По данным рис. 4, из 86 НС на скальных маршрутах 55 (т. е. 64%) приходятся на прямые срывы спортсменов при подъемах. Ныне это главная причина несчастий на скалах, которой, однако, могло и не быть, если бы в момент срыва нормально срабатывала страховка со стороны второго в связке.
На какую высоту выход первого вверх с нижней страховкой безопасен? Какие нагрузки приходятся при срыве на спортсменов, веревку и страховочные крючья? Какие нагрузки допустимы? Сколько веревки протравливать страхующему при срыве? К сожалению, в отечественной альпинистской литературе на эти важные вопросы нет полных ответов.
Учитывая все изложенное, в первую очередь был проведен расчет допустимых нагрузок на отечественную веревку диаметром 10 мм, наиболее широко применяющуюся. При расчетах сделаны следующие допущения:
1. Пренебрегаем торможением человека о воздух, так как при падении сорвавшегося максимальная линейная скорость в большинстве случаев не превышает 10-15 м/сек.
2. Веревка нагружается равномерно и не работает на срез.
3. Имеется в виду новая веревка, механическая характеристика которой показана на рис. 8, а.
4. Расчетный вес человека —80 кг.
5. Падение первого в связке происходит в направлении, близком к вертикали.
6. Схема нагружения веревки соответствует наихудшему случаю жесткого закрепления веревки без протравления (рис. 9). Деформация участка 0-1 не учитывается.
7. При расчетах принимается характеристика деформации тела человека в беседке и с грудной обвязкой, приведенная на рис. 8, б (Р чел.).
Расчетные формулы
Деформация веревки, % — ?L (%) = (?L(m)/L)100,
где ?L(m) — деформация веревки, м;
L — длина веревки от последней точки страховки до сорвавшегося, м.
Работа, совершаемая телом при свободном падении в кгм,-
Е=mН,
где т — вес человека (80 кг);
Н-глубина падения сорвавшегося, м. В принятых условиях Н=2L.
Последовательность расчета
1. Зная характеристику веревки P=f[?L (%)], строим механические характеристики веревки P=f[?L (м)] для L=1, 2, 3, 4, 5 м (Р — усилие на веревку, кг).
2. Складывая графически P = f[?L (м)] и Рчел. = [?L (м)], получаем механические характеристики всей страховочной цепи человека при L=1, 2, 3, 4, 5 м (рис. 10).
3. По данным Р … Р строим функции Q … Q. где Q i равна площади между горизонтальной линией координат [?L (м)] и кривой P i для любого значения L(Q- работа, затрачиваемая на торможение веревкой падающего спортсмена, кгм).
4. При m = 80 кг вычисляем значение Е для каждого L.
5. Приравнивая Е i к Q i, находим по графику максимальные нагрузки на веревку и сорвавшегося (точки, лежащие на кривой А-Б, см. рис. 10).
6. Для наглядности кривую Р а-б = f(?L) переносим на отдельный график (рис. 11, а) в функции L.
По рис. 11, а, видим, что при жесткой статической страховке уже при 1=2 м нагрузка на веревку превышает допустимое значение 1200 кг (по ТУ.62.3931-76).
Для сравнения расчет повторен для иностранной веревки типа Edelrid диаметром 11 мм, характеристика которой приведена на рис. 8.
Для нее кривая максимальных нагрузок (рис. 11, б) не превышает 1200-1250 кг при любых значениях, что объясняется значительно лучшими эластичными свойствами этой веревки, а значит, и более мягким торможением сорвавшегося при срыве. Если же учесть, что веревка Edelrid имеет допустимую нагрузку по техническим условиям выше 2000 кг, то она по прочности практически не ограничивает альпиниста в работе на скалах при любых условиях срыва.
Однако безопасность при срыве не обеспечивается только одной веревкой. Не менее важны все остальные звенья страховочной цепи человека: прочность верхнего крюка и способность первого физически выдержать нагрузку (Рв(а-б)).
Проведенные в 1978-1979 гг. испытания стандартных отечественных крючьев из мягкой стали показали следующие результаты (табл. 3).
Рис. 11. Нагрузки на верхний крюк (ЯКр), веревку (Яв) и страхующего (Астрах) в зависимости от величины / при жесткой страховке для отечественной веревки (а) и для веревки "Edelrid" (б)
На рис. 12 показана работа верхнего крюка при срыве. Р1 — усилие на веревку и сорвавшегося, Р2 — усилие торможения, которое приходится на страхующего. При использовании отечественной веревки диаметром 10 мм при угле а=180° имеем Р2=0,5Р1. Тогда на верхний крюк приходится нагрузка, равная Ркр=1,5Р1. На рис. 11 нанесена кривая максимальных нагрузок на верхний крюк для отечественной веревки и веревки типа Edelrid. На этих же кривых штриховкой показана зона нагрузок, в которой происходит вырыв самых больших крючьев из мягкой стали.
