324029, Różne, materiały instruktażowe

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Siła uderzenia - prawdy i mity
Zagłębiając się w kwestię nomenklatury wspinaczkowej, nie sposób nie odnieść wrażenia,
że panuje w niej nieład. Mam na myśli pojęcia znane i używane powszechnie od lat takie jak:
siła
graniczna
i
siła uderzenia
. Pojęcia te są często używane przez wspinaczy zamiennie i zwykle w
niewłaściwym kontekście. Wystarczy tylko zasięgnąć wiedzy na ten temat w Internecie, a włos już
zaczyna się jeżyć na głowie. Z tej lektury, ale i też z moich wieloletnich osobistych spostrzeżeń w
tym względzie wynika, że siła graniczna jest często utożsamiana przez wspinaczy z siłą, jaka działa
na ciało odpadającego w trakcie hamowania lotu lub też z siłą, jaka działa na jego ciało w czasie
lotu, ewentualnie (o zgrozo!) z siłą, która zrywa linę! Świadczy to o niezrozumieniu istoty zjawisk,
zachodzących w trakcie powstrzymywania odpadnięcia. Fakty te doprowadziły mnie do konkluzji,
że wiedza w tym zakresie jest na niewłaściwym poziomie i wymaga niezwłocznego uzupełnienia
oraz unifikacji.
Wszystko wskazuje na to, że przyczyna licznych nieporozumień i nieścisłości leży
bezpośrednio w tłumaczeniach na język polski dokumentów normujących produkty alpinistyczne z
czasów, gdy obowiązywały jeszcze wymagania ówczesnej normy UIAA. Zaczerpnięty z tych
dokumentów termin siła graniczna jest od lat uporczywie propagowany i utrwalany na wszelkiego
rodzaju kursach wspinaczkowych bez zrozumienia jego istoty. Od jakiegoś czasu obserwuje się, że
równie często używany jest termin siła uderzenia. Nie należy go jednak utożsamiać z pojęciem siły
granicznej. Jaki jest zatem związek między tymi terminami i w jakim kontekście należy ich
używać? Upadek z wysokości jest zdarzeniem dynamicznym i wszystkie zjawiska związane z
powstrzymaniem tego upadku mają również taki charakter.
Podczas hamowania lotu ciało
wspinacza oraz każdy element układu asekuracyjnego poddany jest dynamicznemu
obciążeniu (szarpnięciu) w wyniku wystąpienia na linie chwilowej siły zwanej siłą uderzenia
lub siłą udaru.
Odpadający wspinacz odczuwa tę siłę w postaci gwałtownego szarpnięcia, które
oddziałuje na jego ciało, powoduje odkształcenie, a w skrajnych przypadkach - uszkodzenie jego
ciała. Wartość siły uderzenia generowana w linie w trakcie udaru jest dużo większa niż ta
wynikająca ze statycznego oddziaływania na linę masy osoby odpadającej.
Siła uderzenia jest proporcjonalna do upadającej masy wspinacza i przyspieszenia, jakiemu
poddane jest jego ciało w trakcie hamowania lotu (zgodnie z II zasadą dynamiki, sformułowaną w
1687 roku przez Newtona). Przyspieszenie to jest funkcją takich parametrów jak: właściwości
mechaniczne liny i innych elementów wchodzących w skład "łańcucha asekuracyjnego" (w tym
ciała wspinaczy); konfiguracja geometryczna systemu asekuracyjnego (współczynnik odpadnięcia);
sposobu asekuracji (statyczna/dynamiczna); przemieszczanie się elementów łącznych (w tym
zaciskanie węzłów), etc.
W trakcie konkretnego odpadnięcia jedynym zmiennym, determinującym wartość siły w
linie i zarazem stosunkowo łatwo definiowalnym parametrem jest tzw. współczynnik odpadnięcia,
czyli stosunek długości lotu do długości elementu pochłaniającego upadek. W praktyce, zamiast
więc mówić o przyspieszeniu, chętniej odwołujemy się do tego współczynnika, na podstawie
którego możemy jedynie szacować wartość siły w linie, a ściślej - stwierdzić, czy odpadnięcie
należy do kategorii cięższych czy lżejszych. Wartość przyspieszenia osiąganego w czasie
hamowania lotu może w niekorzystnych warunkach osiągać nawet kilkunastokrotną wartość
przyspieszenia ziemskiego! Od wielu lat prowadzone są prace badawcze, mające na celu określenie
maksymalnych (granicznych) przyspieszeń, a w konsekwencji i sił, które byłyby tolerowane przez
ludzi (pod pewnymi określonymi warunkami).
