Caratteristiche Tecniche dei Materiali da Alpinismo e Catena di Assicurazione Corso Di Alpinismo 2015

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1 Caratteristiche Tecniche dei Materiali da Alpinismo e Catena di Assicurazione Corso Di Alpinismo 2015 Francesca Donaggio

2 Sommario 1. Cosa avviene durante la caduta di uno scalatore? 2. Cosa si utilizza per limitare i danni dovuti alla caduta? 3. Che caratteristiche devono avere i materiali usati in alpinismo e perchè?

3 La catena di assicurazione La catena di assicurazione è l insieme di elementi che permettono, in caso di caduta, di limitare i danni agli alpinisti (sia a colui che cade sia a chi sta assicurando). I suoi componenti sono: corda, imbragatura, casco, moschettoni, cordini, fettucce, chiodi, dadi, friends,..

4 Parliamo di catena di assicurazione senza dimenticare che in montagna le attrezzature ed i materiali da soli non garantiscono la sicurezza e che l attrezzo migliore ed irrinunciabile è.... la testa meglio se protetta dal casco (V.Bedogni)

5 Ripassiamo alcuni concetti di fisica... FORZA: È quella grandezza fisica che applicata ad un corpo ne altera lo stato di moto È quella grandezza fisica che riporta l'alpinista verso terra È quella grandezza fisica che, applicata ad una corda elastica, ne provoca l'allungamento Si misura in N (Newton): 1 N è la forza che, applicata ad un massa da 1 kg, imprime un'accelerazione di 1 m/s 2 10 N = 1 dan 1 kgf= 1 * 9.81 N ~ 10 N 1 kn = 1000 N ~ 100 kgf

6 Ripassiamo alcuni concetti di fisica... ENERGIA/LAVORO: É la grandezza fisica che esprime il prodotto (scalare) di una forza per uno spostamento É la grandezza fisica che esprime quanto spendo per sollevare un peso, ovvero per salire mentre arrampico É la grandezza fisica che esprime quanto ha assorbito una corda allungata dall applicazione applicazione di una forza Si misura in J (Joule) 1 J è il lavoro che compie una forza di 1 N per spostare il suo punto di applicazione di un metro

7 Cosa avviene durante la caduta di uno scalatore? Durante la scalata l'arrampicatore, salendo, acquista energia potenziale (di posizione) E p = m g h Mentre cade, la sua energia potenziale diminuisce, trasformandosi in energia cinetica (di movimento) E c = ½ m v 2

8 Cosa avviene durante la caduta di uno scalatore? L'alpinista che è caduto di una quota h ha acquisito energia cinetica pari all'energia potenziale che ha perso Ep= Ec => m g h = ½ m v 2 => v= 2gh Dopo 10 metri di volo, un alpinista ha acquisito una velocità pari a v= = 14 m/s = 50 km/h

9 Cosa avviene quando la caduta viene arrestata? Energia CINETICA Energia elastica: deformazione della corda (la deformazione degli altri componenti è trascurabile) Energia termica: attriti nel freno, sulla roccia, sugli ancoraggi, deformazione della corda Quando è presente un freno,, la maggior parte dell'energia viene dissipata per attrito dal freno, trasformandosi in calore. Quando il freno non è presente o non è efficace, tutta l energia viene assorbita dalla corda

10 Quando il freno non è presente o non è efficace, tutta l'energia viene assorbita dalla corda Energia da dissipare Dipende dall'altezza della caduta dell'alpinista Energia che assorbe la corda Dipende dalla lunghezza del tratto di corda coinvolto (più corda può dissipare più energia) FATTORE DI CADUTA: altezza caduta / lunghezza corda coinvolta energia accumulata da dissipare / capacità di dissipazione

11 Valutazione analitica della forza di arresto (corda BLOCCATA) Sotto ipotesi semplificative... F P 1 1 2F max c K / P P = peso persona K = modulo elastico della corda F c = fattore di caduta La forza di arresto NON dipende dall'entita' della caduta ma dal FATTORE di caduta. Però... maggiore è l'entità della caduta, maggiore è la probabilità di sbattere contro la parete... e ci sono anche gli aspetti psicologici...

