CLUB ALPINO ITALIANO
COMMISSIONE CENTRALE
MATERIALI E TECNICHE
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
Arco di Trento 31 ottobre 2004
a cura di Vittorio Bedogni ( CCMT - INA - INSA )
CONTENUTO :
¾
Introduzione : perché il modello matematico ?
¾
La forza generata dalla mano / freno
•
senza sollevamento dell’operatore
•
con sollevamento dell’operatore
¾
Alcune analisi delle tecniche di assicurazione
¾
Conclusioni
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
∫ x√(
(3+
λ+x
).dx
√ [
α
da “rivista della montagna”
4
/
)
59
λ)
2 cos (
α+β
]
SCOPO DELLA PRESENTAZIONE :
Illustrare come l’utilizzo del modello matematico possa:
¾ chiarire gli aspetti chiave dell’ assicurazione
¾ fornire elementi di confronto tra le differenti
tecniche di assicurazione
¾ dare suggerimenti derivati da una analisi fatta
PROBLEMI :
¾ Il differente comportamento dell’ operatore da
prova a prova maschera gli aspetti chiave
¾ Difficoltà nella comprensione dei risultati dalle
prove sperimentali non sempre ripetibili
¾ Il frequente ricorso a “sensazioni” piuttosto che a
una reale analisi degli aspetti fisici porta a cattive
interpretazioni
CONFRONTO TRA
DIFFERENTI TECNICHE DI ASSICURAZIONE
(dati sperimentali)
carico al rinvio
(daN)
TIPO DI
ASSICURAZIONE
Corsa corda nel freno
(cm)
OPERATORE A
( 60 Kg )
OPERATORE B
( 80 Kg )
OPERATORE A
( 60 Kg )
OPERATORE B
( 80 Kg )
CLASSICA
654
580
5
111
C L A SSICA
BILANCIATA
657
593
10
98
VENTRALE
583
652
50
53
COSA
E’L’OPERATORE
MEGLIO PER L’OPERATORE
“A” ?
E PER
“B” ?
Per
Peri icarichi
carichi
Per
Perlelecorse
corse
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
VANTAGGI DEL MODELLO :
¾
l’analisi tramite il modello permette una migliore
interpretazione degli aspetti fisici delle prove
¾
con esso non vi sono più effetti spuri che
mettono in ombra gli aspetti base dei fenomeni
LA BONTA’ DELLO STRUMENTO
Confronto modello – dati sperimentali
Trattenuta a parete - carichi
carichi ( daN )
700
600
Carico rinvio (modello)
500
Carico sosta (modello)
400
Carico imbraco (modello)
300
Carico sosta (sperimentale)
200
Carico imbraco (sperimentale)
100
0
,0
,2
,4
,6
,8
1,0
1,2
tempo ( sec. )
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
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 :
¾
Fase “inerziale”
¾
Fase “muscolare”
¾
Fase “di scivolamento nella mano” (possibile)
FASE “INERZIALE”
La mano si muove ad alta velocità
LA MANO SI MUOVE
RAPIDAMENTE
IL TRONCO RESTA FERMO
L
FASE “INERZIALE”
Importanza di alcuni parametri :
• ELASTICITA’Æ lunghezza L del tratto di corda
corpo che cade - mano
MAGGIORE LUNGHEZZA L
MINORE ACCELERAZIONE MANO
ELASTICITA’
FRENATA MENO”SECCA”
FASE “INERZIALE”
Importanza di alcuni parametri :
• ATTRITI LUNGO LA CORDA Æ 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
FASE “MUSCOLARE”
La mano si muove a bassa velocità
LA MANO SI MUOVE
LENTAMENTE
IL TRONCO SI MUOVE
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
800
12
10
700
FASE“MUSCOLARE”
600
8
500
FASE“INERZIALE”
6
400
300
4
200
2
100
0
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
tempo ( sec. )
1,0
1,2
1,4
carico ( daN )
spostamenti ( m ) - velocità ( m/s )
NESSUNA CORSA NEL FRENO
FASE DI “SCIVOLAMENTO NELLA MANO ”
Possibile scivolamento della corda nella mano dell’ operatore
SI NOTA LO
SCORRIMENTO
NELLA MANO
FASE DI “SCIVOLAMENTO NELLA MANO”
Può accadere quando :
¾
¾
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”)
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
12
500
450
10
400
Piatto!
300
250
6
200
4
150
100
2
50
0
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
tempo ( sec. )
1,0
1,2
1,4
carichi ( daN )
8
spostamenti ( m ) - velocità ( m/s )
Altezza di caduta = 6 m
350
Forza di afferraggio = 20 daN
FORZE GENERATE DALLA MANO
COSA SUCCEDE QUANDO IL CORPO
DELL’ASSICURATORE SI SOLLEVA ?
