Зависимость усилия протравливания для разных тормозных устройств

Статическая страховка

При статической страховке страхующий жестко зажимает веревку. При этом падение лидера гасится за счет эластичных свойств веревки. Надо представлять, какой величины рывок может быть в результате срыва. Мы уже говорили, что рывок зависит от фактора рывка, веса напарника и жесткости веревки. Подробнее на анализе этих факторов мы остановимся ниже. Если рывок в результате срыва будет небольшим, допустимо использовать статическую страховку. Ее приходится использовать и в тех случаях, когда протравливание веревки может привести к травмированию первого в результате падения его на полку или выступы. В этих случаях более жесткий рывок, естественно, предпочтительней падению на выступ или полку. Итак, при выборе метода страховки надо исходить из следующего.

• Надежность верхней точки
• Если связка работает на льду — проблем нет. Если скалы — смотря какие точки страховки сделаны (а это, в свою очередь зависит от фактуры скал и от опыта альпиниста). Если снег — только динамическая страховка!
• Свойства веревки
• Если веревка имеет сертификат UIAA, можно использовать статическую страховку (при благоприятных других обстоятельствах).
• Фактор рывка
• Это отношение глубины падения к длине выданной веревки. Фактор рывка непосредственно влияет на величину рывка. При этом надо знать, на какой веревке ты ходишь. Лучше ходить на импортных. Например, как мы уже рассматривали, на веревке «Beal» можно использовать статическую страховку при факторах рывка до 1. В принципе на веревке «Beal» можно вообще не использовать динамическую страховку, но надо знать, что в худшем случае рывок на веревку будет равен 700 кг, а на верхнюю точку — 1200 кг. Выдержит ли верхняя точка? Если сомнения есть — лучше протравить, если страховка осуществляется через анкера — смысла в протравливании никакого нет, только повышается опасность удариться о выступ или полку.
• Масса сорвавшегося
• Стандартный рывок UIAA рассчитан для веса 80 кг. Рывок пропорционален квадратному корню из веса человека (вместе с одеждой и снаряжением). Так, если вес в два раза больше, то величина рывка будет в 1.4 раза больше. Худейте перед выездом в горы — рывок в случае срыва будет меньше.
• Крутизна рельефа и наличие полок, выступов
• Как мы уже отмечали, способ страховки зависит и от рельефа. Если падение не приведет к травме, можно использовать динамическую страховку. Если можно удариться или склон не крутой, нужно использовать статическую страховку.

Динамическая страховка

Динамическая страховка используется для уменьшения рывка на веревку и, следовательно, на другие участки страховочной цепи. Самым слабым местом является верхняя точка страховки. Ранее используемые пеньковые веревки обрывались уже при факторе рывка К=0.25. При этом величина рывка была около 700 кг. Современные импортные веревки подразделяются на динамические и статические (их еще называют полудинамическими). Есть стандарты на один и другой тип веревок. Из российских веревок только калининградская динамическая веревка удовлетворяет тестам UIAA, остальные веревки следует считать статическими. Для статических веревок есть рекомендация не использовать их в условиях, когда фактор рывка выше 1. Допустимые усилия рывка для статических веревок возникают при факторе рывка К=0.3 (порядка 500 кг). Это соответствует следующей схеме расположения точек страховки: 3, 6, 9, 11, 13, 15, 18, 21, 25, 30, 35, 40, 47 метров от базы.

При такой схеме можно использовать статическую страховку (при этом на верхнюю точку будет приходиться нагрузка около 850 кг, а на базу — рывок 350 кг). Если точки расположены реже, нужно использовать динамическую страховку.

Как осуществляется динамическая страховка? Один из принципов динамической страховки, сформулированный еще в 30—40 годах, гласит — «the rope mast run» (веревка должна бежать).

Динамическая страховка подразделяется на мягкую и жесткую. При этом веревка протравливается с определенным усилием через тормозное устройство. Мягкая динамическая страховка — при усилии протравливания 200 кг, жесткая — 400 кг и выше. В первом случае рывок на сорвавшегося будет равен 300 кг, во втором — 600 кг. Соответственно нагрузки на верхний крюк 500 кг в первом случае и 1000 кг — во втором. Протравливать веревку легче всего через тормозные устройства.