12 Il fattore di caduta Ha senso parlare di fattore di caduta SOLO quando non entrano in funzione freni per dissipare l'energia (caduta a corda bloccata)

13 Il fattore di caduta Il fattore di caduta diminuisce quanto più: - Si è vicini all ultimo rinvio (diminuisce l altezza l di caduta) - Si è lontani dalla sosta (aumentano i metri di corda che dissipano energia) Per quanto riguarda la forza di arresto, non è critico il valore assoluto della caduta Condizione più gravosa per la corda? la condizione peggiore in alpinismo è: corda bloccata in sosta, senza rinvii, Fc= = 2

14 Fattore di caduta: come varia rinviando ogni 2 m Fattore di caduta Lunghezza corda 2 m 2 m Fc = 4/2 = 2.0

15 Fattore di caduta: come varia rinviando ogni 2 m Fattore di caduta Lunghezza corda 2 m 2 m 2 m Fc = 4/4 = 1.0

16 Fattore di caduta: come varia rinviando ogni 2 m 2 m Fattore di caduta Lunghezza corda 2 m 2 m 2 m Fc = 4/6 = 0.7

17 Fattore di caduta: come varia rinviando ogni 2 m 2 m 2 m Fattore di caduta Lunghezza corda 2 m 2 m 2 m Fc = 4/8 = 0.5

18 Come deve essere fatta la catena di assicurazione? La catena di assicurazione deve rendere sopportabile dal corpo umano la decelerazione che subisce quando arrestiamo la caduta Il corpo umano può sopportare un'accelerazione/decelerazione massima di 15 g a testa in su,, 5 g a testa in giù Per un alpinista tipo che pesa 80 kg: F = m a max = 80 * 15 * 9.8 ~ N = 1200 kg f

19 Forza di arresto (FA) FA massima sopportabile = 1200 dan NB: 240 se a testa in giù!!! Tutta la catena di sicurezza è costruita sulla base di questo valore

20 Le norme per i materiali da ALPINISMO I materiali che costituiscono la CATENA DI SICUREZZA (corde, fettucce cucite, moschettoni, imbragature, ) rientrano tra i DISPOSITIVI DI PROTEZIONE INDIVIDUALE (D.P.I.( D.P.I.) di Categoria 3 e devono soddisfare la direttiva comunitaria 89/686/CEE poi 93/68/CEE La direttiva è entrata in vigore il 30 giugno 1995 Da questa data non è più legale produrre e mettere in commercio in Europa materiale che non disponga del marchio di conformità CE

21 Le norme per i materiali da ALPINISMO Come ottenere il marchio CE? Sono state emanate NORME per l'epplicazione della direttiva europea (Norme EN). Queste recepiscono in gran parte le norme emesse dalla UIAA (che( sono talvolta più restrittive) Materiali da alpinismo che rispettano le relative norme EN hanno il diritto di avere il marchio CE. (La condizone è SUFFICIENTE ma non NECESSARIA). In pratica, tutti i costruttori si attengono alle norme EN

22 Dichiarazione di conformità CE Per ogni modello di corda, il produttore dichiara che: - risponde alla direttiva CE 89/686/CEE - è stato sottoposto alla procedura prevista dalla norma - il test è stato eseguito sotto il controllo di un organismo certificato NOTA: per i DPI di CAT 3 l organismo certificato non presenzia solo ai test, ma tiene sotto controllo regolarmente la fabbrica

23 LA CORDA Deve soddisfare i seguenti requisiti: 1. Deve essere DINAMICA e non STATICA Nè troppo rigida nè troppo elastica 1200 dan > F.A. > 700 dan 2. Rottura corda >> 1200 dan ( dan) 3. Deve resistere ad un numero di cadute significativo senza rompersi e senza eccedere limite sulla Forza di Arresto alla 1^ caduta. Tanto maggiore è il n di cadute meglio è!!!

