※今回のお話は基本的にロープアクセス中級者以上が対象です。(勘違い防止の観点から)

少し分かりにくいかもしれませんが、義務教育レベルの数学が出来れば概算としては十分通用するであろう内容となっておりますので、すこし長いですがお付き合いいただければ幸いです。(いつも長いから、常連の読者さんは平気ですよね?)

まずは初級編。話の入り口から段階を追って徐々に進めていきましょう。

万が一の墜落に備えて、ロープアクセスや、一般の高所作業でも使用するフォールアレスト用の墜落制止用器具。
いわゆる「命綱」とよばれているものです。
フルハーネスや、二丁掛けのランヤード。ロープアクセスであれば、それらに加えてライフラインやモバイルフォールアレスター(アサップロックやキャッチ、ゴブリン等)も該当します。
IRATA(アイラタ)のシステムであれば、カウズテイルもフォールアレストに使えますよね。

主に、足場から落ちた。とか、ロープアクセスであれば、メインロープが切れた、下降器や登高器等のワークポジショニング器具にトラブルがあった、または操作ミス(ヒューマンエラー)をした。といったような場面でお世話になるのがフォールアレスト(墜落制止)技術ですが、正しく運用しないと、「命綱が命取り」となってしまいます。

そもそも衝撃荷重とは何なのか。
体感として分かりやすいであろう方向から説明していきましょう。

高さ2mの台の上から固い地面に向かって飛び降りることを想像してみてください。

うまく着地できましたか?

地面に両足が着地する瞬間に、膝を曲げたり、その後に上半身を縮めて両手をついてみたりもしますよね?
上手くいけば無傷で、筋肉や関節も大して痛めること無く済むでしょう。
ちなみに若い頃は平気でしたが、体重も増えた今、2mの高さから無事に飛び降りられる自信はありません笑

これがもしお尻や背中側を地面に向けた姿勢から同じ2m落ちてしまったらどんな感じでしょうか?
死ぬかどうかまでは分かりませんが、最低でもかなり痛いのは確実でしょう。
もしかしたら複雑骨折や内臓破裂も。
普通に転んだ時に頭打って亡くなる方もいますからね・・・(ヘルメットは大切ですね)
昔、3尺か4尺の脚立から足を滑らせて転倒した際、一瞬のあいだ呼吸が出来なかったことを覚えています。
時間としては一瞬だったのでしょうが、感覚的にはそれなりに長く感じました。

といったように、同じ高さから同じ距離落ちたとしても、墜落の結果は全く異なりますよね。
後者は、落下のエネルギーをそのまままともに受けてしまったパターン。
前者は、脚や身体をうまく使って、落下のエネルギーをうまく分散させたパターン。

より具体的に言えば、落下の速度を0にする(停止する)までに使った時間が異なるわけです。
後者だとほんとに一瞬ですよね。
前者は体勢が落ち着く(停止する)までにそれなりの時間がかかっているはずです。
時間にしてみると1秒も無いかもしれませんが、それでも後者と比べれば何倍も時間がかかっていますよね。

今度は車にたとえてみましょう。
前提条件として、ブレーキ性能は無限、かつ無限にグリップするタイヤを履いているものとします。
60km/hで走っているところから、0.1秒で停止したとしましょう。
車に乗ってる人はどうなるでしょうか?
シートベルトをしていなければ、フロントガラスを突き破って飛んでいくことでしょう・・・
すごい衝撃ですよね。
同じ60km/hで走っていても、何秒もかけて減速すれば、身体にかかる衝撃はそれだけ少なくなりますよね。

これをフォールアレストにあてはめて考えると、墜落が始まってランヤードやロープに荷重がかかっていない状態の時を自由落下と言い、重力加速度にしたがって加速しながら落ちているわけですが、フルハーネスに繋がったランヤードやロープがピンと張る瞬間、ランヤードやロープに伸びが全く無ければ、さっきのお話のように背中やお尻側から落ちた時と似たような衝撃がかかってしまうわけです。(フルハーネスを着ている状態では上記のような手脚を使った受け身は取れないので。)
実際はロープには伸びがあるので、ロープが伸びきる(落下速度が0になる)までにはそれなりの時間がかかります。
さっきの車の話にあてはめると、ロープが伸びるということは時間をかけて減速することになり、衝撃荷重の最大値を低く抑えてくれるんだなということが分かります。

フルハーネスを(正しく)装着した人が墜落して、無事で済むであろうとされている衝撃荷重(ごく短時間における場合)は一般的に6kN(約600kgf)だと言われています。

戦闘機のパイロットが、何Gまで耐えられるか。なんてお話がありますが、6kNの力は体重75kgの場合8Gの重力加速度がかかったときに生じます。
戦闘機のGなんて、それこそ何秒も続きますよね。
8Gは訓練を詰んでいないパイロットだと失神してしまうレベル。
ちなみに体重50kgだったら12Gになります・・・

要するに、身体にかかる力の最大値が6kNだとしても、それが長い時間継続する(身体がうける衝撃の総エネルギーは多くなる)のであれば、それはヤバいということですね。

グラフにするとこんな感じかな。

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衝撃力の最大値は同じでも、時間が長いとそれだけ衝撃エネルギーの総量が大きいのがグラフをみるとわかりますよね。
ロープアクセスや高所作業における墜落は、時間にしてみれば一瞬(コンマ秒)なので、左のグラフのようになります。
逆に、墜落のエネルギー(体重×自由落下の距離で計算でき、グラフの斜線部分の面積に相当)が同じであれば、停止までにかかる時間を長くしてあげることで、最大の衝撃荷重を低くすることができるということです。
戦闘機のパイロット等は右のグラフを横にもっと伸ばしたようなものになるのかなと。
これは後ほどのお話とも関わってくるので、どこか頭の片隅にでも置いておいてください。


ようやく前置きが終わりました。


前置きにも書きましたが、僕らが墜落するときに関係してくる器具といえば、ショックアブソーバーの付いた二丁掛けランヤードや、カウズテールといったダイナミックロープ製のランヤードですよね。
もちろん、ライフラインやモバイルフォールアレスターも忘れてはいけません。

これらがどういうメカニズムで、危険な衝撃荷重を6kN以下に抑えてくれるのかというお話をしていきます。
僕がどうしてこんなめんどくさい記事を書くに至ったのかという点も徐々に明らかになっていきます笑

物事全般に言えることだと思いますが、どうしてそういう決まり事(マニュアル)になったのか、その根拠の背景にある論理(ロジック)や物理等が分からなければ、実際の現場で作業計画(運用の幅が広い)を立てたり、安全かどうかの判断(リスクアセスメント)が出来ないですよね。
「こう決まってるからこうなんだ」で通用するのは初級者のうちだけで。

マニュアルに書いてないことなんてたくさんありますよね。
マニュアルというもの自体、標準化、体系化されたものであり、個別具体的な問題に対しては対応しきれない側面があります。
そもそもロープアクセスのシステム自体が、普遍的、絶対的なものでは無いので。
器具の進化もあるでしょう。時代によって技術の進歩だってあることでしょう。
正しいとされていたことが、間違いになることだってそう珍しいものではないのです。

誤解を恐れずに言えば、妥協の産物そのものなわけですよね。
リスクを0に近づければ近づけるほど、かかるコスト(金銭面だけに限らず)は指数関数のグラフのように、うなぎ登りに増加することでしょう。
とは言っても、リスクの低い、安全とされているロープアクセスのシステムもあり、日々安全性は向上しているわけで、どこで折り合いをつけるのかという話にも繋がってきます。
幸いなことに現代は、モノの無い時代でもなければ、情報が無いわけでもないですからね。

それらを実際に判断し、考えて実行できる能力がある人がロープアクセスの作業チームには必要になってくるわけですが、IRATAのシステムでいえば、それがレベル3に求められる能力となっています。

ロープアクセスシステムの前提条件や各々の理論から演繹的に問題の答えを導き出せる能力がなければ、安全だと根拠を持って言えるロープアクセスなんて成り立たないでしょう。
必要なのは根拠(その拠り所となるシステムの前提条件や各種理論)であり、ある種ハッタリ的な自信でも、猿真似でもないはずですよね。(必要な時もあるだろうけど)

また、ロープアクセス作業では高所でロープに吊り下がるといった特殊な環境に置かれるため、身動きが取れなくなってしまった作業員や、墜落して宙吊りになってしまった作業員を作業チームで救助できる必要があります。
環境によっては、消防等の救助隊では対応しきれない場合も多々あることでしょう。

ハーネスを装着して宙吊りになった状態で身動きが取れなくなると、数十分、或いは十数分で命を脅かすリスクが生まれます。(サスペンションイントレランス)
トラブルを発見してから通報したのでは間に合わないでしょう。
というわけで、ロープアクセスにおいて、チーム内での有効な救助計画が立たない作業は行ってはならないという厳格なルールが定められています。

やろうと思えば出来なくはないけど、ほんとにそれやっちゃっていいの?

完璧な安全なんてものは幻想なのかもしれませんが、少しでも安全に出来るよう日々勉強ですね。

※自分で言うのはあれなのですが、このブログの内容をそのまま鵜呑みにして信じるようなことは避けていただけると助かります。
基本的に、所属する協会等の意向とは関係なく、勝手気ままに思いついたことを書いているだけに過ぎませんので・・・(間違いだって多々あることでしょうし)
こういう風に考えてるんだなぁ。とか、こいつアホだなぁ。といった具合に、疑いの目をもちながらも温かい目で、話半分に読んでいただくのが安全衛生上よろしいかと思われます。



というわけで、そろそろ続きというか本題へ入っていきたいと思います。


ここからのお題は、フォールファクターと衝撃荷重です。

ロープアクセスの勉強を始めると必ず最初の方に目にすることになるフォールファクターという言葉。
FF」と略記されることもあるフォールファクターですが、そもそもフォールファクターとは何なのか?ということから説明していきたいと思います。

フォール(fall) 落ちる、落下 
ファクター(factor) 要因、要素、因子

このことから、落下に関する何らかの要素であることが分かります。
日本語では「落下係数」とよばれることが多いですね。

もともとはリードクライミング等で使われていたのでしょう。(あまり詳しく無い)

墜落時の衝撃荷重は、落下距離によってきまるのではなく、落下距離を、自分と繋がっているロープの長さで割ったもので決まるという法則です。(簡易な理論上は)

下手くそな絵で申し訳ないのですが、こういう感じですね。

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もしこの状態で墜落したらどうなるか。
ロープの長さがどれも1mだとすると、FF2の人は最大2m落ちますよね。
FF1の人は1m、FF0の人は落ちないと。
正確には自由落下の距離ですが。
ロープに荷重がかかりはじめる(はじめない)ギリギリのところ。

単純に考えて、どの人もロープの種類が同じ、体重も同じであれば、
衝撃荷重の大きさは、FF0<FF1<FF2になりそうなことが直感的に理解できるかと思います。

ここまではいいですよね?(分からないと言われると困っちゃう)

フォールファクターの法則の真髄はここからなのです。

フォールファクターが同じであれば、ロープの長さが変わっても最大の衝撃荷重の値は同じになるということ。
もちろん、ロープの長さ以外の条件は揃えないといけませんよ?
上の図でいえば、同じ体重、同じロープであれば、ロープの長さが変わって、それにより落下距離に変化があっても墜落時の衝撃荷重の最大値は同じになるということです。
FF1を例にあげると、1mのロープで1m墜落しても、10mのロープで10m墜落しても、衝撃荷重の最大値は同じだということ。(※あくまで簡易な理論上は)

なかなか直感に反することだと思います笑
実際に実験をしてみると、ロープの伸び方が一定の比率で無かったり、衝撃をロープのみではなく、人体やハーネス自体が分散させてしまったり、ノット(結び目)の変化もあるので正確にその通りにはならないのですが、概ね計算した値に近くはなるようです。
少なくとも、上の例のように1mのロープで1m墜落した場合と比較してみると、10mのロープで10m墜落した場合、最大の衝撃荷重は10倍どころか、おそらく1.5倍にもならないことでしょう。
仮に10cmのFF1と、それなりのロープ長でのFF1の比較をすれば、身体やハーネス、ノットの締まり等の影響が無視できないレベルになるので、結果は大きく違ってくるとは思います。

墜落(自然落下)の距離によって、ロープに荷重がかかりはじめる瞬間の速度が決まります。
もちろん、自然落下の距離が長いほど速度が速く、体重を掛け合わせた墜落の衝撃エネルギーは大きくなるわけで、ここは直感のとおりだと思います。

ただし、FF1で1m自由落下した時に墜落のエネルギーを受け止めてくれるのは1mのロープ。10mの時には10mのロープがあるのです。
車の前面衝突で考えれば、時速16kmの時は1mのボンネット。時速50kmの時はボンネットが10mあると考えると分かりやすいのでしょうか。
ボンネットが潰れることで、衝突の衝撃を和らげてくれるイメージです。(余計にややこしい?)

計算方法については微分や積分がどうのこうのといった高校で習う数学の範囲になってしまうので割愛しますが、グラフとしてはこのような形になります。

はじめの方に出てきたものと同じです。

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ここでようやく出てくるのが、フォールファクターから衝撃荷重を計算する公式。
ウェクスラーの公式とよばれています。

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式の意味が分かれば、小学生でも電卓を使って簡単に計算が出来るので便利です。

まず、Fが衝撃荷重。
この式では衝撃荷重を求めたいんですね。
Mが作業員の質量で、それにくっついてるgが重力加速度。
合わせてMgで作業員の重量になりますね。(地球で作業している時の)体重と思っていただければ差し支えありません。
Lはロープの長さで、Hは自由落下の距離。
H/Lで、フォールファクターの数値になります。

この式から、FF0の衝撃荷重は2Mg、体重の2倍であることがわかりますよね。
自分より上のロープにタルミは無いのだけど、荷重はかかってない状態です。
なので、ロープにぶら下がる前に、ワークポジショニング器具においては、事前にロープが伸びる分を事前に考慮してロープが張る方向へ出来るだけたぐっておきましょう。
でないと、ロープが伸びる分、FF0の墜落をしてしまいますからね。

そして、Kはロープの弾性力をあらわす係数。
これがなかなかの曲者なのです・・・

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例えば、6kNの荷重で30%伸びるロープであれば、1kNの荷重で5%の伸び率であって欲しいのですが、
グラフ(ダイナミックロープの場合)を見ていただくとお分かりのとおり、計算で扱いたいロープの弾性力は線形なのに対して、実際のロープは非線形(荷重に比例しない)のグラフを描きます。
現実のロープは、荷重が大きいほど、荷重の増加割合に対する伸び率増加の割合が低くなってしまうんですよね。
なので、どのあたりの荷重で係数をとるのかによって結果に無視できない影響が生じます。
そもそも使いたいのが6kN付近なのに、1kNの時の9%で計算してしまうと6kNで54%の伸び率という計算になり、実際の伸び率30%と比較して甘すぎる見積もりが出てしまうことになりますね。(伸びるということは、それだけ衝撃荷重の値が小さくなります。)

ウェクスラーの公式から、衝撃荷重と重量、FFが分かっていれば、ロープメーカーの情報からロープ弾性力の係数も計算できるので試しにやってみましょう。

僕が使っているベアールのダイナミックロープ アポロ2 11mmだと、衝撃荷重が7.7kNとなってます。
ダイナミックロープの規格であるEN892では、80kgの重りをFF1.7(厳密には違う?)で落とした時となっているので代入してみます。

便宜上、1kN=100kgfとして単位をkgfに揃えると

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こんな数字が出てきました。
このK=1718という数字、一体なんなのかというと、
さっきのグラフでいうと、計算上使う線形グラフにおいて、ロープの伸びが100%になる時の荷重をあらわしています。
1718kgf(約17kN)で100%伸びるってことですね。要は長さが倍になると。
あとは単純に比例しているものとして扱えます。
6÷17×100で、6kNだと35%の伸びってところですね。
1kNだと5%台の伸びになって、現実とはそぐわない値になってきます。
逆に言えば、7.7kNで係数を取ったので、実際に100%伸ばすためには17kN以上の荷重をかけなければいけないことになります。
衝撃荷重の計算で使いたいのは5〜8kN付近の伸び率なので、正確ではないにしろある程度使い物になるでしょう。

ちなみに、僕らがロープアクセスで使うメインロープやライフラインはセミスタティックロープ(EN1891A)ですが、体重100kgのFF0.3で<6kNという基準を設けた規格になっているので、ここから弾性力の係数を計算すると、<4000程度になります。
ダイナミックロープの倍以上の数値ですよね。
ウェクスラーの公式から、衝撃荷重はロープ弾性力の係数の平方根(ルート)に略比例(だいたい比例する)することがわかるので、係数が2倍になると、衝撃荷重はだいたい1.4倍になるであろうということが読み取れますよね。
上記で求めたダイナミックロープの係数が1718、セミスタティックロープの係数を4000だとすると約2.3倍なので、同じFFからの墜落で生じる衝撃荷重は約1.5倍と見積もることができます。

また、弾性力の係数が4000だとすると、元の荷重をかけていないロープからの伸び率が100kgfあたり2.5%ずつ増えることになります。
EN1891の規格でいうところのロープの伸び率は、50kgから150kgまで荷重をかけた時の伸びで、その伸び率が5%以内であることが定められていますが、基準値におさまっていても(カタログ値が5%以内であっても)実際に0kg〜100kgでぶら下がると5%以上伸びるロープもある(初期伸びが大きい)ので考慮が必要です。

ちなみに同じ基準でワイヤーロープの係数を計算すると、20000や30000を超えます・・・(計算合ってる?)
FF1で墜落すると間違いなく死にますよね。(ごく短距離なら大丈夫かもしれないけど)
それだけの衝撃荷重がかかってしまうと、カラビナやハーネス自体が破断してしまうでしょう。
スリングも、ワイヤーロープほどでは無いにしても同様です。

というわけなので、伸びが全く無いという条件でフォールファクターに関係なく、ハーネスを装着した人が無事で済む落下距離はどれくらいなのか興味が湧きますね。

カラビナ1枚程度(FF=2、20cm程度の墜落)であったとしても、ウェクスラーの公式にあてはめれば衝撃荷重が10kN超えるどころでは済まないですが、実際は剛体と比較をすれば、ハーネスや人体が衝撃をある程度吸収してくれるので、それくらいであれば平気な気はします・・・
仰向けの姿勢や(頭は打たないものとする)、尻もちの姿勢で、硬いコンクリートの地面に落ちた時に平気な落下距離であればまず大丈夫なのかなと。
検証が必要ですね。(どうやって?)


と、回り道はこれくらいにして・・・

これでロープの弾性力の係数は取れたので、実際の計算をしてみます。

ロープアクセスでは、装備を含めた作業員の重量を100kgとして考えることが多いので、Mgは100で計算してみましょう。

また、IRATAではダイナミックロープ(11mm)のカウズテールを3本使い、FF1以下の使用が許容されていますが、先端にはカラビナが付いてます。カラビナを含めた長さでのFF1なので、実際にダイナミックロープの部分だけで考えればFFは>1になります。
ここはあえて厳しめに、カラビナの長さに対するロープの長さがの割合が少なくなる、センターの短いカウズテイル(カラビナ込みで<80cm)で計算してみましょう。

カラビナの長さを10cmとすると、実際のロープ長は70cm
70cmで80cm落ちるので、FF(H/L)は1.14(カラビナは全く変形しないものとする)

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80cmのカウズテールで100kgの人がFF1で墜落すると7.2kNの衝撃荷重が発生するという結果が出ましたね。
ただ、この計算には、衝撃荷重によってノットが締まることによるロープの伸びや、ハーネスや人体の衝撃吸収性は含まれていません。

海外のとあるロープアクセス研究者の実験によると、ダイナミックロープのカウズテールの結び目から結び目までの長さが1mの状態での80kgの剛体の落下試験と80kgの人体の落下試験の比較で、人体は剛体のおよそ75%の衝撃荷重になるという結果が出ています。
余裕をみて80%だとしても、7.2kNの衝撃荷重が人体であれば5.8kN程度に減少することになります。
更にノットが締まる分での衝撃荷重低下もあるので、もう少し余裕が出来ることになりますね。
ロープの弾性力の係数も、僅かながら厳しい方で計算しているので大丈夫なのかなと。

実際には、ロープの使用によってロープが固くなってくると弾性力の係数があがってしまい(伸び率の低下)、衝撃荷重も増加してしまうので、その点は注意が必要でしょう。
墜落は言わずもがなですが、ワークポジショニング等で静荷重で使っているだけでも固くなってきますよね。
とは言っても、ウェクスラーの公式を見ていただければわかるように、衝撃荷重へ影響は、弾性力の係数がn倍になったとすると、nの平方根に略比例する(2倍ならおよそ1.4倍、1.5倍ならおよそ1.2倍)ので実用上は問題無い範疇に収まるかと思います。(根拠のない自信)
フォールファクターに関しても同様で、FF1→FF2の場合、係数が2倍になるので、(人体やハーネス、ノット等の衝撃吸収性を無視するならば)衝撃荷重は1.4倍程度という計算になります。(実際は上がりそうな気がするけど・・・)

実際には簡易な計算式では他のファクターが影響して、結果に思わぬズレが生じる恐れがあるので実験が必要になりますよね。
海外の文献を漁っていると、こんな実験結果を見つけましたので、興味がある方は読んでみてください。
http://caves.org/section/vertical/nh/53/lanyard_tests_v6.pdf



次のお題は、カウズテイルの並列使いについて。

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エイドクライミング時に、3本取り付けた状態からワークポジショニングのカウズテイルが破断すると、このような状態で墜落することが考えられますよね。

これっていいの?
ショックアブソーバーの並列使いは禁止(後述)だっていうし、その理論は知ってるけど、これは問題ないの?
ほぼ同じ長さだし、同じ高さにかかっていると、2本同時に荷重がかかるよね?
衝撃荷重が倍になっちゃうんじゃないの?
それぞれかなり離れた位置のアンカーボルトに取り付けてあればまだしも、写真のような位置の場合だってあるよね?

と、いった、僕の純朴な疑問が、今回の記事を書く発端となってます笑

さっそく計算にはいりますが、ウェクスラーの公式のKの部分をどう考えるのかですよね。
2本並列だから、ロープ弾性力の係数を単純に2倍にすれば良いのか、1本あたりにかかる荷重は単純に考えると半分になるだろうから(正確には荷重ではなくてエネルギー?)、ロープの伸びグラフの非線形の方を見て、弾性力の係数を甘めにみるのがいいのか。

先ほどのカウズテールが7.2kNだったので、Kの値はそのまま倍にして計算してみましょう。
すると、同じ長さの2本のカウズテールを並列使いした時にFF1で100kgの人が墜落すると9.7kNの衝撃荷重がかかる計算となります。
すると、1本あたりの荷重を単純に半分だと考えると、4.85kNに。
とは言っても、4.85kNの荷重をかけたときにどれくらい伸びるかというデータが無い・・・

というわけで、データがある程度揃ってるダイナミックロープで計算してみたいと思います。
伸び率の実験データのグラフがあるもの。
ちなみにそのダイナミックロープの動荷重試験時の衝撃荷重は8.5kN、その時の伸び率が35.5%
ここでも単純に1kNを100kgfだと換算すると、