Страховка в горах

Альпинистская веревка

Как выбрать альпинистскую веревку? Каким критериям она должна удовлетворять?

Выбор
Веревка в целом подразделяется на динамическую, статическую и вспомогательную. Динамические веревки применяют для страховки на маршруте при хождении с нижней страховкой. Статическая применяется для перил, при спасработах и в промышленном альпинизме. Вспомогательная веревка применяется для различных других целей, где возможные нагрузки значительно ниже по своей величине, чем в перечисленных выше случаях.
Подробнее остановимся на динамических веревках. В настоящее время применяют одинарную веревку, полуверевки (ее еще называют двойной веревкой) и двойную веревку (иначе — цвилинговая).

	Одинарная веревка — больше всего подходит для спортивных восхождений и восхождений по несложным «традиционным» маршрутам (где маршрут и работа с веревкой не очень сложные).
	Полуверевка — больше всего подходит для более сложной работы с веревкой, либо когда за счет меньшей силы рывка на разделенные веревки увеличивается безопасность при срыве, либо в случае необходимости организовывать спуск дюльфером.
	Двойная веревка — будет лучше всего для горных маршрутов (она намного легче двух полуверевок).

Как выбрать веревку при ее покупке — вопрос не очень простой. Всегда, когда выбор достаточно широк, сделать его сложно. Легче работать с одинарной веревкой. Как правило, ею пользуются более часто, чем другими типами веревок. Она же универсальнее и немного дешевле, чем цвилинговая или 2 полуверевки. На взгляд автора одинарная веревка более устойчива с точки зрения подверженности механическим повреждениям. Однако преимущества в использовании двойных веревок достаточно существенны и выбор, чаще всего, основывается на личных пристрастиях и привычках. С точки зрения безопасности в использовании разных типов веревок — можно считать, что они одинаково безопасны.

Свойства и технические характеристики современных веревок
Для веревок разработаны требования UIAA и европейские требования. Если веревка удовлетворяет им, то ее применение в альпинизме возможно. Веревка бывает динамическая и статическая. Динамическая веревка применяется для страховки первого на маршруте (для нижней страховки). Статическая веревка не применяется для нижней страховки и используется для организации перил, в спасработах или промышленном альпинизме. На статическую веревку также есть европейские нормы. Основное отличие их от динамических — статическая веревка на должна сильно растягиваться (не более 5% при грузе 150 кг).

Требования UIAA и EN892 для динамической веревки

• Сила рывка должна быть не более 12 kN при факторе рывка 2 с весом 80 кг. (55 кг для полуверевки или двойной веревки).
• Веревка должна выдерживать не менее 5 рывков с фактором рывка 2 и весом, указанным выше.
• Удлинение под грузом — не должно быть более 8% под грузом 80 кг (для полуверевки — удлинение не более 10% под грузом 80 кг).
• Гибкость при завязывании узлов — проверяется измерением диаметра веревки внутри узла при нагрузке 10 кг.
• Смещение оплетки веревки относительно сердцевины — 2 м. веревки протягивают через специальное устройство 5 раз. Смещение оплетки веревки должна быть меньше 40 мм.
  Маркировка должна указывать тип веревки (одинарная, полуверевка или двойная), изготовителя и CE-сертификат.

Требования prEN 1891 для статических веревок

• Сила рывка должна быть меньше 6 kN при факторе рывка 0.3 и весе 100 кг.
• Должна выдержать как минимум 5 рывков с фактором падения 1 и весом 100 кг, с узлом «восьмеркой».
• Удлинение, возникающее от грузов от 50 до 150 кг, не должно превышать 5%.
• Гибкость при завязывании узлов — как указано выше. Коэффициент гибкости (фактор K=диаметр веревки/диаметр веревки внутри узла) — должен быть не более 1,2.
• Смещение оплетки веревки относительно сердцевины — 2 м. веревки протягивают через специальное устройство 5 раз. Смещение оплетки веревки должна быть не более 15 мм.
• Вес оплетки веревки должен быть не больше определенной доли от общей массы веревки.
• Статическое усилие на разрыв — веревка должна выдерживать не менее 22 kN (для веревок диаметром 10 мм и более) или 18 kN (для 9 мм веревок), с узлом «восьмерка» — 15 kN.
• Маркировка — на концах веревки указывается тип веревки (A или B), диаметр, изготовитель и EN, которому веревка соответствует. Полоса в центре должна показывать тип веревки (А или В), модель, изготовителя, номер и год изготовления.

Приведем нормы UIAA для другого снаряжения, применяемого в альпинизме:

• Анкера, крючья, закладки (anchors): 25 kN
• Карабины, вдоль продольной оси (carabiner): 20 kN
• Карабины, вдоль поперечной оси (carabiner): 4 kN
• Страховочные петли (sling): 22 kN
• Система (harness): 15 kN
• Прочность ручки ледоруба 12 kN

Альпинистское снаряжение постоянно меняется по своим качествам. Применяются все более новые, дорогостоящие материалы. Приведем для примера характеристики современных веревок фирмы Beal, которая является одним из лидеров по производству альпинистских веревок. Ниже приведены свойства вспомогательных веревок и стропы, из которой изготавливают оттяжки на карабины и подвесные системы. Все веревки Beal имеют увеличенную долговечность вследствие развития достижений новых технологий.

Сила рывка

Количество рывков

вес одного метра вес груза 80 кг 55 кг 80 кг 55 кг   Apollo 11 мм 720 DaN - 16 - 78 г Top Gun 10.5 мм 680 DaN - 12 - 69 г Booster 9.7 мм 680 DaN - 7 - 62 г Wall Master II 10.5 мм 680 DaN - 7 - 68 г Verdon II 9 мм - 490 DaN - 18 49 г Cobra II 8.6 мм - 490 DaN - 17 48 г Legend II 8.3 мм - 490 DaN - 10 45 г Tandem 7.9 мм 720 DaN двойная - 14 двойная - 41 г

 

Сравнительная таблица значений величины рывка веревок Beal

Диаметр и тип веревки		сила рывка	количество рывков	фактор рывка 2
одинарная веревка	Apollo 11 мм	720 DaN	16	одинарная веревка: 80 кг тестовая масса
	Top Gun 10.5 мм	680 DaN	12
	Booster 9.7 мм	680 DaN	7
	Wall Master II 10.5 мм	680 DaN	7
	норма UIAA	<1200 DaN	5
полуверевка	Verdon II 9 мм	490 DaN	18	полуверевка: 55 кг тестовая масса
	Cobra II 8.6 мм	480 DaN	17
	Legend II 8.3 мм	490 DaN	10
	норма UIAA	<800 DaN	5
двойная веревка	Tandem 7.9 мм	720 DaN двойная	14 двойная	двойная веревка: 80 кг тестовая масса
	норма UIAA	<1200 DaN двойная	12 двойная

Таблица свойств статических веревок

диаметр веревки	вес одного метра	усилие разрыва	удлинение	количество рывков с фактором рывка 1 (вес груза 100 кг)	сила рывка фактор рывка 0.3
9 мм	51 г	1900 кг	3.6%	5 (80 кг)	4.0 kN
10 мм	60 г	2400 кг	3.0%	5 (100 кг)	4.8 kN
10.5 мм	65 г	2700 кг	3.0%	10 (100 кг)	5.1 kN
11 мм	73 г	3000 кг	2.8%	13 (100 кг)	5.1 kN
11.5	78 г	3200 кг	2.6%	15 (100 кг)	5.3 kN

Свойства стропы Beal

Плоская стропа

Трубчатая стропа

трубчатая суперстропа 20 мм 26 мм 30 мм 45 мм 50 мм 16 мм 19 мм 26 18 усилие разрыва 1000 DaN 1500 DaN 1600 DaN 2200 DaN 2400 DaN 800 DaN 1100 DaN 1500 DaN 1600 DaN

 

Страховка двойной веревкой

	Лидер организует базу и делает себе самостраховку каждой из веревок в отдельные карабины.
	Он вщелкивает петлю в два анкера ставит карабин с муфтой для организации страховки нижнего (одна из петель поворачивается вокруг оси).
	Он страхует нижнего узлом UIAA через карабин базы.
	Второй карабин он закрепляет на пояс для организации нижней страховки.
	Второй страхует первого с помощью узла UIAA, при этом веревка после карабина на поясе проходит через карабин базы и далее к первому.

