Сила рывка на верхнюю точку страховки при срыве скалолаза и как её уменьшить

Выбежал на вечерний кросс. Нужно было чем-то занять голову на час. Мысли крутились вокруг выбора микрофрендов, которых мне не хватает для летнего гранита (Camalots C3, Metolius Master Cams, Metolius Ultralight TCU, Aliens, Camalots X4, Wild Country Zero Friends и т.п.). Интуиция говорила что надо брать самые прочные, но они хлипкие почти все. Решил, пока бегаю, прикинуть, а сколько же нужно выдерживать точке, чтобы считать её прочность приемлемой. Какой должен быть минимум? Выводы сделал, прибежал домой, проверил по тестам и умным статьям. Если изложить ход мысли, получится где-то вот так:

Какая может быть нагрузка на верхнюю точку при срывах?

Во-первых, сила рывка зависит от фактора падения (а не от его глубины). Верхний предел силы рывка на скалолаза — максимальная действующая сила для данной верёвки.

В реальных ситуациях сила, действующая на верхнюю точку при одном и том же факторе рывка, но разной глубине срыва — разная. Чем длиннее полёт — тем сильнее рывок на верхнюю точку. Это происходит из-за того, что доля энергии, поглощаемая телом, затягиванием узлов, подбрасыванием страховщика, и т.п., при большом срыве — меньше в сравнении с действующей на точку силой.

Рис. 1 Зависимость максимальной действующей силы (impact force) на скалолаза от фактора падения (fall factor) для одинарной верёвки. График из этой отличной статьи о математическом моделировании сил, действующих на скалолаза при срыве.

Во-вторых, энергия срыва распределится неравномерно между скалолазом, верхней точкой и страховщиком. На верхнюю точку действуют две силы — рывок скалолаза и торможение срыва страховщиком.

Рис. 2 Примерно так распределится энергия, если есть только одна точка страховки. Картинка из этой статьи, которую стоит прочитать

Если бы в карабине верхней точки не было трения, силы действующие на скалолаза и страховщика были бы равны. Однако, при перегибе верёвки через карабин на 180 градусов сила рывка на страхующего уменьшается. В этой переводной статье на Риске о динамической страховке, для одинарной верёвки диаметром 10.5 мм в динамических условиях дан коэффициент 1.47. Если верёвка перегибается не только в верхнем карабине, то трение в карабинах оттяжек тоже нужно учитывать, и это…

…В-третьих. Действующая сила может быть выше ожидаемой при данном факторе падения в два раза. Из определение, фактор падения — это отношение длины полёта к длине верёвки, которая его амортизирует. Если в цепи страховки много точек и на каждой из них верёвка перегибается под каким-то углом, присутствует трение. Оно уменьшает эффективность работы верёвки при гашении энергии рывка. Разница может составлять 100%, если в четырёх точках верёвка изгибается в каждой на 20 градусов. Т.е. при факторе 0.3 действующая сила будет как при 0.6. Детальнее в этой статье.

Максимальную силу, которая может действовать на верхнюю точку страховки посчитать легко. Она может возникнуть при факторе падения 2.0 и жёсткой страховке со страховочного, закреплённого на шлямбуре. Для одинарной верёвки нагрузка на верхнюю точку (при факторе 2.0 — это выдающий карабин рядом с неподвижно закреплённым страховочным устройством) получится примерно 15.1 кН (предельная действующая сила для верёвки + половина её, к примеру, 9 кН +(9/1.47) кН). В реальности такую нагрузку получить почти невероятно по причинам, которые рассмотрю ниже. Если подобный срыв всё таки случится, от гибели связку убережёт только сделанная на совесть станция. Или шлямбур.

Эти три фактора не учитывают реальных условий, когда срываются и страхуют люди, а не железные болванки. При рывках с большими факторами действующие силы уменьшают осознанная или бессознательная динамическая страховка, страховка с себя (страховщика подбросит вверх), затягивание узлов при рывке, упругая деформация тел скалолаза и страховщика, замедление полёта на лежащей стене за счёт трения и другие факторы.

