Предисловие

1. О технике одной веревки (СРТ)
2. Характеристика веревки
2.1. Прочность на разрыв
2.1.1. Визитная карточка веревки
2.1.2. Объявленная прочность на разрыв
2.1.3. Перегибание в узлах
2.1.4. Влияние воды и влажности
2.1.5. Старение и износ при использовании
2.1.6. Практическая прочность на разрыв
2.2. Надежность
2.2.1. Динамические нагрузки
2.2.2. Энергия падения
2.2.3. Пиковая динамическая нагрузка
2.2.4. Фактор падения
2.2.5. Время падения. Импульс силы
2.2.6. Факторы, уменьшающие нагрузку
2.2.7. Надежность статической веревки
 

Вторая часть
2.3. Конструкция
2.4. Толщина
2.5. Вес
2.6. Удлинение
2.6.1. Удлинение при нормальном употреблении
2.6.2. Удлинение при поглощении динамического удара
2.7. Обрыв после некоторого употребления
3. Виды веревки
3.1. Динамическая веревка
3.2. Статическая веревка
3.2.1. Статико-динамическая веревка
3.3. Вспомогательные веревки и шнуры
4. Применение статической веревки в технике одной веревки
4.1. Функции веревки при работе в колодце
4.2. Крепление
4.3. Предел H0
4.4. Оптимальное расстояние между дублирующим креплением и точкой фиксации веревки
4.5. Не руби сук, на котором сидишь
4.5.1.Фиксация веревки сообразно расположению креплений
4.5.2. Амортизирующие узлы
4.5.3. Протекторы, подкладки, отклонители
4.5.4. Наращивание веревок при креплении
4.6. Нагрузки на горизонтально натянутую веревку
4.7. Нагрузки на V-образные крепления
4.8. Нагрузки при спуске и подъеме
4.9. О факторе падения при разрушении промежуточного крепления
4.10. Опасность для веревки от нагрева спускового устройства
5. Узлы и их применение в технике одной веревки
5.1. Узлы для привязывания веревкик открывающимся устройствам и открытым опорам
5.2. Узлы для привязывания веревкик неоткрывающимся устройствам и закрытым опорам
5.3. Узлы для связывания веревок и петель
5.4. Узлы специального назначения
5.5. Вспомогательные узлы
6. Приспособления из веревки
6.1. Веревочные петли
6.2. Страховочный конец
6.3. Педаль
7. Уход за веревкой
7.1. Маркировка. Биография веревки
7.2. Хранение
7.3. Периодическая проверка
8. Вместо заключения
Литература

За последние годы спортивная спелеология достигла больших успехов. В Пиренеях, Альпах и ряде горных систем и карстовых районов за пределами европейского континента были открыты и пройдены ранее неизвестные подземные глубины. Болгарские спелеологи покорили много сложных пропастей в Италии, Австрии и Греции. В последнее время имногие болгарские пещеры раскрыли перед ними свои тайны.

Вполне логично задаться вопросом: чему обязаны эти успехи? Не ошибемся, если скажем: широкому внедрению науки и техники во все сферы жизни. Спелеология тоже не осталась в стороне от этого всеобщего процесса. Именно поэтому ее возросшие возможности тесно связаны с усовершенствованием снаряжения и техники проникновения в пещеры и пропасти.

Революционным скачком в этом отношении было открытие новой техники проникновения в подземные бездны - техники одной веревки (СРТ от английского SRT - Single Rope Techniques). Появившись первоначально во Франции, она быстро распространилась как в странах Старого Света, так и в Соединенных Штатах и Австралии. Не заставило себя долго ждать ее применение и в Болгарии. Через несколько лет после того, как СРТ распространилась по свету, болгарские спелеологи тоже приняли ее строгие требования. В этом направлении было сделано много, а последние республиканские технические смотры показали, что СРТ у нас в основном уже освоена. Это, однако, не должно нас успокаивать, потому что использовать технику без знания ее деталей так же опасно, как вертеть педали велосипеда, не умея справиться с рулем. Поэтому будущие усилия спелеологов должны быть направлены как на всестороннее тщательное изучение, так и на педантичное применение специфических требований СРТ. В основе всего этого должно лежать знание свойств веревки и правил ее использования. И это не случайно, так как веревка - основной элемент в этой системе, и без ее подробного изучения наша безопасность была бы сомнительной. Для большей убедительности напомним, что до сих пор в классической системе было две веревки, а в новой - только одна. А это требует не только досконального знания ее качества и способов применения, но и добросовестного отношения к ней.