Примечание автора: При работе с одинарной веревкой нижняя страховка первого на приведенных рисунках осуществляется через Grigri, который закреплен на поясе страхующего. Если при срыве первый завис на промежуточной точке — вопросов нет. Если же промежуточных точек нет или они не выдержали рывка, первый будет висеть непосредственно на этом Grigri. При этом возникнут некоторые проблемы. Во-первых, рывок должен прийтись не на пояс страхующего, а на самостраховку, поэтому длина самостраховки должна соответствовать данному приему, чтобы при рывке страхующий не травмировался или не потерял равновесие. Далее надо предусмотреть каким образом страхующий сможет закрепить веревку за базу и освободить Grigri и самого себя для дальнейших действий (если сорвавшемуся нужна помощь). Это можно сделать, если подготовлен жумар, закрепленный за базу, который можно поставить на нагруженную веревку. Далее выдав еще некоторое количество свободной веревки через Grigri, можно освободить тормозное устройство и себя от натянутой веревки. Все эти действия удобнее и быстрее делать, если веревка от Grigri идет к базовому карабину и после — к первому (именно так автор всегда и поступает). В чем же положительная сторона проиллюстрированного способа? В данном случае рывок на базу равен рывку в веревке (и рывку на страхуемого). Для варианта, который рекомендует автор, рывок на базу будет в 1.5—1.6 раз больше, чем рывок на веревку (см. величина рывка на верхнюю точку). Действительно, веревка идет от сорвавшегося в базовый карабин, перегибается в нем и идет к тормозному устройству. В карабине действует сила трения, поэтому на базовый карабин действует сила рывка плюс сила, с которым страхующий удерживает сорвавшегося, и как мы рассматривали, она составляет 50—66% от силы рывка. Что выбрать — дело вкуса. Автор предпочитает делать базу более надежной и в случае срыва первого быть в состоянии максимально быстро оказать ему помощь.

Приложение. Математическая модель: веревка и нагрузки, возникающие в ней при срыве

Приведем вывод формулы, описывающей поведение альпинистской веревки при срыве первого в связке.

П=P·(H+L+ΔL) — потенциальная энергия человека

P — вес человека (P=mg)
H — превышение человека над последней точкой страховки
L — длина свободной веревки
ΔL — длина, на которую веревка максимально растянулась

Аторм=Fторм·Δs — работа сил трения в тормозном устройстве

Fторм — сила трения веревки в тормозном устройстве
Δs — длина протравливания веревки

Учтем силы трения в карабине:
F1=F-Fтрен
Fтрен=f·N=f·(F+F1)=f·(2F-Fтрен)
Fтрен=(2f/(1+f))·F, где f — коэффициэнт трения
N=2F-Fтрен=(2f/(1+f))·F
Атрен=(1/2)·Fтрен·ΔL' — работа сил трения в карабине (сила трения меняется линейно, одновременно с силой F, от нуля до максимального значения Fтрен, поэтому в формуле присутствует коэффициент 1/2).
ΔL=ΔL'+ΔL'' — растяжение веревки складывается из растяжения веревки со стороны базы ΔL' и растяжения веревки со стороны сорвавшегося ΔL''.
E=(1/2)·(F·ΔL''+F1·ΔL') — энергия деформации веревки.
E+Атрен= (1/2)·(F·ΔL''+F1·ΔL')+(1/2)·Fтрен·ΔL'
E+Атрен=(1/2)·(F·ΔL''+(F-Fтрен)·ΔL'+Fтрен·ΔL')=(1/2)F·ΔL
F=α·(ΔL/Lo) — сила рывка (усилие деформации веревки)
α — коэффициент упругости веревки
Lo — общая длина ненагруженной веревки

ΔL=ΔL'+ΔL''=(1/α)·(F·L+F1·L1)=(1/α)·(F·L+(F-Fтрен)·L1)
ΔL=(1/α)·(F·L+(F·(1-(2f/(1+f))·L1=(1/α)·(F·L+F·L1-(2f/(1+f))·F·L1)
ΔL=(F·Lo/α)·(1-(2f/(1+f))·(L1/Lo))
L1 — длина веревки между базой и верхней (последней) точкой
K=(H+L)/Lo — фактор рывка
П=Е+Атрен+Аторм — из закона сохранения энергии следует, что потенциальная энергия человека П переходит в энергию деформации веревки Е, и работу сил трения в карабине Атрен и работу сил трения в тормозном устройстве Аторм.