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
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
FORZE GENERATE DALLA MANO
Senza sollevamento dell’assicuratore
LA
ACCELERAZIONE
DELLA MANO E’
LEGATA ALLA
DECELERAZIONE
DEL CORPO CHE
CADE
(assicurazione
dinamica)
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)
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
TECNICHE DI ASSICURAZIONE
Il modello matematico può essere usato per :
• confrontare differenti tecniche di assicurazione
• analizzare diversi parametri quali:
¾ massa di chi cade e di chi assicura
¾ differenti caratteristiche elastiche della corda
¾ altezza di caduta
¾ efficacia del freno
¾ posizione dell’assicuratore
¾ organizzazione della sosta
¾ influenza dei rinvii intermedi
TECNICHE DI ASSICURAZIONE
Assicurazione con freno collegato al chiodo
ASPETTI ENERGETICI
E attrito freno
%
E attrito
rinvio
energy
distribution in fixed
point belaying
E cinetica mano %
E elasto-plastica corda %
E cinetica massa che cade %
100
90
80
70
energia ( % )
1
60
L’energia dissipata sul rinvio
è una quota rilevante !!!
50
40
30
20
10
0
0,0
0,1
0,2
0,4
0,5
tempo (sec.)
0,6
0,7
0,8
1,0
TECNICHE DI ASSICURAZIONE
1
Assicurazione con freno collegato al chiodo
Effetto della elasticità della corda
INFLUENZA ELASTICITA' CORDA
700
forze ( daN ) - corsa ( cm )
600
500
rinvio
sosta
corsa nel freno
400
300
200
100
0
700
800
900
forza m assim ale ( daN )
1000
Altezza caduta
6m
Massa di chi cade
80 kg
Gripping max.
30 daN
Freno : MB
fmf=9
TECNICHE DI ASSICURAZIONE
1
Assicurazione con freno collegato al chiodo
Grandi voli annullano l’influenza dell’elasticità della corda
INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA
Fmax. 700
Fmax. 800
Fmax. 900
Fmax.1000
800
carico al rinvio ( daN )
SCORRIMENTO
700
600
500
Altezza di caduta
variabile
Massa di chi cade
80 kg
Gripping max.
30 daN
Freno : MB
fmf=9
Tenuta “robusta”
400
0
10
20
altezza di caduta ( m )
30
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
Freno : fmf
variabile
m
TECNICHE DI ASSICURAZIONE
1
Assicurazione con freno collegato al chiodo
Grandi voli amplificano l’influenza del tipo di freno
INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA
INFLUENZA ALTEZZA DI
CADUTA
800
fmf 4
fmf 6
20
fmf 8
fmf 4
fmf 10
600
500
15
IM
R
R
O
SC
400
corsa (m )
carico rinvio ( daN )
700
O
T
EN
fmf 6
fmf 8
10
fmf 10
5
0
0
300
0
10
20
altezza di caduta ( m )
30
10
20
30
altezza di caduta ( m )
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)
600
1,6
carichi ( daN )
1,2
400
1,0
300
0,8
0,6
200
0,4
100
0,2
0
0,0
0,0
0,1
0,2
tempo (sec )
0,3
0,4
spostamento( m )
1,4
500
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
520
auto assicurazione
carico al dinvio ( daN )
500
480
460
440
420
corda limitatrice
del sollevamento
400
0
50
100
150
sollevamento assicuratore ( cm )
200
TECNICHE DI ASSICURAZIONE
Un confronto
carico al rinvio (daN) - sperimentale
800
700
riferimento
Ipotesi
~ - 10
%
altezza caduta
~ - 25 %
600
~ - 23 %
altezza caduta
6m
assic / caduto
65/80 kg
M.B. fmf
10
6 mtrattenuta “robusta”
Numero rinvii
1
500
peso assic/caduto
65 triangolo
/ 80 kgsosta
45 cm
400
mezzo barcaiolo fmf
10 auto assicuraz.
45 cm
punto fisso
classica
ventrale
bilanciata
trattenuta “robusta”SOSTA
carico al rinvio (daN) - numerico
800
700
riferimento
Numero
-6%
600
rinvii
-9%
350
CORSA
400
punto
fisso
250
lunghezza
- 20 % triangolo
200 di sosta
ventrale
bilanciata
ABBASSAMENTO
45 cm
150
45 cm
50
7,8 m
distanza freno – rinvio
0
classica
INNALZAMENTO
1
300
lunghezza auto assicurazione
100
500
dist. freno-rinvio 7,8 m
punto fisso
classica
ventrale
bilanciata
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
conclusioni :
¾
E’ stato messo a punto un modello
matematico della trattenuta ed è stato
utilizzato con successo nelle attività
svolte dalla COMMISSIONE MATERIALI
E TECNICHE
conclusioni (cont. )
¾ il modello suggerisce soluzioni di
problemi specifici
¾ un test perfettamente finalizzato può
confermare la bontà dei suggerimenti
derivati dal modello
¾ col modello si possono ridurre prove
molto costose, complesse e lunghe da
eseguirsi
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 .
