CLUB ALPINO ITALIANO COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE

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1 CLUB ALPINO ITALIANO COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE

2 COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE Arco di Trento 31 ottobre 2004 a cura di Vittorio Bedogni ( CCMT - INA - INSA )

3 CONTENUTO : Introduzione : perché il modello matematico? La forza generata dalla mano / freno senza sollevamento dell operatore con sollevamento dell operatore Alcune analisi delle tecniche di assicurazione Conclusioni

4 COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE

5 (λ ) ] (3+59) / 4 [ α + β 2 cos x ( λ+x ).dx α da rivista della montagna

6 SCOPO DELLA PRESENTAZIONE : Illustrare come l utilizzo del modello matematico possa: chiarire gli aspetti chiave dell assicurazione fornire elementi di confronto tra le differenti tecniche di assicurazione dare suggerimenti derivati da una analisi fatta

7 PROBLEMI : Il differente comportamento dell operatore da prova a prova maschera gli aspetti chiave Difficoltà nella comprensione dei risultati dalle prove sperimentali non sempre ripetibili Il frequente ricorso a sensazioni piuttosto che a una reale analisi degli aspetti fisici porta a cattive interpretazioni

8 CONFRONTO TRA DIFFERENTI TECNICHE DI ASSICURAZIONE (dati sperimentali) TIPO DI ASSICURAZIONE C L A S S I C A C L A SSICA BILANCIATA V E N T R A L E OPERATORE A ( 60 Kg ) carico al rinvio (dan) OPERATORE B ( 80 Kg ) Corsa corda nel freno OPERATORE A ( 60 Kg ) (cm) OPERATORE B ( 80 Kg ) COSA E PER E L OPERATORE MEGLIO PER L OPERATORE B? A? Per Per i i carichi carichi Per Per le le corse corse

9 RISPOSTE : Analisi di prove registrate e filmate Messa a punto di un modello matematico Il modello matematico permette un analisi dei fenomeni in modo ripetitivo facendo variare un parametro alla volta

10 VANTAGGI DEL MODELLO : l analisi tramite il modello permette una migliore interpretazione degli aspetti fisici delle prove con esso non vi sono più effetti spuri che mettono in ombra gli aspetti base dei fenomeni

11 LA BONTA DELLO STRUMENTO Confronto modello dati sperimentali Trattenuta a parete - carichi 700 carichi ( dan ) Carico rinvio (modello) Carico sosta (modello) Carico imbraco (modello) Carico sosta (sperimentale) Carico imbraco (sperimentale) 0,0,2,4,6,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 tempo ( sec. )

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13 LA FORZA GENERATA DALLA MANO Il punto chiave del processo di trattenuta è : il comportamento dell assicuratore o, meglio, della sua mano (analisi dedotta da una visione al rallentatore delle riprese filmate) Si possono identificare schematicamente tre fasi : Fase inerziale Fase muscolare Fase di scivolamento nella mano (possibile)

14 FASE INERZIALE La mano si muove ad alta velocità LA MANO SI MUOVE RAPIDAMENTE IL TRONCO RESTA FERMO

15 L FASE INERZIALE Importanza di alcuni parametri : ELASTICITA lunghezza L del tratto di corda corpo che cade - mano MAGGIORE LUNGHEZZA L MINORE ACCELERAZIONE MANO ELASTICITA FRENATA MENO SECCA

16 FASE INERZIALE Importanza di alcuni parametri : ATTRITI LUNGO LA CORDA l attrito modifica i carichi nella corda MAGGIORE FORZA A VALLE - MINORE FORZA A MONTE MAGGIORE CARICO AL RINVIO ATTRITI MINORE FORZA ALLA SOSTA E NELLA MANO

17 FASE MUSCOLARE La mano si muove a bassa velocità LA MANO SI MUOVE LENTAMENTE IL TRONCO SI MUOVE

18 ASSICURAZIONE CON PUNTO FISSO E CLASSICA Spostamento massa che cade Spostamento mano (fase inerziale) Velocità della mano Corsa della corda nel freno Velocità della massa che cade Carico al rinvio spostamenti ( m ) - velocità ( m/s ) NESSUNA CORSA NEL FRENO FASE MUSCOLARE FASE INERZIALE carico ( dan ) 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 tempo ( sec. ) 0

19 FASE DI SCIVOLAMENTO NELLA MANO Possibile scivolamento della corda nella mano dell operatore SI NOTA LO SCORRIMENTO NELLA MANO

20 FASE DI SCIVOLAMENTO NELLA MANO Può accadere quando : Non vi è più movimento della mano dell operatore (per esempio : la mano è contro il freno) Non vi è più capacità di afferraggio della corda da parte della mano dell operatore (per esempio : si è raggiunta la massima forza di gripping )

21 SCIVOLAMENTO DELLA CORDA NELLA MANO : limitazione della forza di afferraggio Spostamento massa che cade Corsa della corda nel freno Spostamento della mano (fase inerziale) Velocità della massa che cade Velocità della mano Carico al rinvio spostamenti ( m ) - velocità ( m/s ) Piatto! carichi ( dan ) Altezza di caduta = 6 m Forza di afferraggio = 20 dan ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 tempo ( sec. )

22 FORZE GENERATE DALLA MANO COSA SUCCEDE QUANDO IL CORPO DELL ASSICURATORE SI SOLLEVA?

23 FORZE GENERATE DALLA MANO Con sollevamento dell assicuratore (ASSICURAZIONE VENTRALE) 1 effetto (sul corpo che cade) IL SOLLEVAMENTO DELL ASSICURATORE ATTENUA LA DECELERAZIONE DEL CORPO CHE CADE CHE RICEVE CORDA : DAL MOTO DELLA MANO (assicurazione dinamica) DAL SOLLEVAMENTO

