сильно усердствовать в натяжении переправ без необходимости. Вес или рывок, прикладываемый к перилам, может вырасти более чем в 2-3 раза на точках закрепления. Кстати, эта же информация относится и к организации станций страховки в горах, когда петли разносят под большим углом, при этом в итоге не снижая нагрузку на каждую точку.

Направления активностей

Источник: switchbacktravel.com

Большая часть рывков была рассмотрена в отрыве от реальной действительности. Но в каждой прикладной активности важно понимать пределы нагрузок, а главное риски, которые они несут.

Лазание на скалодроме с верхней страховкой самое невинное занятие, поскольку наиболее вероятное, что может произойти – это при срыве удариться об зацепку или поцарапать кожу. При нижней страховке риски растут, так как уже повышаются требования к страхующему, больше шансов пролететь значительное расстояние при срыве и удариться об стенд с зацепками. На скалах в формате мультипитча, когда пара или тройка лезет по скале, уже возникает возможность создать серьезный фактор рывка, а также нагрузить промежуточные точки с такой силой, что они не выдержат.

В альпинизме и ледолазании ко всему прочему можно добавить и суровые погодные условия, которые не всегда позволяют здраво мыслить.

Слэклайн и роупджампинг из-за специфики могут создавать впечатляющие нагрузки как на снаряжение, так и на точки закрепления, за счет чего требуют перестраховок и дублирования.

Виа феррата и некоторые виды высотных работ требуют использования разрывного амортизатора рывка. Часто точки страховки нередко организованы таким образом, что фактор рывка получится больше 1. А чтобы хоть как-то снизить воздействие такой силы, требуется использовать амортизаторы рывков. Существуют и механические модели, на базе трения, но их способность гасить рывок сильно хуже, чем у разрывных. Использование усов самостраховки на маршрутах виа ферраты без амортизаторов рывка недопустимо!

Источник: sepaq.com

Спелеология и каньонинг обычно подразумевают спуски и подъемы по веревкам, поэтому там используют статические веревки. А это в свою очередь означает, что срывы в этих активностях следует избегать.

Советы по минимизации рисков из-за нагрузок

Почти любая активность, в которой задействуются веревки, требует понимания физики рывка и размеры сил, которые возникают при этом. Халатное отношение или не понимание базовых принципов, ни раз уже приводили к несчастным случаям. Поэтому важно всестороннее развитие в выбранной области: изучать теорию и нарабатывать практические навыки.

Самое массовое явление, в котором критично понимать общие процессы – это лазание со страховкой на естественном рельефе. Резюмируем все вышеописанное:

• Организуйте собственную страховку с минимальным фактором рывка. Чем меньше провисание страховочной веревки и выше точка закрепления, тем лучше.

• Где могут возникать сильные рывки, следует применять динамическую веревку.

• Правильная работа страхующего может снижать рывковую нагрузку: отход от первой промежуточной точки для удлинения улавливающей веревки, контролированное протравливание через спусковое устройство.

• Нельзя использовать статическую веревку для нижней страховки.

• При организация станции на нескольких закладных точках следует добиваться угла относительно мастер-карабина не более 90 градусов.

• При натяжении переправ не следует без необходимости создавать высокие нагрузки. При использовании полиспаста – системы веревок и блоков для получения выигрыша в силе, общий теоретический выигрыш не должен быть более, чем в 12 раз при натяжении переправ. Для расчета выигрыша кратность полиспаста умножается на количество тянущих людей.

• Нельзя использовать бракованное или испорченное снаряжение, так как оно может не выдерживать рывковые нагрузки. Для этого следует проводить регулярный осмотр и инвентаризацию.

Безусловно в любой спортивной активности есть еще множество иных, не менее опасных рисков: столкновение с выступами при падении, человеческий фактор, погодные условия и многое другое. Но это лишь повод активнее тренироваться, перенимать опыт у инструкторов и соблюдать технику безопасности. Будьте внимательны и помните, что не надо срываться.

До встречи в горах!