W oparciu o te badania opracowano przed laty (zanim zaczęły obowiązywać ujednolicone
normy unijne) normę dla dynamicznych lin alpinistycznych, w której określono wymagania
stawiane linom oraz metody ich badania (ówczesna norma UIAA). Współcześnie "dynamiczne liny
do wspinaczki" są przedmiotem normy europejskiej
EN 892:2004
. Odpowiednikiem tej normy w
Polsce jest
PN-EN 892:2006
(sprzęt alpinistyczny, dynamiczne liny do wspinaczki, wymagania
bezpieczeństwa i metody badań) z dnia 19.06.2006 r. Opisana we wspomnianych normach
siła
graniczna jest jedynie wymaganiem stawianym wszystkim linom dynamicznym - to po prostu
parametr dopuszczalny, jakiego nie można przekroczyć.
Jest on stały dla danego typu lin i nie
charakteryzuje w żadnym stopniu rzeczywistych parametrów konkretnej liny! Jest to raczej
parametr charakteryzujący wytrzymałość organizmu człowieka na przeciążenia.
Przypomnę, że według normy PN-EN 892:2004 siła graniczna wynosi: - 12 kN dla lin
pojedynczych i bliźniaczych (test masą 80 kg); - 8 kN dla lin połówkowych (test masą 55 kg na
każdą żyłę z osobna).
Limit wartości siły granicznej (zręczniej byłoby nazywać ją dopuszczalną) został określony
przy uwzględnieniu bezpieczeństwa wspinacza. Należy jednak mieć na uwadze fakt, że nie jest to
równoznaczne z gwarancją bezpieczeństwa. Aby można było uznać tę wartość siły za bezpieczną
muszą być spełnione dodatkowe warunki, z których najważniejsze to:

siła uderzenia (szarpnięcie) musi być skierowana wzdłuż osi ciała człowieka;

działanie siły musi być ograniczone do ułamków sekundy;

człowiek musi charakteryzować się dobrym zdrowiem i tężyzną fizyczną (duże znaczenie ma
wiek).
W próbie laboratoryjnej zakłada się warunki bardziej drastyczne, które przekraczają znacznie te
występujące w realnych warunkach. Ideą takiej próby jest bowiem wyizolowanie tylko jednego
elementu z łańcucha asekuracyjnego, tj. liny, i zbadanie jej zdolności do pochłaniania energii udaru
w warunkach ekstremalnych, kiedy to niemal cała energia upadku zostanie pochłonięta przez linę.
Aby tak było, należy dokonać udaru ciała, którego odkształcalność pod wpływem sił jest
minimalna, tj. w praktyce - ciała nieodkształcalnego. Uwzględnia się przy tym takie parametry jak:
masa ciała, konfiguracja geometryczna systemu asekuracyjnego, sposób mocowania liny, rodzaj
asekuracji (statyczna) itd.
Generowaną podczas pierwszego udaru (w warunkach
laboratoryjnych) siłę uderzenia, należałoby nazwać nominalną siłą uderzenia
, jest ona bowiem
parametrem charakterystycznym dla danej liny i jest zawsze podawana na tabliczce znamionowej
(etykiecie) liny. Nominalna siła uderzenia, której wartość jest określana w trakcie pierwszej próby
„udarnościowej” liny (pierwszego odpadnięcia testowego), mówi nam o tym, jaką maksymalną siłę
uderzenia zarejestrowano w linie w trakcie udaru ciała w warunkach testu laboratoryjnego (przy
współczynniku odpadnięcia, n 1,78). Parametr ten jest szczególnym przypadkiem siły uderzenia.
Jeżeli konkretna lina spełnia wymagania normy EN 892:2004, oznacza to między innymi, że
nominalna siła uderzenia zarejestrowana w trakcie pierwszego testowego udaru jest mniejsza od
siły granicznej.
W przypadku współczesnych lin dynamicznych wartość nominalnej siły uderzenia jest
znacznie niższa od siły granicznej. Fakt ten wskazuje na wzrost bezpieczeństwa hamowania lotów.
Dzieje się tak również z uwagi na to, że siła uderzenia działająca w czasie rzeczywistego udaru jest
zwykle mniejsza występującej w warunkach laboratoryjnych. W trakcie hamowania odpadnięcia
wspinacza w warunkach rzeczywistych "siła uderzenia", oddziałująca na jego ciało i cały łańcuch
asekuracyjny (w tym linę), powoduje ich odkształcenie, a w konsekwencji - pochłanianie energii
upadku przez te elementy. Ponadto, masa upadającego wspinacza w rzadkich przypadkach równa
się masie testowej.
