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CLUB CLUB ALPINO ITALIANOALPINO ITALIANO
COMMISSIONE CENTRALE COMMISSIONE CENTRALE
MATERIALI E TECNICHEMATERIALI E TECNICHE
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHEArco di Trento 31 ottobre 2004
a cura di Vittorio Bedogni ( CCMT - INA - INSA )
CONTENUTOCONTENUTO :
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
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
da “rivista della montagna”
(3+59) / 4
α
√ [ α + β2 cos
x√( λ+x ).dx (λ ) ]
∫
SCOPO SCOPO DELLA PRESENTAZIONEDELLA PRESENTAZIONE :
Illustrare come l’utilizzo del modello matematicomodello 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
PROBLEMI : 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
CONFRONTO TRA CONFRONTO TRA DIFFERENTI TECNICHE DI ASSICURAZIONEDIFFERENTI TECNICHE DI ASSICURAZIONE
(dati sperimentali)
5350652583V E N T R A L E
9810593657C L A SSICA BILANCIATA
1115580654C L A S S I C A
OPERATORE B( 80 Kg )
OPERATORE A( 60 Kg )
OPERATORE B( 80 Kg )
OPERATORE A( 60 Kg )
TIPO DI ASSICURAZIONE
Corsa corda nel freno (cm)
carico al rinvio (daN)
COSA E’ MEGLIO PER L’OPERATORE “A” ?
Per i carichiPer le corse
E PER L’OPERATORE “B” ?
Per i carichiPer le corse
RISPOSTE :RISPOSTE :
Analisi di prove registrate e filmate
Messa a punto di un Messa a punto di un
modello matematicomodello matematicoIl modello matematico permette un’analisi dei
fenomeni in modo ripetitivo facendo variare un
parametro alla volta
VANTAGGI VANTAGGI DEL MODELLODEL 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
LA BONTALA BONTA’’ DELLO STRUMENTODELLO STRUMENTO
Confronto modello – dati sperimentali
Trattenuta a parete - carichi
0
100
200
300
400
500
600
700
,0 ,2 ,4 ,6 ,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
tempo ( sec. )
caric
hi (
daN
)
Carico rinvio (modello)
Carico sosta (modello)
Carico imbraco (modello)
Carico sosta (sperimentale)
Carico imbraco (sperimentale)
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
LA FORZA GENERATA DALLA MANOLA FORZA GENERATA DALLA MANO
Il punto chiave del processo di trattenuta è :
il comportamento dell’ assicuratoreo, meglio, della sua manomano
(analisi dedotta da una visione al rallentatore delle riprese filmate)
Si possono identificare schematicamente tre fasi :Fase Fase ““inerzialeinerziale””
Fase Fase ““muscolaremuscolare””
Fase Fase ““di scivolamento nella manodi scivolamento nella mano”” (possibile)(possibile)
FASE “INERZIALE”La mano si muove ad alta velocità
IL TRONCO RESTA FERMO
LA MANO SI MUOVE RAPIDAMENTE
Importanza di alcuni parametri :
FASE “INERZIALE”
• ELASTICITA’ lunghezza L del tratto di corda corpo che cade - mano
ELASTICITA’ELASTICITA’
L
ELASTICITA’
MAGGIORE LUNGHEZZA L
MINORE ACCELERAZIONE MANO
FRENATA MENO”SECCA”
FASE “INERZIALE”
Importanza di alcuni parametri :
• ATTRITI LUNGO LA CORDA l’attrito modifica i carichi nella corda
ATTRITI
MAGGIORE FORZA A VALLE - MINORE FORZA A MONTE
MAGGIORE CARICO AL RINVIO
MINORE FORZA ALLA SOSTA E NELLA MANO
FASE “MUSCOLARE”La mano si muove a bassa velocità
IL TRONCO SI MUOVE
LA MANO SI MUOVE LENTAMENTE
ASSICURAZIONE CON PUNTO FISSO E CLASSICA
0
2
4
6
8
10
12
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4tempo ( sec. )
spos
tam
enti
( m )
-vel
ocità
( m
/s )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
caric
o ( d
aN )
Spostamento massa che cade Corsa della corda nel frenoSpostamento mano (fase inerziale) Velocità della massa che cadeVelocità della mano Carico al rinvio
FASE“INERZIALE”
FASE“MUSCOLARE”
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 :
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 èraggiunta la massima forza di “gripping”)
SCIVOLAMENTO DELLA CORDA NELLA MANO :limitazione della forza di afferraggio
0
2
4
6
8
10
12
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4tempo ( sec. )
spos
tam
enti
( m )
-vel
ocità
( m
/s )
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Spostamento massa che cadeCorsa della corda nel frenoSpostamento della mano (fase inerziale)Velocità della massa che cadeVelocità della manoCarico al rinvio
Piatto!
Altezza di caduta = 6 m
Forza di afferraggio = 20 daNca
richi
( da
N )
FORZE GENERATE DALLA MANO
COSA SUCCEDE QUANDO IL CORPO
DELL’ASSICURATORE SI SOLLEVA ?
FORZE GENERATE DALLA MANO
Con sollevamento dell’assicuratore (ASSICURAZIONE VENTRALE)
(sul corpo che cade) 1° effetto
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)
(sulla mano)2° effetto
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 MANOSenza sollevamento dell’assicuratore
LA ACCELERAZIONE DELLA MANO E’ LEGATA ALLA
DECELERAZIONE DEL CORPO CHE
CADE(assicurazione
dinamica)
FORZE GENERATE DALLA MANOCon sollevamento dell’assicuratore (ASSICURAZIONE VENTRALE)
LA ACCELERAZIONE DELLA MANO
E’ LEGATA ALLA DECELERAZIONE DEL CORPO
CHE CADE(assicurazione
dinamica)
IL SOLLEVAMENTO
DECELERA IL CORPO CHE
CADE MA NON ACCELERA LA
MANO
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE 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
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE1 Assicurazione con freno collegato al chiodo
ASPETTI ENERGETICIenergy distribution in fixed point belaying
010
2030
405060
7080
90100
0,0 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0
tempo (sec.)
ener
gia
( % )
E attrito freno % E attrito rinvioE cinetica mano % E elasto-plastica corda %E cinetica massa che cade %
L’energia dissipata sul rinvio è una quota rilevante !!!
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE1 Assicurazione con freno collegato al chiodo
Effetto della elasticità della corda
INFLUENZA ELASTICITA' CORDA
0
100
200
300
400
500
600
700
700 800 900 1000
forza massimale ( daN )
forz
e ( d
aN )
- c
orsa
( cm
)
rinviososta corsa nel freno
Altezza caduta 6m
Massa di chi cade 80 kg
Gripping max. 30 daN
Freno : MB fmf=9
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE1 Assicurazione con freno collegato al chiodo
Grandi voli annullano l’influenza dell’elasticità della corda
Altezza di caduta variabileMassa di chi cade 80 kg
Gripping max. 30 daN
Freno : MB fmf=9
Tenuta “robusta”
INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA
400
500
600
700
800
0 10 20 30altezza di caduta ( m )
caric
o al
rinv
io (
daN
)
Fmax. 700 Fmax. 800Fmax. 900 Fmax.1000
SCORRIMENTO
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE1 Assicurazione con freno collegato al chiodoGrandi voli amplificano l’influenza del tipo di freno
Ipotesi :Altezza di caduta variabileMassa che cade 80 kgForza massimale corda 900 daNForza massima di afferraggio 30 daNNumero di rinvii 1Tratto corda tra freno e rinvio 7 mFreno : fmf variabile
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE1 Assicurazione con freno collegato al chiodoGrandi voli amplificano l’influenza del tipo di freno
INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30altezza di caduta ( m )
caric
o rin
vio
( daN
)
fmf 4fmf 6fmf 8fmf 10
SCORRIMENTO
INFLUENZA ALTEZZA DI CADUTA
0
5
10
15
20
0 10 20 30
altezza di caduta ( m )
cors
a (m
)
fmf 4fmf 6fmf 8fmf 10
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE2 Assicurazione ventrale
Nell’ istante del picco di tensione il sollevamento dell’ assicuratore è piuttosto piccolo
0
100
200
300
400
500
600
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4tempo (sec )
caric
hi (
daN
)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
spos
tam
ento
( m )
Carico al rinvio (daN)Carico alla sosta (daN)Sollevamento assicuratore ( m)
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONE2 Assicurazione ventrale
L’entità del sollevamento NON è il motivo principale dei minori carichi !
altezza di caduta : 4 m
400
420
440
460
480
500
520
0 50 100 150 200sollevamento assicuratore ( cm )
caric
o al
din
vio
( daN
)
auto assicurazione
triangolo di sosta
corda limitatricedel sollevamento
TECNICHE DI ASSICURAZIONETECNICHE DI ASSICURAZIONEUn confronto
Ipotesi
altezza caduta 6 m
peso assic/caduto 65 / 80 kg
mezzo barcaiolo fmf 10
trattenuta “robusta”
Numero rinvii 1
lunghezza triangolo di sosta 45 cm
lunghezza auto assicurazione 45 cm
distanza freno – rinvio 7,8 m
carico al rinvio (daN) - sperimentale
400
500
600
700
800
punto fisso classica ventrale bilanciata
altezza caduta 6 m
assic / caduto 65/80 kg
M.B. fmf 10
trattenuta “robusta”
Numero rinvii 1
triangolo sosta 45 cm
auto assicuraz. 45 cm
dist. freno-rinvio 7,8 m
riferimento~ - 10 %
~ - 25 % ~ - 23 %
carico al rinvio (daN) - numerico
400
500
600
700
800
puntofisso
classica ventrale bilanciata
riferimento- 6 %
- 20 %- 9 %
0
50
100
150
200
250
300
350
punto fisso classica ventrale bilanciata
SOSTA CORSA INNALZAMENTO ABBASSAMENTO
COMMISSIONE CENTRALE MATERIALI E TECNICHE
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
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
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 .