После подстановки предыдущих выражений в закон сохранения энергии получим:
P·(H+L+ΔL)=(1/2)F·ΔL+Fторм·Δs
(1/2)F·ΔL-P·ΔL-P(H+L-(Fторм/P)·Δs)=0, разделим выражение на Lo
(1/2)F·(ΔL/Lo)-P·(ΔL/Lo)-P((H+L)/Lo-(Fторм/P)·(ΔL/Lo))=0
(1/2)F·(ΔL/Lo)-P·(ΔL/Lo)-P(K-(Fторм/P)·(ΔL/Lo))=0 (K —фактор рывка)

Подставим сюда полученное выражение для ΔL=(F·Lo/α)·(1-(2f/(1+f))·(L1/Lo))

=0

Получаем следующее решение уравнения для F:

— сила рывка веревки.

— рывок на карабин.

— рывок на базу (или страхующего).

— относительное удлинение веревки при величине рывка на веревку F.

Теперь рассчитаем время воздействия рывка на сорвавшегося и распределение этого рывка во времени. После срыва человек падает вниз и веревка начинает нагружаться, тормозя падение человека и действуя как амортизатор. На человека со стороны веревки действует силы:

F=-(α/Lo)·ΔL — сила упругости веревки;
P=mg — сила тяжести (Р — вес человека).

Будем считать, что затухания нет. В этом случае уравнение движения запишется следующим образом:

m ·ΔL''+(α/Lo)·L=mg
ΔL''+(α/(mLo))·ΔL=g

решением данного дифференциального уравнения есть функция:

это косинусоида, смещенная на величину ((mg)/α)·Lo (гармонические колебания).

Для величины силы упругости (рывка веревки) мы имеем следующую зависимость силы от времени: F(t)=m·ΔL''

— как видно — это тоже косинусоида.

— полупериод колебаний при рывке.

Fmax= -(α/Lo)·ΔLmax
	T/2 (время)

Рывок можно охарактеризовать временем воздействия на человека и элементы страховки — полупериодом косинусоиды. За это время сила рывка возрастает от нуля до максимума и снова уменьшается до нуля.

Надо еще заметить, что данное уравнение описывает поведение системы лишь при натянутой веревке. При движении в верхней части (положительный период косинусоиды) сила упругости на человека не действует, и движение происходит только за счет силы тяжести (L''=g, это движение по параболе), но это не особо интересно для рассмотрения процесса страховки. После первого полупериода за счет диссипативных сил происходит уменьшение амплитуды колебаний (период не меняется). Если элементы страховочной цепи выдержали первый рывок, последующие не окажут существенного воздействия.

Время воздействия рывка нам интересно для оценки его жесткости: жесткость рывка тем выше, чем больше его сила и чем меньше время его воздействия. Короткий рывок оказывает более разрушающее воздействие, чем более плавный рывок, имеющий такую же силу.

 

 

Статическая страховка

При статической страховке страхующий жестко зажимает веревку. При этом падение лидера гасится за счет эластичных свойств веревки. Надо представлять, какой величины рывок может быть в результате срыва. Мы уже говорили, что рывок зависит от фактора рывка, веса напарника и жесткости веревки. Подробнее на анализе этих факторов мы остановимся ниже. Если рывок в результате срыва будет небольшим, допустимо использовать статическую страховку. Ее приходится использовать и в тех случаях, когда протравливание веревки может привести к травмированию первого в результате падения его на полку или выступы. В этих случаях более жесткий рывок, естественно, предпочтительней падению на выступ или полку. Итак, при выборе метода страховки надо исходить из следующего.

