Человек склонен искать простые ответы на сложные вопросы. Даже вопрос собственной безопасности эта склонность не обходит стороной. И к сожалению, это нормально. Потому и повелось, что надёжность альпинистского снаряжения у нас зачастую определяется впечатляющей ценой, внушающим доверие внешним видом, рекомендациями друзей, личным опытом и в лучшем случае цифрами, указанными на устройстве. А вот читать инструкции, учитывать сферу применения снаряжения и изучать стандарты безопасности, по которым это снаряжение сертифицируется, не принято. Зная это, производители закладывают приличный запас прочности для своих изделий. Но и он не гарантирует абсолютную безопасность безответственным пользователям.
В данном материале мы чуть глубже покопаемся в допустимых нагрузках, запасах прочности и в том, что же на самом деле означают те самые цифры, что указывают производители.
Для простоты погружения в эту непростую тему возьмём в качестве примера альпинистского снаряжения страховочные карабины. Большинство альпинистов знают, что на каждом сертифицированном карабине указываются его прочностные характеристики, проще говоря, сколько карабин «держит». Так, большинство типов карабинов, согласно двум основным стандартам EN 12275, выдерживают по основной оси с закрытой защёлкой не менее 20 кН, или 2 тонн нагрузки. Казалось бы, всё понятно, не забывай муфтовать карабин — и можешь смело грузить его до 2 тонн. Но так ли всё просто?
Конструкция стандартного страховочного карабина и три показателя прилагаемой нагрузки. Источник фото: sciencebehindthesport.wvu.edu
В рамках данного материала вам встретится много аббревиатур и терминов на английском языке. Их важно понять и запомнить не только потому, что от этого зависит ваша безопасность, но и просто потому, что именно в таком виде характеристики снаряжения чаще всего фигурируют на маркировках снаряжения и в инструкциях к нему.
Minimum Breaking Strength. Минимальная разрывная нагрузка
Параметр «минимальная разрывная нагрузка», она же «разрушающая нагрузка», она же «нагрузка на разрыв», в международной практике именуется MBS — Minimum Breaking Strength или, заметно реже, MBL — Minimum Breaking Load. Собственно, это те цифры, что мы привыкли видеть, например, на карабинах. То есть та нагрузка, при которой карабин или какое-либо другое снаряжение буквально разорвёт. Проблема в том, что MBS/MBL совсем не означает, что в пределах этой нагрузки снаряжение можно эксплуатировать и в хвост и в гриву, пока не надоест. И вот почему.
Вспомогательный карабин CAMP Kilo для развески снаряжения и инструментов. Минимальная разрывная нагрузка, в данном случае указанная как MBL, равна 150 кг. Источник фото: camp.it
Усталость материала
При регулярных нагрузках происходит накопление так называемой
усталости материала
, что впоследствии может привести к разрушению снаряжения при значениях ниже заявленного показателя MBS.
А теперь обратимся к исследованию 2005 года Analysis of fatigue failure in D-shaped karabiners, в рамках которого алюминиевые D-образные карабины с MBS в 24 кН подвергались различным циклическим нагрузкам. В частности, исследователям удалось подсчитать количество циклов нагрузки, которую смог выдержать каждый карабин до момента своего разрушения. Сами циклы варьировались по степени нагрузки от 0,5 до 8/10/12/14/16/18/20 кН. Для тестирования каждого уровня нагрузки, например 0,5 — 12 кН, разрывалось по 3–4 одинаковых карабина.
Таблица результатов тестов
Что же из этого следует?
А то, что карабины, рассчитанные на 24 кН, могут разрушаться и при относительно небольших нагрузках, как 8 кН. Вопрос в том, насколько интенсивно их использовали до того. Исследователям потребовалось в среднем 10 939 раз нагрузить карабин по 800 кг, чтобы на 10 940-й раз его разорвало. А если прилагали уже 20 кН нагрузки, для разрыва карабина потребовалось значительно меньше времени — в среднем 263 цикла.
Стоит сделать оговорку, что результаты данного исследования далеко не универсальны. Ведь карабинов существует великое множество, и все они различаются по множеству параметров, каждый из которых может влиять на срок их службы.
