Простейшая страховочная цепь

Вопрос о факторе падения все более привлекал мое внимание по мере того, как усложнялась страховочная цепь в вертикальной технике. Возникшее в альпинизме, понятие фактора падения, учитывающее простейший случай страховочной цепи, состоящей только из веревки, поначалу казалось предельно ясным:

Фактор падения - это отношение глубины падения по вертикали к длине веревки, это падение останавливающей.

Чисто геометрическое безразмерное соотношение, позволяющее оценить удельную величину энергии, которую предстоит поглотить (рассеять, амортизировать, абсорбировать и т.п.) при остановке падения, на каждую единицу длины веревки, которой придется этим заняться.

И все. Ничего более фактор падения нам не дает. Ни величины энергии падения, ни глубины этого падения, ни способности самой веревки противостоять возникающим ударным нагрузкам, и ничего другого.

Фактор падения - это отношение двух метрических величин: глубины падения к длине страховочной цепи его остановившей. То есть, величина относительная.

Такая простейшая страховочная цепь реальна в скальном лазании и при восхождениях, когда веревка используется только для страховки, но не для передвижения по ней.

Энергия вероятного падения при восхождении зависит от его глубины, а возможная глубина - от длины веревки. Так как при восхождении мы выходим над точкой закрепления веревки, то теоретически и практически возможная глубина падения в 2 раза превышает длину страховочной веревки. Это дает максимальный фактор возможного падения при восхождениях f = 2,0.

Страховочная цепь при спуске-подъеме по веревке

При работе на веревке мы всегда имеем более сложную страховочную цепочку, включающую кроме веревки другое снаряжение (спусковое устройство, зажимы, усы, коннекторы). Это снаряжение тоже обладает определенной способностью поглощать энергию падения. Способность эта у большинства металлического снаряжения очень ограничена. При тех нагрузках, которые мы стремимся не превысить в цепи, металлическое снаряжение практически не деформируется. Единственные помощники веревке в этом деле - это страховочный ус и амортизатор. При отсутствии амортизатора - только ус.

Надо учесть, что и веревка, по которой мы движемся, малоэластична.

Энергия падения при спуске-подъеме по веревке тоже зависит от глубины падения, но глубина возможного падения в 2 раза меньше, чем в предыдущем случае и принципиально равна длине веревки, навешенной без промежуточных закреплений сверху до низу. Максимальная ее величина равна потенциальной энергии падения нашего испуганного тела на глубину каждого конкретного отвеса.

Поэтому максимально возможный фактор падения при работе на веревке всегда меньше единицы: f < 1,0, и не может стать равным единице, ведь как только мы пристегнулись к веревке, между нами и точкой ее закрепления уже находится какая-то ее часть.

Фактор падения и пиковая нагрузка

Фактор падения определяет соотношение "военных сил" в этом противоборстве - между энергией падения и способностью страховочной цепи ее уничтожить. Условно говоря, фактор падения показывает - сколько единиц энергии падения придутся на единицу способности нашего снаряжения эту энергию поглотить-рассеять, в конечном счете, остановив падение.

Если f = 0,0, падения попросту не происходит и поглощать-рассеивать нечего.

Если f = 1,0, на каждого нашего защитника приходится по одному неприятелю.

Если f = 2,0, враги наваливаются вдвоем на одного нашего защитника, и отбиться значительно труднее.

А ведь может случиться, что фактор падения будет больше 2,0, и значительно больше.

При прочих равных условиях, чем меньше фактор падения, тем легче страховочной цепи это падение остановить, и тем меньше величина пиковой динамической нагрузки при остановке. И наоборот.

Очевидно, что чем меньше глубина падения, тем меньшую энергию придется поглощать при его остановке.

Также очевидно, что чем больше способность нашего снаряжения поглощать энергию (чем больше его энергоемкость), тем меньшие пиковые нагрузки возникнут в страховочной цепи при остановке падения.

В вертикальных кругах известен закон:

Максимальная величина пиковой ударной нагрузки при остановке падения не зависит от абсолютной глубины этого падения, а зависит лишь от длины веревки, его останавливающей, и ее способности к удлинению. Ну, и от веса падающего, разумеется.

Все именно так, если мы говорим об одной и той же страховочной цепи.

Если же сравнивать падения одной и той же массы на одну и ту же глубину с одним и тем же фактором падения, но останавливать ее разными наборами страховочного снаряжения, то чем больше эластичность (способность к деформациям = энергоемкость) цепи, тем меньше пиковая нагрузка при остановке падения.

Вот только не веревкой единой останавливается падение. А потому не всегда этот закон действует столь прямолинейно. И это обстоятельство очень важно для нас. Особенно, когда мы рассматриваем срывы и падения близ точек закрепления веревки, где общая длина страховочной цепи чрезвычайно мала.

Все дело в том, что при малой глубине падения и малой длине останавливающей его страховочной цепи становится заметной доля амортизирующих способностей остальных составляющих страховочной цепи, которые в таких случаях заметно уменьшают пиковую нагрузку от расчетной.

При очень больших глубинах падения способность веревки к удлинению падает из-за нелинейного характера приложения ударной нагрузки по длине веревки - становится заметным волновой характер ее распространения. И в силу этого не вся веревка одновременно начинает деформироваться, принимая участие в остановке падения. То есть проявляется тот самый отрицательный эффект неравномерности приложения нагрузки, который в лентах заметен всегда, когда дело доходит до ударных нагрузок, а для веревок - только при очень большой их длине. Это приводит к увеличению пиковой нагрузки от расчетной.

К счастью, очень большие длины веревок, где этот эффект мог бы проявиться в полной мере, относится более к теоретической области.

Однако надо помнить, что при очень малой и очень большой длине страховочной цепи пропорциональность пиковой нагрузки глубине падения нарушается. Но в диапазоне средних длин страховочных веревок все работает.

Величина пиковой динамической нагрузки в общем случае описывается следующей формулой.

Р = G (1 + √1+2af/G)

где: Р - сила рывка, G - вес падающего, a- коэффициент жесткости веревки, f- фактор падения.

Из формулы видно, что сила рывка пропорциональна корню квадратному трех величин: √f - фактора падения, √a -некоего коэффициента жесткости веревки и √G - веса падающего.

Это значит, что если фактор падения увеличился, например, в 2 раза, то сила рывка увеличилась в √2 = 1,44 раза и наоборот: если фактор падения снизился в 2 раза, то пиковая нагрузка в момент остановки падения уменьшится в 1,44 раза.

2.4. Уточнение формулировки "Фактор падения"

Да, в свое время все это тоже понималось с большим трудом - как это рывок не зависит от того, с какой высоты навернешься? Потом уложилось - пиковая нагрузка действительно практически не зависит от высоты падения как от отдельно взятой величины, а зависит от соотношения нескольких величин - веса падающего, конфигурации падения (фактически - его фактора) и эластичности останавливающей падение страховочной цепи (ее удлинения). Чувствуете? Не только веревки - всей страховочной цепи!

В современном понимании мы волей неволей приходим к уточненной формулировке фактора падения: