Por Carlos Pissaco, Guia de Trekking en Cordillera
Agosto de 2020
En este artículo nos proponemos brindar una mirada con cierto nivel de detalle de las relaciones entre los conceptos mencionados en el título: fuerza de choque, factor de caída y homologación.
Un rápido repaso para comenzar:
La “fuerza de choque” o “fuerza de impacto” es la fuerza que recibe el escalador al sufrir una caída. Si bien en general se conoce más el concepto para los accidentes de tránsito, esa fuerza es causada, más precisamente, por la “desaceleración” que ocurre al frenarse la caída. Para dar cierta idea, el escalador, con su propio esfuerzo de ascender, transforma parte de la energía química almacenada en los músculos de su cuerpo (que obtuvo presumiblemente de un delicioso desayuno montañero) en “energía potencial”. Esa energía potencial que va acumulando (en su “posición” respecto del campo gravitatorio de la tierra) va a ser liberada cuando descienda y vuelva a su posición anterior.
Sin embargo, esa energía potencial también podrá transformarse en energía cinética ante una caída, dándole una velocidad al “descenso” del escalador que producirá una “fuerza de choque” al detenerse.
Este fenómeno de transformación de la energía ocurre cotidianamente en nuestras vidas. Por ejemplo: si nos subimos a una silla acumulamos energía potencial, si saltamos de la silla esa energía potencial se transforma en energía cinética, acelerándonos hacia abajo en la caída y por último las plantas de nuestros pies sufren una fuerza de choque al detener nuestra velocidad a cero cuando llegamos al piso.
Así como usamos cotidianamente las unidades de gramos, para medir el peso de algo, o de metros para medir una distancia, para medir esta fuerza se utiliza una unidad denominada “newton”. Es una unidad muy pequeña, describe, para poner un ejemplo, la fuerza que sufren 100grs de jamón cocido al caer a un metro del piso. Por eso, para las aplicaciones al montañismo y la escalada se utiliza un múltiplo llamado “Kilonewton”, que equivale por supuesto a “1.000 newtons”.
Y justamente, son estos “kilonewtons” o “kn” los que aparecen indicados en nuestro material de escalada: mosquetones, cintas, arneses, etc.
Cuando estos materiales están “homologados”, presentan las marcas “UIAA” o “EN” o “CE” en sus etiquetas o manuales, esto significa que algún laboratorio habilitado por la UIAA tomó algunos ejemplares del lote de producción del que nuestro material forma parte y realizó las pruebas que se describen detalladamente en los “estándares de seguridad” elaborados por la UIAA para cada tipo de equipamiento y estas pruebas dieron bien.
Ahora bien, ¿ cómo saber a cuantos kilonewtons equivale determinada caída ? Si bien para cada caso podríamos aplicar una fórmula matemática para calcular esa fuerza, éste sería un método realmente poco práctico para intentar establecer las condiciones de seguridad en el terreno. Afortunadamente tenemos un método mucho mejor: la estimación del Factor de caída.
Si bien en cualquier situación la fuerza de choque dependerá principalmente[1] de 4 magnitudes: el peso del escalador, la elasticidad de la cuerda, la altura de la caída y la longitud de la cuerda. La situación particular de la escalada nos permite asumir ciertos “supuestos” que simplifican enormemente el cálculo de esta fuerza de choque. De hecho, bajo determinados supuestos la magnitud de esta fuerza depende UNICAMENTE del factor de caída, es decir que a mayor factor de caída mayor fuerza de choque.
El factor de caída es una relación entre sólo dos de las magnitudes mencionadas, el largo de la “cuerda activa”, es decir el tramo de cuerda que intervendrá en el evento; y la altura total de la caída. Debería consultarse otro artículo si se desconoce completamente este concepto, de hecho no sería recomendable practicar esta actividad sin una comprensión acabada de este tema, pero pondremos un pequeño ejemplo para refrescar: en un largo de escalada deportiva en el que el escalador escaló 5 metros y el último seguro se encuentra 1,5 metros debajo de su arnés al momento de la caída, el factor de caída se calcula como: 3 metros de caída (1,5 metros hasta el seguro más otros 1,5 metros por debajo del seguro), dividido los 5 metros de cuerda que hay entre el escalador y el asegurador; es decir 3 dividido 5, Factor de caída 0,6.
Esta medida práctica del factor de caída puede ir desde un valor de 0 (cuanto el escalador aún no subió) hasta 2[2], cuando el escalador cae exactamente el doble de altura que la cuerda involucrada, es decir cae sin ningún seguro intermedio por debajo del asegurador (sólo posible en escaladas multilargo o monolargos con un pie de vía MUY expuesto).
De esta manera podemos estimar de manera grosera, pero muy práctica, el “nivel” de la fuerza de choque a la que estamos expuestos en cada situación: simplemente siendo conscientes en todo momento de la relación entre altura de la posible caída y la cantidad de “cuerda activa”.
Fuerzas:
Ahora bien, yendo al tema del artículo: ¿ Cuales son las fuerzas a las que se homologan los materiales ? ¿ a qué tipo de caídas equivalen esas fuerzas en el terreno ?
Como expresamos arriba, la estimación del factor de caída es una práctica esencial, y suficiente, para la práctica de la actividad. Sin embargo podemos preguntarnos ¿ cuál es la fuerza real para cada factor de caída ? Para saberlo habrá que establecer algunos datos extra como el peso del escalador y la elasticidad de la cuerda principalmente, pero para una situación real también es necesario asumir el peso del asegurador y el tipo de dispositivo que utiliza. En este imperdible artículo llamado “Esfuerzos generados por una caída”[3] se presentan los resultados de algunas pruebas realizadas por la empresa Petzl para caídas de escalada deportiva en muro artificial.