Отсюда очевидно, что при жесткой страховке без протравливания наиболее слабым техническим звеном страховочной цепи оказываются крючья.
Практика восхождений полностью подтверждает это. Так, за исследуемый период из 25 срывов, когда одновременно работали крючья и веревка, в 23 случаях вырвались 1-5 крючьев (последовательно) и только в 2 — разорвалась веревка.
Последнее звено в страховочной цепи — сам сорвавшийся. Если он пристегнут к веревке одним грудным поясом, максимальная нагрузка, которую он может без серьезных последствий выдержать при срыве, не превышает 250- 350 кг. При использовании грудного пояса, сблокированного с беседкой из прочной капроновой ленты шириной 50- 60 мм, допустимая нагрузка увеличивается до 800- 1000 кг, что доказано испытаниями на сборе безопасности в 1979 г. При работе обычных парашютных систем нагрузка на человека, сидящего в аналогичной беседке, превышает 1000 кг.
Таким образом, при жесткой страховке без протравливания (схема срыва — на рис. 9) мы имеем следующие ограничения со стороны технических средств страховки и самого человека:
1. Самым слабым звеном являются крючья, ограничивающие безопасный подъем первого в связке на L<1 м.
2. При L=2 м усилия на веревке превышают 1300 кг, что, наиболее вероятно, повлечет вырыв крючьев, а в отдельных случаях — разрыв веревки. В том же случае нагрузки на сорвавшегося достигают своих предельно допустимых значений- 1000-1300 кг.
3. При L=3,5 м практически нет никакой гарантии благополучного исхода срыва, так как динамические усилия на веревке возрастают до 1600-2100 кг, а на верхнем крюке — значительно более 2000 кг.
4. При работе с веревкой типа Edelrid относительно безопасный выход вверх по условиям вырыва крючьев увеличивается до L=1,5-2 м. Сама же веревка по прочности вообще не ограничивает спортсмена.
Когда первый в связке прошел первый промежуточный крюк, надежность его удержания при срыве несколько возрастает. Схема срыва показана на рис. 13. Проиллюстрируем это на конкретном случае, когда трение веревки о скалу, как и в прошлом примере, отсутствует. Пусть расстояние между крюками 1 и 2 (см. рис. 13) равно 2 м, а срыв произошел при L=2 м после крюка 2. Страховка жесткая. Тогда амортизирующее действие веревки складывается из деформации ее на участке 2-3 при усилии Рв и на участке 1-2 при усилии 0,5 Рв. В результате максимальное усилие на веревке снижается.
Для данного примера (длина участка 1-2 равна 2 м) нагрузка на веревку и крючья снижается на 20-25%, однако безопасный выход вверх увеличивается всего до 1-1,5 м. Если же веревка на участке 1-2 трется о скалу, это преимущество сокращается.
Отсюда следуют общие выводы.
1. В случае жесткой (без протравливания) страховки существующие технические средства (веревка и крючья) не могут обеспечить безопасность спортсмена при срыве.
2. Избежать вырыва забитых крючьев или разрыва веревки можно только протравливанием веревки в момент срыва.
Каким должно быть протравливание? Учитывая вышеизложенное, легко понять, что максимальное усилие протравливания выбирается из условия надежной работы самого слабого звена страховочной цепи сорвавшегося, т. е. крючьев. Согласно рис. 11 и табл. 4, усилие на крюк не должно быть более 450 кг. Тогда с учетом распределения сил на карабине (см. рис. 12) Рв<300 кг, а усилие протравливания со стороны страхующего Р2<150 кг. Диаграмма работы веревки при таком предельном случае при выходе первого в связке на 5 м выше последнего крюка показана на рис. 14 (Рв-механическая характеристика веревки 5 м с учетом деформации тела человека (Рч); Q5 — энергия торможения сорвавшегося веревкой, равная площади заштрихованной поверхности ОАБВ, кгм).
Работа силы тяжести при падении сорвавшегося на глубину H=2L=10 м выражается как Е5 = m*Н= 80X10 = = 800 кгм. Приравнивая Q5 к Е5, найдем деформацию веревки ?L/ (м)=0,85 м, длину протравливания ?Lтр = 2,25 м и коэффициент протравливания:
Повторив расчет для разных усилий протравливания веревки (Рв.тр), получим зависимость Ктр от Рв.тр, показанную на рис. 15. Кривая 3 дана при L=1 м, когда деформация обвязки и тела человека соизмерима с деформацией веревки. Кривая 2 соответствует L = 2 м. Кривая 1 дана для случая L>2 м, когда влияние деформации тела человека в общей страховочной цепи сказывается уже незначительно.