С одной стороны, результаты весьма воодушевляющие. Особенно для тех, кто пользуется снаряжением правильно и по назначению. В том же спорте, альпинизме и скалолазании, превысить 12 кН благодаря свойствам современных динамических верёвок затруднительно. Но если вам это всё-таки удастся и ваш позвоночник останется цел, то, скорее всего, вы сами захотите отбраковать всё участвовавшее в таком рывке снаряжение. Для тех же, кто покупает алюминиевые спортивные карабины для того, чтобы тащить автомобиль, натягивать в струну слэклайны и поднимать серьёзные грузы на стройке, это исследование — повод крепко задуматься.
С другой стороны, пользователи, даже будучи уверенными в том, что их снаряжение не подвергалось сверхнагрузкам, должны понимать, что оно имеет свойство устаревать, уставать и терять в прочности. Вспомним относительно недавний случай: «В феврале 2018 года на чемпионате Москвы по спортивному туризму на спелеодистанциях «Кубок Москвы им. А. Савельева» участник весом около 80 кг совершил примерно 10–15 шагов при подъёме по верёвке (циклических нагружений), после чего при очередном вставании на педаль карабин сломался с громким щелчком, и большая часть карабина с защёлкой, отогнутой от длинной стороны карабина, осталась висеть на жумаре. Клюв упал на пол».
Разбор произошедшего показал, что: «Механизм разрушения образца № 1 (сломанного карабина) носит коррозионно-усталостный характер, основополагающими факторами которого являются образующиеся разнонаправленные трещины меж- и транскристаллитного характера под одновременным воздействием коррозионной среды и переменных (циклических) напряжений».
Тот самый сертифицированный карабин с разрывной нагрузкой 26 кН © Владислав Еремеев, испытательная лаборатория RopeLAB
Чтобы сертифицированные итальянские муфтованные карабины не лопались у вас под ногами, пользуйтесь только снаряжением, история которого вам достоверно известна, а также своевременно его утилизируйте. Карабинов много, а вы одни.
Деформация
Когда на твёрдое тело, в нашем случае металлический карабин, воздействует сила, оно подвергается деформации, то есть изменению. Его начинает как бы «растягивать». И если после прекращения нагрузки карабин возвращается в своё «нормальное» состояние и не меняет форму, тогда речь идёт об «упругой деформации», то есть обратимой. Когда же усилие превышает определённое значение, растяжение карабина вступает в необратимую фазу, известную как «пластическая деформация».
Карабин после теста на разрыв. Отказ произошёл выше показателя MBS.
Помимо вырванного замкового шарнира, видно, что тело карабина подверглось пластической
деформации — немного вытянулось. Источник фото: ropelab.com.au
Помимо вырванного замкового шарнира, видно, что тело карабина подверглось пластической
деформации — немного вытянулось. Источник фото: ropelab.com.au
Переход на стадию пластической деформации, как правило, свидетельствует о том, что нагрузки превышают норму. Проблема в том, что деформация даже на близких к разрушающим значениях может быть практически незаметна для человеческого глаза. Так, из того же исследования 2005 года следует, что пластическая деформация алюминиевых D-образных карабинов с MBS в 24 кН наступала после превышения порога в половину заявленной прочности карабина, то есть в районе 12 кН. По факту же видимая деформация даже при нагрузках в 20 кН составляла всего лишь около 2 мм. Таким образом, исследователи пришли к выводу, что столь «существенная» деформация не может служить наглядным показателем вероятности скорого разрушения карабинов.
Видео по теме
Разрывные тесты 5 аллюминиевых карабинов. По ним заметно, сколь мала деформация непосредственно перед разрывом. Порой она едва ли видна
Напрашивается очевидный вывод: если ваше металлическое снаряжение после нагрузки, например срыва, изменило форму, даже думать не надо — выбраковывайте.
Похоже, у нас наконец-то сформировался главный вопрос: насколько можно нагружать карабины или любое другое снаряжение, не доводя при этом до пластической деформации или существенной усталости материала?
Working Load Limit. Максимальная рабочая нагрузка
Максимальная рабочая нагрузка — это термин, который используют производители для определения максимально допустимой нагрузки на снаряжение, независимо от сферы применения. То есть WLL подтверждает то, что в пределах этой нагрузки снаряжение не будет подвержено значительной усталости материала, а также будет работать в пределах упругой деформации. К сожалению, показатель WLL не является обязательным требованием для многих сфер применения и типов снаряжения. В частности, для
большинства
карабинов максимальная рабочая нагрузка не указывается.