Без всестороннего овладения СРТ болгарская спортивная спелеология не только не сможет идти в ногу с современными требованиями, но и будет сталкиваться с еще не проявившими себя, но вполне возможными отрицательными явлениями. Исходя из этого, Болгарская федерация пещерного дела полностью поддерживает попытку автора шире осветить вопросы, связанные с изучением и употреблением веревки, используемой

при прохождении пещер и пропастей.

Надеемся, что предлагаемый вашему вниманию труд заполнит существующую до сих пор пустоту в нашей спелеологической литературе и повысит уровень теоретических знаний и технических навыков спелеологов нашей стране.

АЛЕКСЕЙ ЖАЛОВ, зам. председателя Болгарской

федерации пещерного дела.

Всякому должно быть ясно, что, дажеобладая наивысшим качеством, снаряжение

для проникновения в пропасти не предназначено для использования самонадеянными и неподготовленными!

Техника одной веревки появилась десять лет назад почти одновременно, но отдельно и независимо в нескольких географически весьма удаленных странах - Франции, Австралии и Соединенных Штатах. После опубликования в 1973 г. во Франции книги Жана-Клода Добриа и Жоржа Марбаха "Техника альпийской спелеологии", которая познакомила широкий круг спелеологов с основными элементами СРТ, она за несколько лет распространилась во всех странах с развитой спелеологией. В конце 1979 г. эта техника начала входить и в практику болгарских спелеологов.

Быстрым развитием и распространением СРТ обязана исключительно своим многочисленным преимуществам перед классической техникой проникновения в карстовые полости. Вот важнейшие из них:

- уменьшается износ снаряжения и, в первую очередь, веревки;

- уменьшается вес снаряжения, небходимого для штурма данной пропати;

- веревки требуется почти в два раза меньше;

- создается возможность провешивать вертикальные участки дальше от скалы, а это и удобнее, и безопаснее;

- значительно сокращается общее время преодоления пропасти;

- уменьшается минимальное число участников штурма данной пропасти;

- создается возможность обходить струю воды при преодолении водопадов;

- спелеолог не зависит от своих товарищей по команде во время движения в колодце;

- при прохождении глубоких колодцев создается возможность поддержания

прямой и постоянной связи голосом между участниками;

- преодоление любого колодца и любой шахты в целом, включая глубочайшие в мире, легче и безопаснее, чем при использовании классической техники.

Характерная особенность техники одной веревки состоит в том, что почти на 90% безопасность прохождения определяется еще при навеске снаряжения на каждом отдельном колодце. Конкретная ситуация при этом, однако, всегда различна, и навеску нельзя делать ни по шаблону, ни путем подражания. Возникающие проблемы необходимо творчески решать на месте. А это требует не только знания основных правил навески, хорошей спортивно-технической подготовки и большого опыта, но и отличного знания характеристик и состояния используемой веревки. Эта техника безусловно требует полного доверия к веревке. Но доверие должно быть обоснованным, потому что закон гравитации Ньютона беспощаден, а второй веревки "на всякий случай" нет.

Следовательно, знание свойств веревки, которая используется при прохождении пропастей, есть и основа, на которой надо строить освоение СРТ, и одна из гарантий ее безопасного применения.

Скромная цель предлагаемой книги заключается в том, чтобы дать более широкое представление как вообще о характеристиках и свойствах различных видов веревки, так и, в частности, об использовании так называемой статической веревки, которая с недавнего времени начала применяться болгарскими спелеологами. Обо всем остальном, связанном с техникой одной веревки, можно прочитать в соответствующих руководствах, как, например, переведенное на болгарский учебное пособие "Вертикальная спелеология" Майка Мередита - ведомственное издание Болгарской федерации пещерного дела, 1980 г.

Всякая веревка имеет предел прочности и рвется при некотором значении медленно нарастающей нагрузки. Оно определяет ее статическую прочность на разрыв. Величина ее всегда объявляется производителем, но никогда реально не достигается в процессе эксплуатации веревки. Прежде чем объяснить, почему это так, посмотрим, как выглядит

Обычно в фирменной упаковке, в которой поставляется альпинистская и спелеоверевка, есть небольшая карточка с более или менее подробной информацией о ее технических характеристиках. Это "визитная карточка" веревки, по которой мы знакомимся с ней и ее свойствами.

Таблицы 1 и 2 показывают, какая информация содержится в "визитных карточках" двух веревок разного типа, производившихся в 1983 г. одной и той же фирмой - "Edelrid".