24 LA CORDA Resistenza alla rottura : 30% calza,, 70% anima

25 LA CORDA (EN892) TEST AL DODERO Forza di arresto Numero di cadute Allungamento statico Scorrimento calza

26 Tipi di corde per alpinismo (EN892) CORDA SEMPLICE/INTERA (D~9-10mm) Omologata per utilizzo singolo 5 cadute, FA< 1200 dan,, m = 80 kg MEZZA CORDA (D ~ mm) Omologata per utilizzo in coppia con altra mezza corda 5 cadute, FA< 800 dan,, m = 55 kg (OK per cordata a tre) CORDA GEMELLARE (D ~ 7 mm) Omologata per utilizzo unicamente in coppia con altra gemellare (un unica unica corda) 12 cadute, FA< 1200 dan,, m = 80 kg (su 2 corde) (NO per cordata a tre)

27 Omologazioni multiple Omologazione come Corda Intera e Mezza Corda 5 cadute, FA< 1200 dan,, m = 80 kg 5 cadute, FA< 800 dan,, m = 55 kg Omologazione come Corda Intera, Mezza Corda e Corda Gemellare 5 cadute, FA< 1200 dan,, m = 80 kg 5 cadute, FA< 800 dan,, m = 55 kg 12 cadute, FA< 1200 dan,, m = 80 kg (su 2 corde)

28 La Carta d Identitd Identità della Corda

29 Usura delle corde Usura meccanica Sporcizia Arrampicata Particelle di polvere/terra Moulinette tra i filamenti Discesa in corda doppia LA CORDA TENUTA IN CASSETTO NON INVECCHIA

30 Usura delle corde Raggi UV Decadimento delle prestazioni proporzionale all esposizione Ci sono colori più sensibili (fucsia, verde acido) Acqua Perdita di prestazioni: diminuzione numero di cadute, aumento della forza d arresto Recupero dopo asciugatura Ghiaccio Perdita di prestazioni: diminuzione del numero di cadute ma diminuzione della forza d arresto Recupero dopo asciugatura

31 Usura delle corde: birdcaging Degradazione della calza ed espulsione dell anima Tipico delle corde usate in falesia Avviene in prossimità del punto di incordamento IL RESTO DELLA CORDA NON E SANO!!!

32 La corda: conclusioni 1. TRATTARE BENE LE CORDE (anche la calza!) 2. Fare SEMPRE asciugare le corde in ambiente secco ma NON al sole 3. Tenere la corda pulita (no terra / polvere, ecc) 4. Acquistare corde con elevato n di cadute 5. Tipo di corda (intera, mezza, gemellare) in relazione all utilizzo previsto

33 Moschettoni e rinvii: effetto di una caduta Situazione statica di equilibrio Situazione dinamica

34 Caduta a corda bloccata = 2000 dan 1200 dan Corda BLOCCATA in sosta Massima forza d'arresto: 1200 dan Attrito sul rinvio 800 dan Forza sulla sosta = 1200/1.5= 800 dan Sosta Alpinista che cade Forza sull'ultimo rinvio = = 2000 dan

35 I moschettoni Caratteristiche: Lega leggera Di forma variabile Dotato di leva (dito) di apertura manuale con ritorno a molla Leva: Dritta Curva (per la corda,, non invertire l'uso!) A filo A ghiera Chiusura: Dente sulla leva Dente sul corpo Keylock

36 Test sui moschettoni

37 Test sui moschettoni

38 I moschettoni Marcatura: Resistenza lungo l asse l maggiore Resistenza lungo l asse l minore a leva chiusa Resistenza lungo l asse l maggiore a leva aperta

39 Cordini Destinati a resistere e a trasmettere forze NON ad assorbire energia Prove di rottura: applicazione statica di un carico Materiale: : Nylon, kevlar, dynema OCCHIO! Cordini NAUTICI in kevlar hanno tenuta INSUFFICIENTE Tenuta: dipende dalla sezione del cordino e dal materiale per Nylon: F > d 2 (mm) * f con (f=20 dan/mm 2 ) diametro (mm) carico di rottura (kn) 4 3,2 8 12,8 per dynema / kevlar: ca 18 kn (d = mm)

40 Cordini Effetto nodo: fattore di riduzione pari a 0,5 Effetto spigolo: Elevato con spigoli vivi lama coltello Elevato con cordino di diametro maggiore

41 Destinate a resistere ed a trasmettere forze NON ad assorbire energia Tenuta: carico di rottura indicato con fili paralleli colorati (5 kn per ogni filo) Effetto nodo Effetto spigolo Fettucce Fettucce cucite: carico di rottura > 2200 dan