Кто виноват понятно — сила гравитации. Но что делать? :)

1. Чаще закладываться.

Чем меньше фактор падения — тем меньше нагрузка на верхнюю точку. Даже небольшой полёт близко к станции опасен. Поэтому, выходя со станции нужно пропустить верёвку через «выдающий карабин», встёгнутый в центральную точку станции. Если одна из точек станции супернадёжная (шлямбур), тогда выдающий карабин встегнуть в неё. Сразу после выхода со станции поставить первую точку, со второй тоже не тянуть.

Если шанс сорваться сразу при выходе со станции реален, можно сделать первую точку, держась за высокую точку станции. Ещё можно сделать страхующему 5-метровую самостраховку из основной верёвки, сделать первую оттяжку с муфтованным карабином в центральной точке станции. Пусть ваш страхующий висит внизу и между вами будет кусок верёвки уменьшающий фактор падения в несколько раз. Понятно, станция в такой ситуации должна быть несокрушимой.

Как часто страховаться? Ответа на такой вопрос никогда не получите. Он зависит от того, где именно лезете и каков ваш уровень лазанья.

2. Динамически страховать.

Динамическая страховка с одной стороны чрезвычайно эффективна при срывах с большим фактором, особенно коротких (около станции). С другой стороны, в горных условиях навык должен быть как у метателей ножей, которые работают с людьми. Чтобы она была безопасной, нужна постоянная практика, нужно видеть скалолаза, видеть последнюю точку и держать в уме рельеф в направлении потенциального полёта скалолаза.

Рис. 3 Эффект длины протравливания верёвки при торможении в % по отношению к длине полёта лидера на уменьшение силы рывка на верхнюю точку страховки

Простыми словами, кривые на графике означают, что если лидер сорвался на станцию с высоты трёх метров, пролетел в сумме шесть, то протравливание всего 60 см верёвки при торможении снизит нагрузку на станцию с максимально возможной

8.1 кН. В то же время, протравливание 2 метров верёвки при торможении полёта приведёт к уменьшению нагрузки меньше 5 кН. Впечатляет?

Из этого графика так же видно, что при малых факторах падения динамическая страховка мало эффективна. Протравливание 10% верёвки при факторе падения 0.1 (а эти 10% могут быть приличным расстоянием!) снизит нагрузку всего на

Как обычно, дьявол кроется в деталях. Не в каждом случае и не на каждом рельефе можно страховать динамически. Если скалолаза не видно — не делайте динамическую страховку! Можно убить своего первого о полку. Опять же, если вы, стоя на станции, увидите пролетающего мимо лидера, что сделаете? Думаю, рефлекторно сожмёте верёвку мёртвой хваткой. Если же вы стальной закалки — есть ли уверенность, что выданные 60 см не приведут к встрече лидера с полкой? Однозначного ответа не существует — нужно смотреть по ситуации.

Если стена чистая, вертикальная (а лучше — нависающая), вы видите лидера вверху, знаете рельеф внизу, лидер совершает короткий полёт с большим фактором — можно и нужно страховать динамически. Если полёт с большим фактором длинный — появляются нюансы (см. Рис. 3).

Отработка навыка динамической страховки должна быть, как у метателя ножей (попасть в яблоко, стоящее на голове человека). Во-первых, чтоб научиться нужны тренер, «живец», нависающая стенка и 1-2 занятия (если безопасно страховать лидера с нижней страховкой умеете, то обычно хватит одного занятия, чтобы понять что к чему). Во-вторых, чтобы сформировался и поддерживался навык, нужны регулярные тренировки не реже 2 раз в неделю.