Статическая веревка типа "Суперстатик" d 10 мм
 

Прочность на разрыв	2500 кгс
Удлинение при разрыве	29%
Максимальная динамическая нагрузка (при f=1)	1245 кгс
Число выдерживаемых тестовых рывков	7
Удлинение при нормальном применении
с нагрузкой 100 кг	2.5%
с нагрузкой 300 кг	9%
Вес на метр	60 г

 

Сильнее всего впечатляют объявленные производителем численные значения прочности на разрыв для двух видов веревки. Это касается и всех прочих альпинистских и спелеоверевок, имеющихся на мировом рынке.

Две тонны - приличная прочность для скромных 80 кг одного спелеолога со всем его снаряжением, но, несмотря на это, давайте посмотрим, насколько можно доверять такой величине, как

Величины объявленной прочности на разрыв, гарантируемые производителями, очень внушительны - от 1700 кг для 9-миллиметровой спелеоверевки "Interalp-Spelunca" до 3500 кг для 11-миллиметровой американской "Bluewater". Это, на первый взгляд, создает впечатление едва ли не перестраховки при производстве веревки.

Условия эксперимента, в котором определяется объявляемая прочность веревки, обычно существенно отличаются от условий, при которых веревка эксплуатируется в пещере. Поэтому из всех численных значений, определяющих технические характеристики любой динамической или статической веревки, нет более опасных успокаивающих данных, чем данные по прочности на разрыв. А это так, потому что:

- они относятся к предельной нагрузке, при которой веревка рвется, не будучи предварительно подверженной действию неблагоприятных факторов (наличие узлов, действие влаги, загрязнение глиной и т.д.);

- эти данные действительны только для новой веревки, и то в момент, когда она покидает заводской конвейер. Сразу же после этого под влиянием ряда факторов прочность на разрыв начинает постепенно уменьшаться и скоро значительно удаляется от первоначального значения.
 
 

Запомните:

- объявляемая прочность на разрыв не является показателем, по которому можно судить о надежности веревки;

- она относится только к ее первоначальному состоянию и к испытанию, при котором она была сухой, чистой и без узлов.

Чтобы получить более реальное представление об опасности, которой мы подверглись бы, если бы безоговорочно полагались на объявленную прочность, проследим подробнее, что происходит с веревкой после того, как она оказалась у нас в руках, и мы готовимся к спуску в очередной колодец.

Когда веревку извлекают из транспортного мешка, на ней обязательно завязывают узел. Нужен ли этот узел, чтобы сделать петлю или связать одну веревку с другой, не имеет значения. Веревку невозможно использовать, пока на ней не завязан хотя бы один узел. Однако сразуже, как только на веревке завязан узел, ее прочность уменьшается вдвое. Например, при величине объявленной прочности 2350 кг после завязывания первой петли с узлом "восьмерка" прочность падает до 1290 кг. Или, если коэффициент надежности веревки (отношение прочности к номинальной нагрузке - в данном случае 100 кг, что приблизительно равно весу одного спелеолога с его личной экипировкой и несомым грузом) вначале равен 23, сразу после завязывания узла уменьшается до 13. Почему так получается?

Обычно силы, действующие на нагруженную веревку без узлов, распределяются равномерно по всему ее поперечному сечению, т.е. все нити, из которых она состоит, натягиваются одновременно (рис.1а). Если веревка перегибается, как это происходит в петле любого узла, силы при нагружении распределяются неравномерно (рис.1б). Поэтому одни нити меньше натягиваются при нагружении веревки, чем другие. Часть нитей, находящихся на внешней стороне дуги, натягивается довольно сильно. В зоне перегиба возникают и поперечные усилия, которые суммируются с продольными и дополнительно нагружают нити веревки (рис.1в).

Вследствие комбинированного действия сил растяжения и сдвига веревка оказывается слабее там, где есть перегиб, чем на прямолинейных участках Чем сильнее она изогнута, тем в большей степени уменьшается ее прочность.

Поведение узлов при медленно нарастающей нагрузке до момента разрыва исследовалось много раз. На основе многократных испытаний опубликован ряд таблиц, которые показывают, на сколько процентов уменьшается прочность данной веревки при завязывании того или иного узла. Некоторое представление об этом можно получить из таблицы 3, составленной по данным испытания статической веревки.

Поведение узлов при динамическом нагружении различно. Поэтому с точки зрения безопасности подобные данные надо просто принимать к сведению.
 
 

Запомните:

- узлы различных видов уменьшают прочность на 30-60%;

- чем меньше радиус кривизны в месте изгиба и больше сдавливание

веревки, тем сильнее уменьшается ее прочность;

- наличие узлов не меняет динамических свойств веревки.

Поглощение воды полиамидными волокнами, из которых состоит веревка, используемая у нас, вообще говоря, значительно. Величина его зависит от соотношения групп CH2 и CONH в молекулах данного волокна. Поэтому для веревок, которые не произведены одной и той же фирмой или не из одной и той же серии, наблюдаются некоторые различия, но в данном случае они не имеют большого значения.

Хотя не во всякой шахте есть текущая вода, влажность воздуха высока и часто достигает 100%. Проведенные эксперименты показывают, что влажность воздуха действует на прочность веревки так же, как если веревка навешена в колодце прямо по воде. А когда она намокает, теряется еще несколько процентов ее прочности. Таблица 4 показывает результаты испытаний новых статических веревок.

Запомните:

- когда веревка находится в колодце, всегда следует считать ее мокрой.

Под влиянием фотохимических и термических процессов, как и вследствие окислительного воздействия воздуха, органические вещества, в том числе полимеры, подвержены непрерывному прогрессирующему необратимому процессу, который называется старением. Главные виновники старения полимеров - обломки молекул: свободные радикалы и атомы. Они образуются в полимере под действием тепла, солнечного света и кислорода воздуха. Обладая агрессивным характером, свободные радикалы и атомы разрывают полимерные молекулы, обломки которых тоже включаются в разрушительный процесс.

Свободные радикалы - главные, но не единственные виновники старения полимеров. Различные ионные и молекулярные реакции тоже помогают процессу разрушения. Результатом в конечном счете является то, что структура полимера и его химический состав со временем меняются, а вместе с этим ухудшаются и его механические и другие свойства. Процессы старения протекают независимо от того, эксплуатируется веревка или нет. Это приводит к постоянному и непрерывному уменьшению прочности любой веревки из синтетического материала.

Вследствие старения уменьшается и способность веревки поглощать энергию, а это уже непосредственно отражается на ее надежности. В результате исследований, проведенных комиссией по изучению материалов и снаряжения французской федерации спелеологии, установлено, что в первые несколько месяцев старение идет гораздо быстрее, чем потом. Из-за интенсивной деполимеризации способность веревки поглощать энергию в этот период значительно уменьшается даже при нормальных условиях эксплуатации. Впоследствии процесс стабилизируется, то есть и дальше идет непрерывно, но уже со значительно меньшей скоростью.

Отрицательный эффект старения невозможно охарактеризовать одинаковыми для любой веревки цифрами, так как он зависит и от ряда других факторов: климатических условий, при которых хранилась и использовалась веревка, способа и интенсивности ее эксплуатации и т.д. Поэтому достаточно помнить, что главный враг полимеров - свет и что веревку ни в коем случае нельзя оставлять без нужды на свету и особенно на солнце.

Одновременно со старением веревка начинает изнашиваться и физически в результате неизбежных механических воздействий, которым она подвергается в процессе эксплуатации. Особенно большой вклад в уменьшение прочности дает абразивное действие вследствии трения. Для наглядности разделим условно факторы трения на: интенсивное трение нагруженной весом спелеолога веревки о скальные ребра и выступы при подъеме; частичное трение при временном касании скалы узлом или отдельным участком веревки при подъеме, спуске или при вытягивании веревки из колодца; трение в спусковом устройстве; трение между каким-либо загрязнителем и нитями защитной оплетки или сердцевины веревки.

Результаты интенсивного трения нагруженной веревки о скальные ребра, выступы и т.п. можно предсказать без труда: за считаные минуты она может не только уменьшить в несколько раз свою прочность, но и совсем порваться. Ни одна веревка не в состоянии выдержать трение такого характера. Как правило, его стараются избегать всеми доступными средствами, и поэтому указанный фактор не включают в число причин, уменьшающих прочность веревки.

Абразивное действие в других случаях, однако, неизбежно. Оно проявляется в большей или меньшей степени в зависимости от того, чистая веревка или грязная, сухая или мокрая, а также от вида снаряжения, применяемого для спуска.

Особенно неблагоприятное воздействие, которое способствует интенсивному износу веревки, оказывает спусковое устройство, замусоренное глиной, грязью и т.п. Даже при слабом загрязнении глиной в течение короткого времени прочность уменьшается примерно на 10%. Глина в пещерах и шахтах часто содержит большое количество микрокристаллов кальцита. Они обладают острыми ребрами или имеют форму иголочек и плотно забиваются в нити веревки. При движении относительно друг друга, а особенно при движении по веревке каталки или иного спускового устройства, микрокристаллы постоянно повреждают и обрезают нити защитной оплетки или сердцевины веревки.

Кроме того, независимо от вида спускового устройства тормозное действие при контроле скорости или остановке осуществляется не только за счет трения, но и за счет перегибания и деформирования веревки, которая переламывается под тем или иным углом у самого устройства или вспомогательного карабина. Сильное прижатие и скручивание тоже влияют на повреждение веревки.