24 FORZE GENERATE DALLA MANO Con sollevamento dell assicuratore (ASSICURAZIONE VENTRALE) 2 effetto (sulla mano) IL SOLLEVAMENTO DELL ASSICURATORE, PREVALENTEMENTE VERTICALE, NON AUMENTA LA FORZA D INERZIA DELLA MANO PERCHE IL MOTO DI QUEST ULTIMA E PREVALENTEMENTE ORIZZONTALE

25 FORZE GENERATE DALLA MANO Senza sollevamento dell assicuratore LA ACCELERAZIONE DELLA MANO E LEGATA ALLA DECELERAZIONE DEL CORPO CHE CADE (assicurazione dinamica)

26 FORZE GENERATE DALLA MANO Con sollevamento dell assicuratore (ASSICURAZIONE VENTRALE) IL SOLLEVAMENTO DECELERA IL CORPO CHE CADE MA NON ACCELERA LA MANO LA ACCELERAZION E DELLA MANO E LEGATA ALLA DECELERAZION E DEL CORPO CHE CADE (assicurazione dinamica)

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28 TECNICHE DI ASSICURAZIONE Il modello matematico può essere usato per : confrontare differenti tecniche di assicurazione analizzare diversi parametri quali: massa di chi cade e di chi assicura differenti caratteristiche elastiche della corda altezza di caduta efficacia del freno posizione dell assicuratore organizzazione della sosta influenza dei rinvii intermedi

29 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 1 Assicurazione con freno collegato al chiodo ASPETTI ENERGETICI energia ( % ) E attrito freno energy % distribution in fixed E attrito point belaying rinvio E cinetica mano % E elasto-plastica corda % E cinetica massa che cade % L energia dissipata sul rinvio è una quota rilevante!!! 0,0 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 tempo (sec.)

30 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 1 Assicurazione con freno collegato al chiodo Effetto della elasticità della corda INFLUENZA ELASTICITA' CORDA forze ( dan ) - corsa ( cm ) rinvio sosta corsa nel freno Altezza caduta Massa di chi cade Gripping max. Freno : MB 6m 80 kg 30 dan fmf= forza massimale ( dan )

31 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 1 Assicurazione con freno collegato al chiodo Grandi voli annullano l influenza dell elasticità della corda carico al rinvio ( dan ) INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA Fmax. 700 Fmax. 800 Fmax. 900 Fmax.1000 SCORRIMENTO altezza di caduta ( m ) Altezza di caduta variabile Massa di chi cade 80 kg Gripping max. 30 dan Freno : MB fmf=9 Tenuta robusta

32 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 1 Assicurazione con freno collegato al chiodo Grandi voli amplificano l influenza del tipo di freno Ipotesi : Altezza di caduta variabile Massa che cade 80 kg Forza massimale corda 900 dan Forza massima di afferraggio 30 dan Numero di rinvii 1 Tratto corda tra freno e rinvio 7 m Freno : fmf variabile

33 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 1 Assicurazione con freno collegato al chiodo Grandi voli amplificano l influenza del tipo di freno 800 INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA fmf 4 INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA carico rinvio ( dan ) fmf 6 fmf 8 fmf 10 SCORRIMENTO corsa (m ) fmf 4 fmf 6 fmf 8 fmf altezza di caduta ( m ) altezza di caduta ( m )

34 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 2 Assicurazione ventrale Nell istante del picco di tensione il sollevamento dell assicuratore è piuttosto piccolo Carico al rinvio (dan) Carico alla sosta (dan) Sollevamento assicuratore ( m) carichi ( dan ) ,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 spostamento( m ) 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 tempo (sec ) 0,0

35 TECNICHE DI ASSICURAZIONE 2 Assicurazione ventrale L entità del sollevamento NON è il motivo principale dei minori carichi! triangolo di sosta altezza di caduta : 4 m auto assicurazione carico al dinvio ( dan ) corda limitatrice del sollevamento sollevamento assicuratore ( cm )

36 TECNICHE DI ASSICURAZIONE Un confronto Ipotesi ~ - 10 % carico al rinvio (dan) - sperimentale riferimento altezza caduta peso assic/caduto 6 m mezzo barcaiolo fmf 10 punto fisso classica ventrale bilanciata trattenuta robusta carico al rinvio (dan) - numerico -6 % punto fisso riferimento Numero rinvii lunghezza triangolo di sosta - 20 % -9 % lunghezza auto assicurazione 50 distanza freno rinvio classica ventrale bilanciata ~ - 25 % ~ - 23 % / 80 kg 45 cm 45 cm 7,8 m altezza caduta assic / caduto 6 m M.B. fmf 10 trattenuta robusta Numero rinvii 1 triangolo sosta auto assicuraz. 65/80 kg 45 cm 45 cm dist. freno-rinvio 7,8 m SOSTA CORSA INNALZAMENTO ABBASSAMENTO 350 punto fisso classica ventrale bilanciata

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38 conclusioni : E stato messo a punto un modello matematico della trattenuta ed è stato utilizzato con successo nelle attività svolte dalla COMMISSIONE MATERIALI E TECNICHE

39 conclusioni (cont. ) il modello suggerisce soluzioni di problemi specifici un test perfettamente finalizzato può confermare la bontà dei suggerimenti derivati dal modello col modello si possono ridurre prove molto costose, complesse e lunghe da eseguirsi

40 conclusioni (cont. ) La Commissione Materiali e Tecniche ha analizzato, anche con il modello matematico, le differenti tecniche di assicurazione. Compito della Commissione Scuole di Alpinismo e Sci-alpinismo sistematizzare i risultati e proporli alle Scuole del C. A. I.