Замечу, что при грамотной и уверенной работе с хорошими страховочными устройствами (стаканы c V-образным вырезом типа ATC XP) на одинарной верёвке, перчатки для динамической страховке, при факторах падения до

0.5, не нужны. Умелая динамическая страховка — это высший пилотаж работы с верёвкой и уменьшение силы рывка — это не единственная её цель, а иногда не главная. Если первый лезет карниз или потолок и сорвался на выходе, то динамическая страховка нужна, чтобы не припечатать первого к стене.

3. Спрямлять линию верёвки.

Использовать длинные оттяжки и петли с карабинами там, где нужно. Меньше трение в системе — лучше сработает верёвка и приятнее лезть. Двойная верёвка при грамотном использовании очень эффективна в снижении трения в точках страховки.

4. Использовать верёвку с меньшей предельной силой рывка.

Читайте инструкции к верёвкам. Сравнительно низкая максимальная действующая сила встречается у верёвок Beal, Tendon и Edelweiss (порядка 7.5 кН для одинарной верёвки). Высокая — у Mammut и Edelrid (порядка 9 кН для одинарной верёвки). Недостаток — чем лучше амортизирует верёвка, тем быстрее износится её сердцевина.

5. Использовать двойную верёвку, правильно (!) её использовать.

Двойная верёвка даёт большой выигрыш и в уменьшении трения за счёт спрямления линии верёвки и за счёт меньшей максимальной действующей силы. Правильно — это в выдающий карабин и/или первую точку встегнуть обе верёвки, а дальше — по одной попеременно или так, как рельеф диктует. Максимальная действующая сила для верёвки Beal Ice Line 8.1 mm — 4.5 кН (тестируется с весом 50 кг, если полностью повиснуть на одной жиле, сила будет выше). Если встёгивать обе полуверёвки в каждую точку, то сила рывка на скалолаза может быть выше, чем у одинарной верёвки, т.е. выше 9 кН.

6. Блокировать точки компенсационной петлёй.

Рис. 4 Только вместо шлямбуров — две плохие точки :)

В данном случае нагрузка распределится между точками равномерно. Если угол ветвей петли 60 градусов, на каждую точку будет действовать 58% нагрузки, которую испытает центральный карабин (по данным Petzl). Блокировать больше двух точек таким способом мало эффективно, потому что нагрузка не распределяется равномерно (Рис. 47).

7. Использовать оттяжечные карабины DMM Revolver

Рис. 5 Карабин со встроенным роликом

В карабине встроенный подшипник (работает до 11.5 кН, общая прочность карабина в продольной оси 24 кН). Такой карабин весит 51 г. Это много для оттяжечного, но иногда может здорово помочь. Представьте, что трение на верхней точке страховки уменьшилось на треть. Нагрузка на точку уменьшится за счёт большего растяжения верёвки, идущей к страхующему. Думаю, одного такого карабина будет достаточно. Заодно — аварийный блочёк с карабином для полиспаста. Есть вариант с муфтой. В снегу подшипник наверняка замёрзнет.

Проверял на скалах — работает! Страховать при этом сложнее, т.к. рывков на страхующего более ощутим.

8. Разрывные амортизаторы рывка

Это петли, сложенные змейкой и простроченные. При нагрузке порядка 2-2.5 кН стежки начинают разрываться и петля удлиняется. Штука тяжёлая, объёмная, дорогая и одноразовая. Чаще всего применяется ледолазами.

Тесты в лаборатории фирмы Black Diamond дали интересные результаты. Такой амортизатор может спасти жизнь, но наименее эффективен там, где больше всего нужен. Это происходит потому, что энергоёмкость у них постоянная. Поэтому, энергию слабого рывка они поглощают эффективно, а сильного — нет. То есть, при разрыве стежков амортизатора энергии поглотиться одинаковое количество в обоих случаях, но при слабом рывке это будет от 100% до 25% энергии рывка превышающей порог срабатывания амортизатора. А при сильном рывке — меньше 10%. Тестирование в лаборатории BD показало, что при FF 0.36, снижение нагрузки на точку составило 26%, при FF 1.0, нагрузка снижена на 17.7%.

