Ударные нагрузки на тело при остановке падения.


Ударные нагрузки на тело при остановке падения.

1. Предисловие

Это моя первая статья, поэтому конструктивная критика не только принимается, но и приветствуется. Так же стоит заметить, что большая часть этого текста - моё личное мнение, подкреплённое, в основном, обширным практическим опытом в разных областях работы с верёвкой.

Хотелось бы в этой статье рассмотреть вопрос достаточно подробно, так как в своей практике сталкивался с задачами, которые несколько выходили за рамки стандартных, предложенных на курсах ситуаций.

Считаю, что грамотный специалист должен не только знать и понимать правила и рекомендации, но так же и понимать, когда и как их можно слегка нарушить, не снизив при этом общего уровня безопасности. Достичь этого можно только через глубокое понимание механизмов, рассмотренных в этой статье.
Не стоит воспринимать это за пропаганду небезопасных методов работы.

Поэтому я постараюсь объяснить все буквально на пальцах, так как такие вещи должны быть абсолютно ясны ясны абсолютно каждому.


2. Фактор падения


Начать стоит с самого важного, скажем так, основополагающего понятия в этой теме - фактора падения. Фактор падения, он же фактор рывка, он же fall factor. Fall factor используется для измерения жесткости рывка от остановки падения. Суть этого явления многими не понимается или же толкуется весьма превратно. Фолл-фактор считать необходимо для подбора снаряжения и выбора метода работы.

Определяется он таким образом:

Length of potential fall divided by the length of rope or lanyard available to arrest it - Длина потенциального падения поделенная на длину верёвки или уса, участвующих в остановке падения (1)

Моё определение несколько отличается от общепринятого и звучит так: Фактор падения - это соотношение глубины падения к длине цепи, поглощающей энергию падения.

Сейчас я попытаюсь объяснить, почему я формулирую именно так и почему меня не устраивает классическое определение.

Итак, что же считать глубиной падения?

Глубина падения - это длина пути проделанного телом до задержания рывка и полной остановки. Измеряется в метрах. Если в траектории тела присутствует маятник, то считаем только вертикальную составляющую. На практике я считаю "телом" точку закрепления страховочной цепи на человеке - точка A или D на нашей системе.

... И что считать длиной цепи?

Длиной цепи, поглощающей энергию падения я предлагаю считать совокупность длин всех элементов, поглощающих энергию. Измеряется так же в метрах.

Главное здесь - эти элементы должны поглощать рывок, а не просто присутствовать в страховочной цепи. Это очень распространённая ошибка.

Так, в нашем деле поглощать энергию умеют: полустатические и динамические веревки, амортизаторы рывка, узлы на веревках. Страховочные системы, анкерные точки, текстильные и, особенно, стальные слинги не не обладают нужным потенциалом и поэтому в расчет приниматься не должны.

Поделив полученную нами глубину падения на длину цепи мы и получим искомый фактор. Пролетев с усом длиной в 1 метр расстояние в 1 метр, получим фактор 1. Пролетев 2, получим фактор два.

Теоретически, в используемых нами методах работы фактор падения может достигнуть 2, что, вообще, весьма неприятно скажется на нашем организме. Однако, неоднократно замечено на практике, что ввиду непонимания этих вещей или просто низкого уровня интеллекта люди добровольно создают ситуации, когда значение фактора значительно превышает 2.

Рассмотрим несколько практических примеров, для понимания вопроса.

Для начала, возьмём цепь "страховочная система - ус из динамической верёвки в точке D, длиной 1 метр - карабин - стальной строп - стальная балка". Распространенная ситуация, каждый сталкивался.

Поглощать рывок способна только динамическая веревка и эта её способность несколько улучшена двумя узлами. Соответственно, длина поглощающей цепи равна длине уса - 1 метр. А вот длина страховочной цепи отличается значительно и составляет длину уса, карабина и стального стропа, условно подсчитаем все это за 1.5 метра.

Соответвенно, когда техник находится на натянутом усе, его потенциальное значение фактора падения равно 0. Когда точка закрепления (не ноги или голова!) по высоте равна карабину на втором конце уса, то 1. Если техник начнёт заниматься глупостями и полезет чуть повыше, то ус натянется, и значение фактора рывка достигнет двух.

Это прекрасно иллюстрируется стандартной картинкой из любой инструкции к снаряжению. А как добиться большего? Надо провернуть слинг и стать на балку ногами. Думаю, многие видели подобное. Если мы подсчитаем за глубину падения длину страховочной цепи, умноженную на 2, (ведь слинг провернется обратно), то получится 3 метра в данном примере. 3 (глубина падения) ÷ 1 (длина уса, который реально поглотит энергию) = фактор 3. Многие в данной ситуации считают, что будет 2, поделив глубину падения на длину всей страховочной цепи. Это фундаментальная ошибка!

