2.1. прочность на разрыв

2.1. прочность на разрыв

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

2.1.1. Визитная карточка веревки

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".

Таблица 1 - Динамическая основная веревка типа "Классик МД 72" d 11 мм

Таблица 2 - Статическая веревка типа "Суперстатик" d 10 мм

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

2.1.2. Объявленная прочность на разрыв

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.

2.1.3. Перегибание в узлах

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.

Рис. 1. Перегибание в узле.

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.

Таблица 3.

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.

2.1.4. Влияние воды и влажности

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.

Таблица 4.

Запомните:

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

2.1.5. Старение и износ при использовании

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 четыре года.

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.

2.1.6. Практическая прочность на разрыв

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.