42 Rinvii Costituiti da 2 moschettoni ed una fettuccia precucita Molto sollecitati!!!!! Caratteristiche: Tenuta fettucce > 22 kn Tenuta moschettoni > 20 kn Posizionamento: moschettone non tiene flessione moschettone lontano da spigoli Fettucce: corte in falesia più lunghe in alpinismo 42/49

43 Caratteristiche: Deve avere il marchio CE Deve rimanere nella corretta posizione durante la caduta Deve distribuire le forze -> > le fasce sulle gambe ed in vita devono essere larghe Uso: Imbragatura Gli anelli laterali sono solo per materiale Anello centrale (anello di servizio) sicuro

44 Imbragatura 10 kn 10 kn a testa in giù 44/49

45 Considerazioni alpinistiche La normativa copre esattamente la situazione tipica di una cordata??? NO: si ipotizza la condizione di corda bloccata con fattore di caduta FC=2 In realtà la corda normalmente non è bloccata,, ma ci sono I FRENI Tipologie di freni: - mezzo barcaiolo: nodo - secchiello: oggetto di metallo 45/49

46 Come viene dissipata l'energia cinetica del volo? 1. Dissipazione per deformazione all interno della corda 2. Scorrimento corda nei rinvii attrito 3. Scorrimento corda nel sistema sosta attrito Si PROGETTA la corda per la condizione peggiore: corda bloccata senza rinvii Si USA la corda sfruttando al meglio i meccanismi di dissipazione per ridurre le sollecitazioni sul corpo e sulla catena di sicurezza, utilizzando i FRENI

47 Tipi di freni Bloccanti Il loro scopo è EVITARE lo scorrimento della corda in caso di caduta ES: Gri-Gri Gri, Clickup, Cinch... Sono molto usati in falesia NON si usano in ambito alpinistico IN MONTAGNA SONO PERICOLOSI Frenanti Il loro scopo è dissipare la maggior parte dell'energia di caduta in attrito ES: mezzo barcaiolo, secchiello, reverso Sono gli unici da utilizzare in ambito alpinistico

48 FRENI frenanti più diffusi Mezzo Barcaiolo Secchiello Otto

49 FRENI =Moltiplicatori di forze F m Fm=Forza Forza a monte del freno -> > mano Freno F a Fa=Forza Forza di arresto verso il compagno F s Fs=Forza scaricata sull ancoraggio o sull imbracatura (corpo dell operatore) Fa F a = K F m K = fattore di moltiplicazione Mano, Fm Fs Sosta, imbrago Alpinista che cade 49/65

50 Efficacia del freno RAMI DI CORDA PARALLELI Caduta senza rinvio, 2 cordata RAMI DI CORDA APERTI Caduta con rinvio Fa Fm Fa Fm MEZZO BARCAIOLO SECCHIELLO RAMI PARALLELI RAMI A !!!!!! NO!!!!!!!! K=Fa / Fm

51 Corda FRENATA: quanto valgono le forze in gioco? Fa Le forze che si sviluppano dipendono dall'azione combinata di: Forza dell'assicuratore (e sua capacità di modulare il freno) Mano, Fm Fs Sosta, imbrago Alpinista che cade 51/65 Tipo di freno utilizzato

52 Corda FRENATA: quanto valgono le forze in gioco? dan Fa dan Mano, Fm Fs Sosta, imbrago Max 810 dan Max 510 dan Alpinista che cade 52/65 La forza mediamente esercitata da un alpinista vale Fm=20-30 dan Usando il mezzo barcaiolo Fa = dan Sull'altro ramo della corda (alpinista) : x = dan Sull'ultimo rinvio: MAX 810 dan e NON 2000 della corda BLOCCATA

53 Conclusioni I materiali sono progettati, costruiti e testati per la situazione più gravosa che si possa realizzare Si può agire per migliorare tale situazione (diminuire le forze in gioco) utilizzando i freni ATTENZIONE: non è detto che la massima forza frenente sia l'ottimo, soprattutto in montagna, come vedremo nella prossima puntata!

54 Bibliografia AA.VV. - I Manuali del Club Alpino Italiano: Alpinismo su Roccia, 2008 F. Donaggio, P. Gaetani, M. Meroni Dispensa informativa sulla catena di sicurezza, CdA SEM, 2005 Club Alpino Italiano Centro Studi Materiali e Tecniche, articoli tecnici