Есть ещё несколько ситуаций, когда значение фактора падения может значительно превысить 2, но если человек понял, как это вычислить, нет нужды их перечислять и разбирать. Главное запомнить, что считаем только то, что реально ПОГЛОЩАЕТ рывок.

Между делом стоит упомянуть модный в наших краях термин "локальный фактор падения". Имеется ввиду ситуация, когда техник прикреплен к малорастяжимой веревке посредством уса со страховочным устройством. В данной ситуации предлагается считать фактор падения, приняв страховочное устройство за конец страховочной цепи. Исходя из нашей формулировки фактора падения, это весьма некорректно, так как малорастяжимая веревка так же поглотит часть рывка. Так как зачастую её довольно большое количество, это значительно меняет картину. Ввиду этого обстоятельства предлагаю данный термин забыть.

3. Перейдём к нагрузкам


Разобравшись с тем, как подсчитать значения фактора, перейдём непосредственно к ударным нагрузкам. Остановка падения вызовет рывок, который распределится на все элементы страховочной цепи, включая наше тело и анкерные точки. Этот рывок измеряется в килоНьютонах (kN), и зависит от фактора падения, способности элементов цепи к поглощению энергии и массы тела.

Исторически сложилось так, что многие термины, в том числе и "fall factor", пришли в верёвочный доступ из альпинизма. Основной способ страховки в альпинизме - динамическая веревка, удерживающая срыв.

Каждый метр веревки способен поглотить определённое количество энергии. Чем больше глубина падения, тем больше верёвки поглотит этот рывок. Таким образом, нагрузка на тело и анкерные точки остается неизменной при равном соотношении глубины падения и длины веревки, его поглощающей. Именно поэтому мы обращаем внимание на фактор падения, а не на его глубину. Естественно, глубокое падение может привести к удару о конструкции или другие препятствия, но это уже отдельная тема.

Наше тело способно выдержать определённой силы рывок без вреда для себя. Согласно стандартам UIAA, рывок на тело не должен превышать 12 kN, согласно BS 7985 - 6 kN. То же значение мы принимаем за максимум, работая по стандартам IRATA. Такая значительная разница в максимуме вызвана тем, что риски, допустимые на работе, значительно меньше рисков, допустимых для подготовленных спортсменов. Вероятно, наличие сидушки так же повлияло на установление этого значения. (2)

Задача сводится к тому, чтоб подобрать верные методы работы и элементы снаряжения, чтоб в самом жёстком случае сила рывка на техника не превысила 6 kN.

4. Поглощающая способность элементов снаряжения

Самый распространенный в нашей работе поглотитель энергии - слаборастяжимая верёвка, знакомая каждому, кому приходится работать на высоте. В СНГ часто именуется статической веревкой. Новая веревка, соответствующая стандарту EN 1891 A, тестируется на динамические нагрузки. При тестовом грузе в 100 кг и фактора падения 0,3 сила рывка должна составить <6 kN. Кроме этого, она обязана выдержать 5 рывков с фактором 1 и тем же грузом.

Как видно из этих тестов, такая веревка мало приспособлена для поглощения рывка, но в работе это зачастую компенсируется её длиной, что даёт мизерные значения фактора падения. Так же видно, что распространенная в странах СНГ привычка вязать страховочные усы из неё не выдерживает никакой разумной критики.

Динамическая веревка (EN 892) специально разработанна для поглощения энергии рывка посредством растяжения. Растягиваясь, эффективно уменьшает ударную нагрузку. В работе мы используем веревку, сертифицированную как одинарная динамическая веревка. Она отмечается единичкой в кружочке на упаковке или маркировке.

Поглощающая способность конкретной модели слегка веревки можно посмотреть в её документации. Веревка маркируется нагрузкой, которая придётся на тело при фактора падения 1.77 с этой веревкой. Там же указано и количество рывков, которое данная модель выдержала в процессе сертификации. Кому интересно, может посмотреть полную процедуру тестирования в сети, нас же интересует, что такие верёвки дают нагрузку до 6 kN при FF (fall factor) до 1. То есть, при работе или лазании, мы смело используем усы из динамической веревки, если наш метод работы предполагает максимальный FF<1. За этим нужно строго следить.

Если фактор таки может превысить единицу, необходимо ввести в страховочную цепь амортизатор рывка. При ИТО или лазании по конструкции это может быть, например, ус со встроенным амортизатором, сертифицированный по EN355. Эти устройства способны обеспечить безопасное удержание рывка при FF <2. Нагрузка, приходящаяся на тело при срабатывании амортизатора - 2.5-3.5 kN. Есть так же спортивные амортизаторы, способные на большее, но это уже другая история и нас не интересует. Кстати говоря, используя амортизаторы, стоит учитывать увеличение его длины в случае срабатывания, иначе остановка падения может произойти с помощью пола или других твёрдых тупых предметов...

Так же при выборе снаряжения и метода работ стоит учесть поглощающую способность разных узлов. Согласно исследованию, проведенному компанией Lyon Equipment по заказу Health and Safety Executive, наилучшая способность поглощать энергию у узла barrel, за ним идёт восьмерка и в конце плетется проводник. Они не тестировали бабочку, так что трудно сказать, как она себя ведёт в данной ситуации. Фирменные сшитые усы, даже из динамической веревки превысили дали показания >10 kN даже при FF=1. Так что таких усов стоит избегать в работе, где возможны какие-либо рывки! Это же касается усов из стропы (которые могут попросту оборваться) и из малорастяжимой веревки, что уже упоминалось выше.

5. Последствия, или Что нужно помнить всегда.



Самое важное, что стоит учитывать в первую очередь - встреча с поверхностью или другими твердыми предметами в процессе падения. Совершенно неважно, какая сила рывка придётся на Вашего техника, если он по дороге посчитает лицом пять стальных балок. Поэтому оценивать глубину потенциального падения стоит всегда, особенно при работе с амортизаторами или на длинных веревках, которые имеют тенденцию растягиваться. Хороший маятник тоже мало чем отличается от вертикального падения в плане последствий для организма. Определив глубину падения нужно её ограничить, используя слинги другой длины, регулируемые усы, другой метод доступа, и тд.

Перейдем теперь к нагрузкам. Как мы уже выяснили, в области веревочного доступа, по европейским стандартам, нагрузка на техника не должна превышать 6 kN. Мы все это знаем, но не знаем, как была рассчитана эта цифра. В дремучем 1983 году джентльмен по имени Maurice Amphoux провёл исследования, изложив их результаты в докладе, названном им "Exposure of human body in falling accident".

Отправной точкой он взял нагрузки, испытываемые при раскрытии парашюта - 12 kN. Сравнив результаты лабораторных тестов с этим значением, он учел несколько факторов - парашютисты, в большинстве случаев, молоды, подготовлены физически, прошли обучение и сгруппированы в ожидании рывка. Все это отличало спортсменов от простых рабочих. Ввиду того, что точно измерить способность организма переносить неожиданные нагрузки в неожиданном положении практически невозможна, он предложил ввести 6 kN как стандарт, используя амортизаторы для ограничения нагрузки (речь шла о fall arrest, просто система и ус).

Так же он предложил использовать цельную систему, для лучшего распределения нагрузки, и как можно более высокую точку закрепления, для улучшения положения тела и уменьшения возможных "хлыстовых" нагрузок на шейный отдел позвоночника. Точка закрепления амортизатора на поясе была признана совершенно неприемлемой ввиду огромной поперечной нагрузки на позвоночник.

В то же время, американские и канадские стандарты говорят, что безопасный максимум - 8 kN. Имея не меньшую историю и объём рабочих часов, чем британская ассоциация, они используют это это значение с 1979 года, так и не имея прецедентов получения серьёзных травм при срывах. При этом тестовый груз у американцев - 136 кг, а у канадцев и европейцев - 100. Так что лично я склонен думать что вполне возможно учитывать именно эту цифру как действительно максимально допустимую в случае остановки падения, если отойти от требований IRATA.

При значении большем, чем 8 kN, уже возможны травмы разной тяжести - растяжения, вывихи и ушибы мышц спины, корпуса и шеи.

Хочу так же рассказать о том, что будет если встегнуть амортизатор в точку D, что так же является частой ошибкой, особенно, среди тех, кто много работал с Shunt-ом. Исследования Helmut-а Mangelfrau в 1989 году выявили, что даже при нагрузке в 4 kN, пришедшей только на пояс системы, велика вероятность перелома позвоночника, ведущая к параличу или смерти. Так что амортизатор только в точку А и систему плотненько затягивать.

Были проведены и другие исследования, где люди испытывали боковые нагрузки в области таза, примерно - боковое кольцо на системе. Удивительно, но ДОБРОВОЛЬЦЫ выдержали нагрузки, аналогичные 6 kN без травм и до 8 kN с незначительными жалобами. Это совсем не значит, что так можно делать. Просто для информации.

Если у кого-то есть вопросы или мнения, пишите обязательно. Потому что только при правильном снаряжении, плане работ и аккуратном выполнении этого плана работ, все будет хорошо.

Примечания


1. IRATA Code of Practice, перевод мой

2. Было заслано письмо в Petzl с вопросом о том, отягощает ли ношение сидушки последствия рывка. Их мнение - не влияет никак при условии, что нагрузки при рывке не превышают 6 kN

Назад на страницу - База знаний

Последние комментарии пользователей

Нет комментариев! Ваш будет первым.


Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Войдите на сайт или зарегистрируйтесь!