Хотя самохваты циклично сдавливают веревку при подъеме, а зубцы их язычков рвут отдельные нити защитной оплетки, снаряжение для подъема незначительно изменяет ее состояние.

Действие факторов, вызывающих старение и износ веревки, все еще не изучено целиком и комплексно. Их отрицательное воздействие в видеуменьшения прочности бесспорно, но еще не известны со всей определенностью их абсолютные или относительные величины. Независимо от этого практика и некоторые испытания установили, что уже при первых признаках явного износа любую веревку надо сразу же браковать независимо от того, сколько раз или как долго она использовалась.

При нормальной интенсивности использования и внимательном к ней отношении любую веревку надо выбрасывать самое большее через четырегода.
 
 

Запомните:

- старение есть процесс, который не зависит от того, используется веревка или все еще лежит нераспечатанной в магазине или на складе;

- если прошло пять лет с момента производства данной веревки, даже если она не использовалась, ее вообще нельзя применять для прохождения пропастей;

- навеску в колодце надо делать так, чтобы веревка не терлась об скалу.

Это альфа и омега техники одной веревки;

- все виды рогаток без исключения абсолютно непригодны для СРТ;

- после четырехгодичного использования любую веревку необходимо браковать, даже если на вид она хорошо сохранилось.

Из вышеизложенного видно, что прочность, на которую можно реально рассчитывать при работе в пещере, значительно отличается от прочности, объявленной производителем. Это вынуждает нас ввести понятие практической прочности на разрыв, которую и будем использовать далее и которая равна объявленной прочности за вычетом суммарного эффекта воздейтвия неизбежных факторов, уменьшающих прочность веревки.

Во множестве лабораторных опытов и практических исследований авторы изучали конкретное влияние всех основных факторов, являющихся причиной несоответствия между объявленной и действительной прочностью. С этой целью использовались как новые, так и эксплуатировавшиеся в течение различного срока веревки. Несмотря на некоторые различия между отдельными результатами, вызванные различиями в методике, в подавляющем большинстве случаев практическая прочность не превышала одной четверти от объявленной.

Если мы хотим определить состояние веревки на данном этапе ее эксплуатации, образец ее надо испытать на стенде. По понятным причинам такое испытание нельзя провести ни в каком спелеоклубе. Поэтому в непосредственной работе, чтобы иметь реальное представление о практической прочности, на которую действительно можно будет рассчитывать до конца четырехлетнего периода использования данной веревки при условии работы в пропастях, следует умножить значение объявленной прочности на 0.27 [5]. Например, выпускавшиеся в 1981-82 годах спелеоверевки "Edelrid-Superstatic" имеют объявленную прочность 2500 кгс. Оценка их практической прочности к концу срока годности дает 675 кгс. Много это или мало? Не много, но достаточно в условиях, в которых веревка применяется в СРТ. При нормальном передвижении спелеолога в процессе спуска и подъема нагрузки, которые возникают от его веса и действий, сравнительно невелики. Поэтому как теория, так и практика, связанные с техникой одной веревки, единодушны в том, что, несмотря на значительно меньшую величину практической прочности по сравнению с объявленной, веревка в состоянии выдержать ее без риска для человека.

В случае, когда спелеолог правильно экипирован, а веревка грамотно навешена в колодце, возникающие динамические нагрузки тоже не достигают слишком больших величин. Веревка и остальные элементы страховочной цепи в состоянии их выдержать, но при условии, что до этого веревка тщательно хранилась и разумно использовалась, а спелеолог всегда следит за своей безопасностью.

При спуске в колодец направление продольных нагрузок на веревку не меняется. Надо иметь в виду, что это неверно для крючьев.

Несмотря на принимаемые меры, всегда существует вероятность происшествий, таких как:

- мгновенная потеря и повторное восстановление контроля над спусковым

устройством;

- проскальзывание обоих самохватов во время подъема и их повторное

зацепление;

- случайное зацепление веревки за какой-нибудь выступ при подъеме одного спелеолога и внезапное отцепление во время выхода другого;

- неудачное начало спуска в колодец у основной опоры или неумелый выход оттуда с рывками верхней части веревки;

- разрушение основной или промежуточной опоры навески и т.д.

Последствиями таких происшествий является не только срыв спелеолога, которого должна удержать веревка, но и возникновение динамических нагрузок, которые значительно больше нагрузок при спуске и подъеме в нормальных условиях.