Опытная проверка показала достаточно хорошую сходимость расчетных и опытных нагрузок.
При Ктр>0,45 усилие на сорвавшегося и веревку будет менее 300 кг, однако длина протравливания (?Lтр), а значит, и фактическое падение человека по скалам будут больше, что всегда нежелательно. Поэтому оптимальная зона протравливания лежит в пределах:
0,45<Ктр<0,7,
при этом 300 кг>Рв.тр>200 кг,
150 кг>P2>100 кг,
где Р2 — нагрузка на страхующего (второго в связке);
Рв.тр — нагрузка на веревку и ведущего (сорвавшегося). Необходимо помнить, что при нескольких промежуточных крюках трение веревки в карабинах и петлях сильно возрастает и для сохранения оптимальных значений Ктр и Рв.тр приходится снижать усилие (Р2) со стороны страхующего.
На практике учесть это трудно, так что в общем случае срыва страхующего лучше ориентироваться не на определенную силу удержания (Р2), а на необходимую норму протравливания (Ктр). Зная ее, опытный спортсмен не стремится мгновенно зажать в полную силу конец страховочной веревки при срыве. Его первое усилие не превышает 10-30 кг, и только после того, как веревка начинает протравливаться через карабин, он тормозит уже с большим усилием. Освоение этого приема требует большой практической тренировки на страховочном стенде.
Вместе с тем весь этот сложный навык становится ненужным, если ведущий в группе применяет автоматический тормоз, настроенный на протравливание веревки при усилии 250-300 кг. Запас веревки для протравливания хранится в кармане или на теле первого в связке.
Конструкции таких тормозов показаны на рис. 16 (назовем их тормозами 1-го рода).
Тормоза Абалакова и Кашевника известны уже несколько лет и прошли ряд испытаний на практике. Приспособление Саратовкина появилось только в 1978 г. На рис. 16 показан способ свивки колец основной веревки. Каждые два кольца скрепляются обычной хлопчатобумажной киперной лентой в два витка. При натяжении основной веревки усилие разрыва киперной ленты составляет 200- 220 кг. При рывке веревки кольца ленты рвутся последовательно и основная веревка, распрямляясь из витков, удлиняется, демпфируя тем динамический рывок. Метр свитого приспособления Саратовкина дает при распрямлении 4 м дополнительного травления веревки, что позволяет безболезненно выходить вверх по отвесу на 6-8 м. Срыв не приведет к нагрузке на сорвавшегося более 250 кг и на крюк-более 370-400 кг, что вполне допустимо.
Другую проблему решают тормоза 2-го рода (рис. 17). Ранее было показано, что при срыве и одном промежуточном крюке на страхующего приходятся наибольшие нагрузки, которые при разных Ктр могут колебаться от 40 до 300 кг. Такие усилия срывают страхующего с места, прижимают его к первому крюку, и он может потерять управление веревкой.
Для облегчения работы страхующего и применяют тормоза 2-го рода, которые перераспределяют часть нагрузки со страхующего на первый страховочный крюк. При этом на самого человека приходятся усилия торможения 10- 40 кг (см. рис. 17, а, б, в).
В случае крепления тормозов 2-го рода на грудной обвязке страхующего направление его страховочной петли должно совпадать с направлением ожидаемого рывка (см. рис. 17, г). На рисунке показана наиболее надежная система страховки из 3 крючьев (или выступов). В отдельных, менее предпочтительных, случаях петли страховки и самостраховки могут крепиться на один крюк (выступ). При этом он должен быть абсолютно надежным.
Тормоза 2-го рода существенно облегчают работу страхующего, однако применять их надо с большой осторожностью и только после накопления страхующим опыта практической работы с ними на тренировочном стенде. Действительно, если при этом способе страхующий будет удерживать веревку усилием 60-100 кг (что вполне доступно среднему человеку, да еще в минуту опасности), то за шайбой Штихта нагрузка возрастает до 300-500 кг, а на верхнем крюке — 600-1500 кг, что неминуемо приведет к его вырыву.
То же случится, если страхующий удерживает веревку через шайбу Штихта или узел УИАА с нормальным усилием 10-40 кг, но ведущему в связке по тем или иным причинам не удалось расположить веревку по прямой, и она идет через перегибы скал (рис. 18, а) или петляет между 3-4 крюками (рис. 18, б), т. е. работает со значительно большим трением. Поэтому неопытному или эмоционально неустойчивому спортсмену, склонному к лихорадочному креплению веревки в момент срыва, тормозами 2-го рода лучше не пользоваться.