Wszystko to powoduje, że porównanie udaru zachodzącego w warunkach rzeczywistych z
udarem w warunkach laboratoryjnych jest niewspółmierne. Na podstawie nominalnej siły uderzenia
liny można jednak wyciągnąć pewne ogólne wnioski, dotyczące udarów zachodzących w
warunkach rzeczywistych:
1. Im niższa wartość nominalnej siły uderzenia, tym "szarpnięcie", przekazane przez linę na
ciało odpadającego wspinacza, jest mniejsze.
2. W celu wywołania siły uderzenia równej nominalnej sile uderzenia danej liny konieczne
byłoby odpadnięcie wspinacza o znacznie większej masie, niż to określono w normie (przy
założeniu takiego samego współczynnika odpadnięcia) lub też upadek wspinacza powinien
wystąpić przy znacznie większym niż w teście współczynniku odpadnięcia (przy założeniu,
że masa człowieka równa jest masie określonej w normie).
3. Jeżeli masa wspinacza równa jest masie określonej w normie, a udar występuje przy takim
samym jak w teście współczynniku odpadnięcia, to zawsze udar w warunkach
rzeczywistych będzie łagodniejszy niż udar w warunkach laboratoryjnych.
4. Każdy następny udar powoduje zmianę właściwości mechanicznych liny (staje się bardziej
sztywna), co w konsekwencji powoduje wzrost siły uderzenia przy kolejnych udarach.
Reasumując:
1.
Do opisu zjawisk występujących w czasie udarów ciał, należy używać terminów siła
uderzenia lub siła udaru
. Są to pojęcia najbardziej ogólne.
2. Pojęcia siła uderzenia należy również używać (dokonując pewnego myślowego
uproszczenia) w przypadku udarów wspinaczy w warunkach rzeczywistych.
3. Generowana w linie siła jest miarą odpowiedzi liny na spadające ciało i występuje zawsze w
czasie hamowania lotu. Pośrednio przekazuje informację o tym, jak sztywny jest system
asekuracyjny.
4. Siła uderzenia jest proporcjonalna do upadającej masy wspinacza i przyspieszenia, jakiemu
poddane jest ciało w czasie hamowania lotu.
5.
Nominalna siła uderzenia
to maksymalna wartość siły uderzenia zarejestrowana w linie
podczas pierwszego odpadnięcia w warunkach laboratoryjnych. Do terminu tego należy
odnosić się przy porównywaniu właściwości lin lub podejmowaniu decyzji o wyborze liny.
6.
Siła graniczna
to parametr opisujący odporność ciała ludzkiego na przeciążenia i można
stosować go jedynie w kontekście obligatoryjnego wymogu (normy).
7. W czasie swobodnego lotu wspinacza (od momentu odpadnięcia do początku naprężania się
liny) na upadające ciało działa siła grawitacji oraz działająca w kierunku przeciwnym siła
oporu powietrza.
8. Kolejne udary powodują wzrost siły uderzenia, działającej na ciało wspinacza w czasie
hamowania lotu. Liny o niższej nominalnej sile uderzenia i większej ilości udarów
testowych posiadają większy potencjał do pochłaniania energii upadku, są zatem
bezpieczniejsze.
9.
Siła uderzenia jest różna na całej długości liny pracującej w czasie udaru.
Największa
jej wartość występuje na odcinku pomiędzy odpadającym wspinaczem a pierwszym
miejscem tarcia liny, np. o skałę, lub najwyższym przelotem. W miarę zbliżania się do
asekuranta, na skutek tarcia liny o skałę lub w przelotach, wartość siły uderzenia w linie
stopniowo zmniejsza się.
10.
Najbardziej zużywającymi się w czasie udarów częściami liny w są jej końcowe metry.
Wynika to z faktu, że lina jest zawsze najbardziej obciążona na odcinku pomiędzy
odpadającym, a pierwszym miejscem tarcia liny. Dodatkowym czynnikiem destrukcyjnym
jest zgięcie liny na karabinku najwyższego przelotu.
Z perspektywy laika zarysowane tu uwagi mogą nosić znamiona przysłowiowego "boju o
pietruszkę", podczas gdy rozróżnienie na siłę graniczną i siłę uderzenia jest w istocie sprawą
kluczową. Używanie powyższych pojęć zgodnie z ich znaczeniem rzeczywistym pozwala uniknąć
wielu uproszczeń i błędów.
Marek Kujawiński – instruktor taternictwa PZA
instruktor wspinaczki wysokogórskiej, z
wykształcenia inżynier mechanik, przez dwie
kadencje członek komisji Szkolenia PZA
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • charloteee.keep.pl