Хотим напомнить, что в пещере веревка никогда не используется отдельно и независимо от остального снаряжения, которым оснащены колодцы и сам спелеолог, а составляет звено так называемой страховочной цепи. Это совокупность всех элементов и снаряжения, которые в данный момент связаны посредством веревки: скала - крюк SPIT (самопробивающий шлямбурный крюк конструкции фирмы Societe de Prospection et d'Inventions Techniques - SPIT) или шлямбурный крюк, его ушко, "закладка" и пр. - карабин - веревка - спусковое устройство или самохват, страховочный конец - карабин - беседка - тело спелеолога. Как при спуске или подъеме, так и при падении возникающие статические или, соответственно, динамические нагрузки передаются каждому звену, включенному в цепь в данный момент.
 
 

Запомните:

- любая цепь прочна настолько, насколько прочно ее слабейшее звено.

Страховочная цепь - не исключение из этого правила;

- из всех элементов страховочной цепи именно веревка имеет самые

изменчивые характеристики и специфически ведет себя при динамических нагрузках;

- веревка подвергается самым большим нагрузкам при разрушении опоры или какого-либо элемента промежуточной навески и в случаях, когда еще при навеске данного колодца была сделана грубая ошибка, которая создала предпосылки для того, чтобы последствия внезапного падения были больше допустимых в данных конкретных условиях.

Если подвесить тело определенного веса к концу веревки, она одновременно по всей длине, в том числе и в точке крепления, будет подвергаться действию силы, равной весу подвешенного груза. Однако, если поднять тело на некоторую высоту и отпустить, сила рывка на верхнем конце веревке будет значительно больше.

Под действием гравитации падение любого тела ускоряется. Это означает, что его скорость тем больше, чем с большей высоты оно падает. В зависимости от массы и скорости в каждый момент полета тело обладает определенной энергией, которая называется энергией падения. Эта энергия тем больше, чем больше скорость и масса падающего тела. Следовательно, энергия падения зависит от веса G тела и высоты H, с которой оно падает: E=GH (табл.5)

При остановке веревкой падения тела скорость его падает до нуля. При этом энергия падения должна превратиться в энергию деформации преимущественно веревки, а частично - и остальных элементов страховочной цепи, в том числе тела спелеолога.

Рис. 2. Удлинение и работа веревки при различной силе нагружения.

В начале свободного падения энергия тела равна GH. Чтобы остановить падение, веревка должна совершить определенную работу деформации A, которая должна быть равна энергии падения E, то есть A=E. Это можно проиллюстрировать графиком, который показывает, каково удлинение веревки при определенной силе (рис.2). Так как работа есть произведение силы на пройденный путь (который в данном случае равен h- удлинению веревки), площадь между кривой и абсциссой

равна работе, совершенной веревкой при задержании падения тела.

Сила, вызывающая деформацию веревки, непрерывно нарастает, пока абота A веревки не станет равна энергии падения E. Максимальное начение силы, которого она достигает при задержании падения, назовем иковой динамической нагрузкой (ПДН). Иначе говоря, это максимальная сила динамического дара, которому страховочная цепь и человеческое тело подвергаются в момент, когда падение останавливается веревкой и последняя перестает удлиняться.

Величина пиковой динамической нагрузки зависит от фактора падения и динамических свойств веревки. При одинаковой энергии падения она будет ниже для более эластичной веревки и выше для той, которая слабее удлиняется (рис.3). Следовательно, сила динамического удара зависит не только от энергии падения, но также от способности веревки больше или меньше удлиняться. Поэтому неверно думать, что падению с определенной высоты всегда соответствует одинаковая пиковая динамическая нагрузка, как нельзя определять надежность веревки только на основании данных о ее прочности на разрыв.

При падении с одинаковой высоты тел различного веса возникает различная пиковая динамическая нагрузка. Даже имея очень большую прочность на разрыв, слабоэластичная веревка при задержании падения испытывает большую пиковую нагрузку, и наоборот.
 
 

Запомните:

- конкретное значение пиковой динамической нагрузки варьируется в очень широких пределах. Оно не зависит от абсолютной высоты падения, а определяется исключительно динамическими качествами веревки и фактором падения.

Фактор падения f определяется отношением высоты падения к длине веревки, которая его задерживает: f=H/L. От него зависит степень падения, а от нее - нагрузка на страховочную цепь при его задержании веревкой.

Предположим, что мы подняли тело P на 2 м над точкой крепления веревки A (рис.4а). Если отпустить его, высота H свободного падения до его остановки веревкой будет равена 4 м, т.е. удвоенной длине веревке L. В этом случае фактор падения будет равен 2:

f=(высота падения)/(длина веревки)=H/L=4 м/2 м=2

В переводе с языка цифр это означает, что каждый метр веревки должен поглотить энергию, равную энергии свободного падения тела с высоты 2 м: 4 м высоты падения х 80 кгс веса = 320 кгс м энергии падения, распределенной на один метр веревки. Или, другими словами, фактор определяет так называемую относительную высоту падения, т.е. сколько метров свободного полета приходится на один метр длины веревки, задерживающей падение.
 