Показатели MBS и WLL на коннекторной площадке и блок-ролике DMM. Источник фото: freeworker.de
Как аналог WLL можно встретить аббревиатуру SWL — Safety Working Load, что переводится как «безопасная рабочая нагрузка». В каком случае используется то или иное понятие, как правило, зависит от сферы применения, для которой сертифицировано данное снаряжение. В целом SWL встречается значительно реже, чем WLL.
А вот яркий, но безобидный пример, как незнание данных понятий влияет на выбор и применение снаряжения.
В альпинизме большой популярностью пользуются рапиды диаметром 5 мм для закрепления оттяжек на якорных крючьях. Точнее, популярностью пользуются конкретные рапиды итальянской фирмы CAMP с MBS в 25 кН. Проблема возникает, когда эти рапиды заканчиваются в магазинах, вынуждая альпинистов грустно ждать новых поставок. При этом в этих же магазинах есть 5-миллиметровые рапиды KONG, на которых указаны какие-то смешные «SWL 450 kgf». Но стоит залезть в инструкцию или на сайт производителя, как мы увидим, что MBS у «Конга» — 2250 kgf, что в контексте якорных крючьев лишь незначительно уступает конкуренту CAMP. Таким образом, на идентичных товарах один производитель пишет разрывную нагрузку, а другой — рабочую, закладывая 5-кратный запас прочности.
По мнению автора, показатели WLL и SWL значительно более безопасные и отрезвляющие, нежели привычная многим разрывная нагрузка.
Маркировки на рапидах CAMP и KONG разные: привычные 25 кН у CAMP и смешные «SWL 450 kgf» у KONG. Но в инструкции к рапиду KONG заявленный MBS - т.е. предельная допустимая нагрузка - 2250 kgf
Safety Factor. Запас прочности
Запас прочности — Factor of Safety (FoS), он же коэффициент запаса — Safety Factor (SF) — это величина, показывающая отношение MBS к WLL, то есть разрывной нагрузки к рабочей.
SF = MBS/WLL
WLL = MBS/SF
Чтобы не запутаться, давайте разберёмся на примере. На фото ниже — петля с рабочей нагрузкой WLL равной 2000 кг. Это та нагрузка, которую производитель не рекомендует превышать. Тем не менее производитель же закладывает запас прочности SF равный 7. То есть минимальная разрывная нагрузка MBS новой петли равняется 2000 х 7 = 14 000 кг.
Источник фото: cranemec.co.za
Важно понимать, что разрывные нагрузки указываются именно для нового снаряжения. А снаряжение, как мы выяснили, имеет свойство изнашиваться и деградировать от различных воздействий, порой незаметных. Помимо вышеупомянутых деформации и усталости материалов, можем вспомнить ещё губительное и столь же незаметное воздействие ультрафиолета на текстильные материалы и коррозии — на металлы. К тому же не секрет, что карабины могут грузиться неправильно, а верёвки ослабляться на 50% с помощью узлов. Всё это к тому, что запас прочности закладывается как мера безопасности на экстренный случай. Так что не стоит ежедневно поднимать 3 тонны петлёй, рассчитанной на 2 тонны, какой бы запас прочности у неё ни был.
Что важно усвоить о допустимых нагрузках на альпинистское снаряжение
- MBS или MBL — минимальная разрывная нагрузка.
- WLL или SWL — максимальная рабочая нагрузка (допустимая).
- SF или FoS — запас прочности.
- Снаряжение должно использоваться правильно и по назначению.
- Снаряжение ни в коем случае не должно нагружаться до показателей, близких к разрывным.
- Пределом нагрузки при штатном использовании служат показатели WLL или SWL, указанные производителем. Чем более значительно и регулярно превышение рабочих нагрузок, тем быстрее снижается прочность снаряжения.
- Последствия даже очень высоких нагрузок могут быть не видны глазу.
- Если производитель не указывает показатели WLL и SWL, а сфера применения снаряжения не имеет общепринятого запаса прочности, значит, вам следует придерживаться рекомендаций производителя по своевременной выбраковке и утилизации снаряжения.
- Нельзя пользоваться снаряжением, история применения которого вам доподлинно неизвестна или длительность использования которого превышает все разумные пределы.
- Любые сомнения в безопасности снаряжения означают утилизацию этого снаряжения.
Мне нравится