• Надежность верхней точки
• Если связка работает на льду — проблем нет. Если скалы — смотря какие точки страховки сделаны (а это, в свою очередь зависит от фактуры скал и от опыта альпиниста). Если снег — только динамическая страховка!
• Свойства веревки
• Если веревка имеет сертификат UIAA, можно использовать статическую страховку (при благоприятных других обстоятельствах).
• Фактор рывка
• Это отношение глубины падения к длине выданной веревки. Фактор рывка непосредственно влияет на величину рывка. При этом надо знать, на какой веревке ты ходишь. Лучше ходить на импортных. Например, как мы уже рассматривали, на веревке «Beal» можно использовать статическую страховку при факторах рывка до 1. В принципе на веревке «Beal» можно вообще не использовать динамическую страховку, но надо знать, что в худшем случае рывок на веревку будет равен 700 кг, а на верхнюю точку — 1200 кг. Выдержит ли верхняя точка? Если сомнения есть — лучше протравить, если страховка осуществляется через анкера — смысла в протравливании никакого нет, только повышается опасность удариться о выступ или полку.
• Масса сорвавшегося
• Стандартный рывок UIAA рассчитан для веса 80 кг. Рывок пропорционален квадратному корню из веса человека (вместе с одеждой и снаряжением). Так, если вес в два раза больше, то величина рывка будет в 1.4 раза больше. Худейте перед выездом в горы — рывок в случае срыва будет меньше.
• Крутизна рельефа и наличие полок, выступов
• Как мы уже отмечали, способ страховки зависит и от рельефа. Если падение не приведет к травме, можно использовать динамическую страховку. Если можно удариться или склон не крутой, нужно использовать статическую страховку.

Динамическая страховка

Динамическая страховка используется для уменьшения рывка на веревку и, следовательно, на другие участки страховочной цепи. Самым слабым местом является верхняя точка страховки. Ранее используемые пеньковые веревки обрывались уже при факторе рывка К=0.25. При этом величина рывка была около 700 кг. Современные импортные веревки подразделяются на динамические и статические (их еще называют полудинамическими). Есть стандарты на один и другой тип веревок. Из российских веревок только калининградская динамическая веревка удовлетворяет тестам UIAA, остальные веревки следует считать статическими. Для статических веревок есть рекомендация не использовать их в условиях, когда фактор рывка выше 1. Допустимые усилия рывка для статических веревок возникают при факторе рывка К=0.3 (порядка 500 кг). Это соответствует следующей схеме расположения точек страховки: 3, 6, 9, 11, 13, 15, 18, 21, 25, 30, 35, 40, 47 метров от базы.

При такой схеме можно использовать статическую страховку (при этом на верхнюю точку будет приходиться нагрузка около 850 кг, а на базу — рывок 350 кг). Если точки расположены реже, нужно использовать динамическую страховку.

Как осуществляется динамическая страховка? Один из принципов динамической страховки, сформулированный еще в 30—40 годах, гласит — «the rope mast run» (веревка должна бежать).

Динамическая страховка подразделяется на мягкую и жесткую. При этом веревка протравливается с определенным усилием через тормозное устройство. Мягкая динамическая страховка — при усилии протравливания 200 кг, жесткая — 400 кг и выше. В первом случае рывок на сорвавшегося будет равен 300 кг, во втором — 600 кг. Соответственно нагрузки на верхний крюк 500 кг в первом случае и 1000 кг — во втором. Протравливать веревку легче всего через тормозные устройства.

Зависимость усилия протравливания для разных тормозных устройств

устройство	усилие захвата руками 25 кг	усилие захвата руками 50 кг
восьмерка	200 кг	300 кг
шайба Штихта с одним карабином	200 кг	250 кг
шайба Штихта с двумякарабинами	300 кг	400 кг
Grigri (Petzl)	700 кг	-

Сколько необходимо протравливать? Соотношение такое. Во сколько раз усилие протравливания больше веса человека, во столько же раз длина протравливания меньше глубины падения. Если человек весом 100 кг (вместе с одеждой и снаряжением) упал на глубину 10 м (5 м до последней точке, и столько же ниже), усилие протравливания 400 кг (усилие протравливания больше веса с в 4 раза), значит протравливать надо в 4 раза меньше — 2.5 м. Соответственно если усилие протравливания 200 кг, то протравливать нужно 5 м. Усилия, возникающие в различных участках страховочной цепи мы рассмотрим ниже.

Надо заметить, что с появлением современных веревок динамическая страховка стала использоваться реже. На скалолазных стендах и анкерных маршрутах ее уже не используют. Но в альпинизме ее надо уметь применять, а в отдельных случаях ее применение обязательно (например — на снежном склоне).

При динамической страховке нужно оставлять свободную веревку для протравливания. При протравливании веревки нужно следить не за длиной, а за величиной усилия протравливания. Запас свободной веревки для протравливания должен быть в пределах 10—100% от выданной (в зависимости от надежности точек страховки).

Страховка в горах