Se recomienda su lectura y la visualizacioń de los videos presentados: nos ayudan a relacionar el terreno con la magnitud del factor de caída y con la magnitud de las fuerzas involucradas.
Los resultados que interesan para este artículo se encuentran resumidos en el siguiente gráfico:
En el mismo se relacionan las fuerzas de choque, en el eje vertical medido en kilonewtons (kn), con las caídas de diferentes factores, en el eje horizontal. Para cada factor de caída se midieron las fuerzas de choque a las que son sometidos el anclaje (el último seguro), son los puntos grises/blancos; el escalador, los puntos celestes y el asegurador, los puntos marrones. El ensayo está realizado para 3 caídas diferentes[4]: factor 0,3, factor 0,7 y factor 1.
Podemos leer los datos de la siguiente manera: para una caída de factor 0,7, el anclaje, es decir el último seguro que se colocó, sufrió una fuerza máxima al momento de la caída de 5kn. En la misma caída el escalador recibió una fuerza de 3kn y el asegurador una de 2kn. La fuerza de choque máxima registrada en esos ensayos fue de 6kn. Es la ejercida sobre el anclaje en una caída de factor 1.
Es menester aquí decir que actualmente los estándares de seguridad para la homologación UIAA de las cuerdas dinámicas[5] exigen brutales caídas de factor 1,77, casi el doble. En éstas no sólo se deben verificar al menos 5 de estas caídas sin rupturas sino que, adicionalmente, debe verificarse que la cuerda tenga la elasticidad suficiente para que estos tremendos eventos no generen una fuerza máxima de más de 12 kn en la carga que cae (el simulado escalador).
Como último punto podemos mirar también algunas pruebas[6], no tan rigurosas esta vez, sobre los empotradores mecánicos de difundido uso en escalada clásica (cams, friends, etc.). Aquí el énfasis está puesto no en verificar la homologación del material sino en las fuerzas generadas en su emplazamiento, es decir, qué fuerza aguantará sin “saltarse”.
Estos ensayos muestran que con una roca de buena calidad, dependiendo por supuesto enteramente de un adecuado emplazamiento, los seguros ni se movieron con menos de 10 kn de fuerza. Cabe comparar este valor con los 6 kn de fuerza ejercida sobre el anclaje de la exigente caída de factor 1 en el ensayo de Petzl.
Para cerrar el círculo factor de caída - fuerza de choque - homologación, debemos mirar ahora los valores más comunes de homologación de algunos de nuestros materiales: Mosquetones: ~24kn de fuerza longitudinal, ~8kn transversal o con el puente abierto. Cintas cosidas (expresses, anillos de cinta, margaritas,) ~22kn. Arneses: 15kn. Chapas: de 20 a 25kn.
Incluso podemos comparar esas fuerzas con materiales que no están diseñados para soportar cargas dinámicas y así entender por qué razón están fuertemente desaconsejados para esa función: Un cordin[7] 4mm homologado por UIAA tendrá una resistencia mínima de 3,2 Kn y uno de 6mm 7,2 Kn, valores sensiblemente menores que los de los materiales listados anteriormente.
Por último es interesante considerar las fuerza que ejerce una carga “estática”, es decir, no una caída sino simplemente una carga que está “colgada” de determinado sistema. Aquí la clave es la equivalencia entre fuerza, masa y aceleración. Sin entrar en muchos detalles diremos que una carga de 1kg ejerce una fuerza de 9,8 newtons[8], debido a la aceleración provocada por la gravedad de la tierra. Esto es, que una persona de 80kg colgada de un único seguro ejerce una fuerza de 784 newtons sobre el mismo, menos de 1 kn. Dos personas más 20kg de equipo (200kg en total), casi 2kn[9].
Conclusiones:
[1] Muchas otras condiciones influyen por supuesto: las características del dispositivo asegurador, la técnica del asegurador, el rozamiento que haya en seguros previos u otras superficies, etc.
[2] Factores más altos pueden darse en otras situaciones de montaña, como las vias ferratas y también en diversos trabajos verticales.
[3] https://www.petzl.com/ES/es/Sport/Esfuerzos-generados-por-una-caida?ActivityName=Escalada
[4] En estas caídas lo único que se cambió fue el factor, dejando todo lo demás igual: misma cuerda, mismo escalador, mismo asegurador, mismo dispositivo de aseguramiento, misma técnica, etc. Se puede consultar el artículo completo para muchos más detalles.
[5] Ver “Dynamic Mountaineering rope” en https://www.theuiaa.org/safety-standards/
[6] https://www.slackline.com/ en la sección SlapSnak, samples 928 a 949 en la hoja de datos https://docs.google.com/spreadsheets/d/1m9MYOhBm3vvBfFsv7jlhBP3oaXvdcBcjsoNSL1SjICE/edit#gid=1226314191 o en video https://youtu.be/cwxYA_qfRr4
[7] Ver “Accesory Cord” en https://www.theuiaa.org/safety-standards/
[8] De aquí viene la intuición muy utilizada, y dentro de todo bastante correcta, de que 1kn equivale a 100kg de carga estática.
[9] Cabe recordar que en la configuración de “anillo” el cordín en cuestión tendrá casi el doble de resistencia. Esto se debe a que divide la carga en ambos lados de la “polea” y debe restarse el porcentaje de resistencia que le quite el nudo con el que esté cerrado el anillo (por ejemplo un 35% en el caso del muy utilizado doble pescador)