Рис. 6 Разрывной амортизатор Yates

Можно посчитать, что для FF 1.78 в стандартном тесте для одинарных верёвок действующая сила будет снижена таким амортизатором (как в тестах BD) всего на 7.6%. В жизни будет лучше, но всё равно не так как хотелось бы :)

Я не рассматриваю многоразовые амортизаторы, которые используют протравливание верёвки, т.к. их работа зависит от внешних факторов. Если верёвка намокнет и замёрзнет, такой амортизатор не сработает. Подробно можно почитать в статье на Риске.

Ближе к реальности

Учитывая обычные реалии, изобразим четыре ситуации:

Срыв на первую точку, находящуюся в 2 метрах над станцией с полётом 4 метра.
Срыв в середине верёвки (от станции до точки 25 м) на 6 метров, 2 метра над точкой 6 метров полёта.
Срыв в конце верёвки (от станции до точки 40 м) на 8 метров, 3 метра над точкой 8 метров полёта.
Срыв на станцию (страховка через выдающий карабин в собирающем карабине станции) без промежуточных точек с высоты 3 метров, полёт 6 метров.

Допущения:

Одинарная верёвка.
Трение только в карабине верхней точки, уменьшает нагрузку на страховщика в 1.47 раза (пункт 1.2.2).
Для всех случаев динамическая страховка с протравливанием верёвки 50 см. Почему столько? Я считаю, что те пол метра динамической страховки могут отражать подбрасывание страховщика к выдающему карабину, деформацию тел страховщика и скалолаза, затяжку узлов и т.д. при жёсткой страховке в реальных условиях (но это не значит, что я прав :). Примерно столько верёвки может выдать страхующий, без протравливания верёвки через ладонь (что требует навыка).
Страхующий висит на метровой самостраховке, страхует с себя через выдающий карабин в центральной точке станции.

* Динамическая страховка — редкое явление, но есть другие факторы, которые в сумме оказывают подобный эффект — подбрасывание страховщика вверх при больших рывках, упругая деформация тел скалолаза и страхующего, затягивание узлов и т.п.

Первый случай

Работает 5 метров верёвки (1 м до выдающего карабина, 2 м до первой точки, 2 м до места срыва), полёт 4 м. Фактор падения 0.8. Максимально возможная нагрузка на скалолаза из Рис. 1

6.0 кН. На верхнюю точку, соответственно, 10.1 кН (6.0+6.0/1.47). Протравливание 0.5 м верёвки (увеличение полёта на 12.5%, фактор 0.8, Рис. 3) снизит нагрузку на верхнюю точку примерно на 28% до 7.3 кН (10.1*0.72). Любой кам с граничной нагрузкой 5 кН этого не переживёт.

Второй случай

Работает 28 метров верёвки (1 м до выдающего карабина, 25 м до точки, срыв 2 м над точкой), полёт 6 метров. Фактор падения 0.21. Максимальная нагрузка на скалолаза из Рис. 1

3.5 кН. На верхнюю точку, соответственно 5.9 кН (3.5+3.5/1.47). Протравливание 0.5 м верёвки (увеличение полёта на 8.3%, фактор 0.21, Рис. 3) снизит нагрузку на верхнюю точку примерно на 10% до 5.3 кН (5.9*0.9). Любой кам с граничной нагрузкой 5 кН скорее всего этого не переживёт.

Третий случай

Работает 44 метра верёвки (1 м до выдающего карабина, 40 м до точки, срыв 3 м над точкой), полёт 8 метров. Фактор падения 0.18. Максимальная нагрузка на скалолаза из Рис. 1

3.0 кН. На верхнюю точку, соответственно 5.0 кН (3.0 + 3.0/1.47). Протравливание 0.5 м верёвки (увеличение полёта на

6.3%, фактор 0.18, Рис. 3) снизит нагрузку на верхнюю точку примерно на 8% до 4.6 кН (5.0*0.92). Вероятно, кам с граничной нагрузкой 5 кН этот рывок выдержит.