Поглощаемая энергия падения одинакова для каждого сантиметра веревки и вызывает одинаковое удлинение равных участков. Поэтому и общее удлинение веревки в сантиметрах пропорционально ее длине. Следовательно, способность веревки поглощать энергию будет тем больше, чем больше ее длина. Вот почему нагрузка на веревку, принимающую на себя динамический удар, зависит не от абсолютной, а от относительной высоты, т.е. фактора падения.

 

Рис. 4. Фактор падения: а - при H=2L, f=2; б - при H=L, f=1

Чтобы подкрепить этот вывод, давайте поднимем груз не на 2 м, а на 20 м над точкой подвеса веревки. Для этого понадобится веревка длиной 20 м, а высота падения составит 40 м. В этих условиях фактор падения не изменится: f=40/20=2. Не изменится и энергия, которую должен поглотить каждый метр 20-метровой веревки (40 м высоты х 80 кгс веса =3200 кгс м энергии падения, распределенной на 20 м веревки = 160 кгс м энергии на каждый метр веревки). Следовательно, веревка нагружается в той же степени, что и при падении с 4-метровой высоты, так как фактор падения один и тот же. Действительно, во втором случае общая энергия падения в 10 раз больше, но и веревка длиннее в 10 раз, а следовательно в 10 раз больше ее способность поглощать энергию. Из-за этого работа (A), которую совершает один метр веревки при одном и том же факторе падения, одинакова и не зависит от абсолютной высоты. Поэтому и пиковая динамическая нагрузка на данную веревку будет одна и та же как при падении с двух, так и с десяти и более метров, если фактор падения одинаков, т.е. ПДН тоже не зависит от абсолютной высоты падения, а только от его фактора. При прочих равных условиях: массе тела, динамических свойствах веревки и пр. - чем меньше фактор падения, тем меньше и величина пиковой динамической нагрузки, и наоборот.

Во втором примере на рисунке 4б высота свободного падения равна длине веревки, и f=2/2=1. Нагрузка на веревку и страховочную цепь будет значительно меньше, так как на каждый метр веревки приходится энергия, равная энергии падения тела с высоты всего в один метр (2 м высоты падения х 80 кгс веса = 160 кгс м энергии падения, распределенной на 2 м веревки = 80 кгс м энергии на каждый метр веревки).

Максимальный возможный фактор падения равен 2. Эта самая тяжелая степень падения при высоте, равной удвоенной длине веревки. Вероятность падения с таким фактором никогда не исключена при свободном лазании, если первый из связки сорвется в тот момент, когда веревка между двумя людьми не застрахована промежуточными крючьями.

При работе в шахте возможные падения при правильно сделанной навеске имеют гораздо меньшую степень. Их фактор обычно не превышает 0.3 0.5. Именно это позволяет в практике спелеологии использовать более жесткую, или так называемую статическую веревку.

Для абсолютно твердого тела, которое падает на абсолютно твердую поверхность, т.е. при полном отсутствии эластичных элементов, время удара стремится к нулю, а его сила - к бесконечности. Из-за наличия эластичных элементов в страховочной цепи и, в первую очередь, веревки, для преобразования высвобождающейся при падении энергии необходимо некоторое время, а сила удара зависит прежде всего от динамических свойств веревки.

Произведение силы удара на время ее действия Fудар tудар называется импульсом силы. В то время как пиковая динамическая нагрузка при фиксированном факторе падения не зависит от абсолютной высоты, импульс силы зависит от высоты H и нарастает с увеличением скорости падающего тела. Например, если для H1 необходимое время остановки падения есть t1, а для H2 - время t2 и H2/H1=R, то t2/t1=sqrt(R), или при H1=1 м и t1=0.2 с время t2 для остановки падения с высоты H2=9 м будет: H2/H1=R=9/1=9; t2/t1=sqrt(9)=3, или t2=0.2х3=0.6 с, или втрое больше. Следовательно, больше будет и импульс силы (рис.5).
 

Его продолжительность не зависит от веревки, так как мы установили, что работа каждого метра веревки (2.2.4.) при одном и том же факторе падения одинакова и не зависит от абсолютной высоты падения. Для спелеолога это, однако, не так, поскольку нагрузка на него действовала бы дольше.