Четвёртый случай

Работает 4 метра верёвки (1 метр до выдающего карабина, 3 метра до места срыва), полёт 6 метров. Фактор падения 1.5. Максимальная нагрузка на скалолаза из Рис. 1

8.1 кН. На верхнюю точку — 13.6 кН (8.1 +8.1/1.47). Протравливание (или подбрасывание страховщика) 0.5 м (увеличение полёта на

8.3%, фактор 1.5, Рис. 3) снизит нагрузку на верхнюю точку примерно на 25% до 10.2 кН. Это просто из любопытства посчитал. Не срывайтесь так, делайте хорошие станции, выпускайте первого через центральную точку.

Где я могу ошибаться:

Низкая точность — в расчёте нагрузки на верхнюю точку при коротких падениях с большим фактором (несколько метров верёвки в работе). В этих случаях влияние динамической страховки, фактора наличия страховщика и его движения, динамической страховки, упругой деформации тел скалолаза и страховщика — огромно и не поддаётся точному расчёту (но можно измерить в натурном эксперименте).
Опубликованных тестов с людьми на знакомом мне языке не нашёл (хотя они есть). В этой статье сравнили нагрузки при тестовых рывках стальной чушки и человека на амортизаторы рывков для промальпа и пришли к выводу, что нагрузки при рывках на стальную болванку на 10% больше. Если разница примерно 10%, то для 1, 2, 3 и 4 случаев, для жёсткой страховки получится, 9.1, 5.3, 4.5 и 12.2 кН. Надо заметить, для сильных рывков жёсткую страховку, страхуя с себя, дать не получится.
Не учтено влияние породы. В конгломерате, некоторых видах песчаника, известняке и других мягких породах разрушение скалы легко может произойти раньше френда. Но это относится к камам любого размера а не только маленьким. Я выбирал френды для гранита, где они проявляют себя наилучшим образом.
В коэффициенте трения в карабине.

Где точность расчёта хорошая:

Нагрузка на верхнюю точку при жёсткой страховке с жёстко закреплённого страховочного устройства при отсутствии больших перегибов верёвки в промежуточных оттяжках. Здесь из амортизирующих факторов остаётся только эластичная деформация тела скалолаза (самая большая цифра в каждом случае).
Расчёт нагрузки при малых факторах падения и большой длине работающей верёвки. Примерно, после середины верёвки с факторами падения до 0.3.

Мои выводы

Слишком прочной точка страховки не бывает :)
Микрофренды с прочностью 5 кН безопасно использовать только во второй половине верёвки на небольшом расстоянии от более прочных точек.
Микрофренды с прочностью 6 кН нельзя использовать для точек станции и первой точки после неё.
Микрофрендам с прочностью 7 кН, с некоторыми оговорками, можно верить.
Всё это не значит, что их нельзя использовать, они могут быть крайне полезны, но вы должны точно понимать где, когда и как их можно использовать.
Станция должна быть несокрушимой! Желательно, чтобы центральная точка была на уровне лица.
Нужно дифференцировано подходить к страховке. Реже страховаться на простых участках и чаще на трудных. Что такое реже и чаще — каждый исходит из своего опыта.
Похоже, Aliens и BD Camalots X4 стоят своих денег.
При траде с трудной страховкой от действий страхующего зависит очень много.

Хорошо побегал.

Полезные ссылки:

Измерения нагрузок при срывах человека и страховке человеком, на итальянском. при срывах в случае разрушения первой точки. сил, возникающих при срыве скалолаза, их сравнение с экспериментальными данными

Да! А как же френды?! Я считаю, что лучшие микрокамы — Black Diamond X4 (три наименьших размера). Они прочные, удобные, надёжные и держатся в породе хорошо.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