 

Рис. 5. Длительность импульса силы: 1 - импульс при падении с 1 м с фактором 1; 2 - импульс при падении с 9 м с фактором 1
 
 

При небольшом произведении приложенной силы на продолжительность удара, т.е. при кратком импульсе силы, человеческое тело легче выдерживает большую нагрузку. Такая же нагрузка, но при более продолжительном импульсе силы, т.е. при большем произведении приложенной силы на продолжительность удара, может привести к гораздо более тяжелым последствиям.
 
 

Запомните:

- при падении с большей высоты нагрузка дольше действует на тело. При прочих равных условиях это опаснее.

До сих пор мы рассматривали вопросы, связанные с нагрузкой на веревку при поглощении динамического удара, с точки зрения так называемого свободного падения. При работе в пропасти такие условия возникают сравнительно редко. Обычно падение сопровождается более или менее сильными ударами или трением тела спелеолога о стены колодца. Это до известной степени уменьшает скорость падения, а следовательно и его энергию.

С другой стороны, веревка - не единственный элемент страховочной цепи, способный поглощать энергию. Пока участием крючьев, карабинов и другого металлического снаряжения в этом процессе можно пренебречь, но надо учитывать узлы, которые затягиваются, страховочный конец, который удлиняется, обвязку, стропа которой не статична, мышечные ткани спелеолога, которые также обладают некоторой эластичностью. Вместе взятые, эти факторы, хотя и незначительно, но увеличивают общую деформацию страховочной цепи и способствуют уменьшению силы рывка. Экспериментами установлено, что если при свободном падении, например, твердое тело массой 80 кг вызывает пиковую динамическую нагрузку, равную 720 кгс, то при падении человека в тех же условиях ПДН достигает только 550 кгс, т.е. мышечные ткани и обвязки могут поглотить до 25% энергии динамического удара.

Действие перечисленных факторов проявляется только при падении с малой высоты. При большей высоте можно рассчитывать только на эффект удлинения веревки.
 
 

Запомните:

- при поглощении динамического удара сильнее всех элементов страховочной цепи деформируется веревка. Следовательно, она поглощает наибольшую часть энергии;

- узлы, страховочный ремень, мышечные ткани и пр. уменьшают пиковые нагрузки, но только при падении с малой высоты.

Как уже говорилось выше, для того чтобы получить представление о практической прочности веревки, надо определить значение силы, при которой рвется веревка с узлами, мокрая, грязная и пр. Но и этого недостаточно для определения ее надежности, если она статическая. С точки зрения безопасности тот факт, что она бы выдержала, не порвавшись, трех- или трехсоткратную стандартную нагрузку при падении, не имеет никакого значения, если в то же самое время пиковая динамическая нагрузка достигает величин, превышающих способность выдержать эту нагрузку какого-либо звена страховочной цепи или спелеолога. С другой стороны, и относительно высокая на первый взгляд прочность не помешает ей порваться, если ее динамические характеристики окажутся столь низкими, что при падении ПДН превысит статическую прочность.

Поэтому надежность статической веревки не зависит от практической прочности как отдельно взятой величины, а определяется:
 

1. Соотношением между величиной силы, способной порвать веревку с узлами, перегибами, глиной, влагой и пр., и величиной максимальной силы динамического удара при остановке падения; или, другими словами, от соотношения между практической прочностью на разрыв и пиковой динамической нагрузкой (рис.6). А это означает, что при срыве величина пиковой нагрузки всегда должна быть меньше практической прочности. Если допустить обратное, веревка рвется;

Рис. 6. Надежность веревки: 1 - практическая прочность на разрыв; 2 ПДН при амортизации удара; а - энергия падения, поглощенная веревкой; б -энергия, необходимая для разрыва веревки с улами, мокрой, грязной и т.д.; в - зона надежности веревки. Чем больше значение ПДН (2) приближается к практической прочности (1), тем больше сужается эта зона, т.е. уменьшается надежность веревки, и наоборот

Поэтому при провеске колодцев, учитывая сравнительно ограниченные возможности удлинения статической веревки, надо сделать так, чтобы величина фактора внезапного падения не вышла за пределы динамических свойств веревки (пп. 4.3., 4.4. и 4.9.). Это необходимо, чтобы при срыве величина ПДН всегда оставалась в пределах практической прочности на разрыв, т.е. чтобы гарантировать надежность веревки.
 
 

Запомните:

- чистая иллюзия рассчитывать на надежность статической веревки только потому, что исходные данные по ее практической прочности в два, три или больше раз выше максимального ожидаемого усилия, если у вас нет никакого понятия о ее динамических характеристиках.

Возврат к странице "Выложенные материалы"