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先ほどと同様に100kgのFF1(80cmカウズテールで、事実上FF1.14)に換算すると、衝撃荷重はおよそ8.0kNになります。
これをKの値を単純に倍にして計算すると、11.2kNに。
実際のロープの伸びは非線形のグラフになるので、1本あたりが受け持つであろう荷重(5.6kN)での伸び率は実験のデータによると約30%でした。
この時の係数は1904となり、この係数を単純に倍の3808にして衝撃荷重を計算してみると、10.2kNとなります。
これが、カウズテイルで使用する11mmのダイナミックロープ全般における普遍的な傾向なのであれば、並列時のロープ弾性力の係数は、通常の約1.8倍で計算して構わないものであると考えられます。

というわけで、カウズテイルの並列使いは通常の1本使いの場合と比較すると、約1.3倍の衝撃荷重がかかると考えることができますよね。
このことから、1本使いでの衝撃荷重が許容範囲(<6kN)ギリギリになるのだとするならば、並列使いの場合、フォールファクターの数値をコントロールすることによってのみ衝撃荷重を変化させることが可能となりますが、同じ衝撃荷重にする為にはどの程度FFの値を減らせばいいのか、ウェクスラーの公式より実際に計算してみましょう。

僕の使っているベアールのダイナミックロープ11mmで、FF1(実際はFF1.14)の時の衝撃荷重は734kgfでしたよね。
並列の場合、Kの値は1.8倍(3092)と仮定すると

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こういう式が成り立ちますよね。
xを求めると、約0.56という値になります。

フォールファクターを1本使いの時の0.56倍にしないと、衝撃荷重は同じにならないよってことですね。
なかなか悲しい結果になってしまいましたね。
実際は、ハーネスや人体、ノットの締まりによる伸び等の影響によって衝撃荷重は減少するものと思われますが、残念ながら僕の頭ではそこまで考えられるだけの能力が無いわけで。

現実的な想定で、衝撃荷重はどうなるのか、一番気になるところを確かめておきたいと思います。
体重80kgの場合ですね。

(ハーネス着た僕がそのくらい?もっとあるかな?
そもそも、人体にかかる衝撃荷重に、装備の重さはそこまで関係無い気はしますよね。
ハーネスに抱えられてぶら下がってるわけだし。)

カウズテイルの長さも1m(カナビナの長さを除いてFF1.11)に設定してみましょう。
1本の場合が約6.3kN。
並列の場合が約8.1kN。

こういう結果となりました。

これは剛体での実験結果と同様だと考えられるので、人体に適用するための係数0.75〜0.8をかけると
1本の場合が約5kN。
並列の場合が約6.5kN。

ロープ弾性力の係数によってどうとでも悪い方向に変化するのでしょうけど、概ね現実的な数値が得られました。
実際はノットの伸び分が加わるので、ロープが少し固くなっても安全な衝撃荷重におさまるものだと考えられます。

理論が分かれば、リスクの程度が見積もりやすくなりますね。

以上をまとめるとこんな感じでしょうか。(合ってるかはしりませんよ?個人的な憶測です。)

・墜落の衝撃荷重に影響するのは、落下距離では無くて、フォールファクター。(ごく短い距離を除く。)
・フルハーネスを装着した人が無事に耐えられる衝撃荷重は<6kN。
・衝撃荷重が6kN程度であっても、それが長時間継続するのは人体に有害。

・ロープの伸び量は、荷重によって比例しない。(初期伸びがある。荷重が大きくなるほど伸び率が低くなる。)
・フォールファクターやロープ弾性力の係数(単純に伸び率でも構いません)がn倍になると、衝撃荷重は√n倍になる。
・カウズテイルを並列で使うと、衝撃荷重は概ね1.3倍から√2倍になる。
・衝撃荷重の低減には、ダイエットが効果的


一応太字になっていますが、大事なのはこの結論めいたものではなく、どういった根拠でそうなったのかというところですので、お間違え無きよう・・・

めでたしめでたし。
ようやく一つの大きな課題が終了しました。

ちなみに。

10kgまで量れるバネばかりと、1kgの重り、50cmのショックコード(ゴム紐)で同様の実験を自宅でやってみたので、ご参考までに。

https://www.youtube.com/watch?v=hAItSP2PFhM
並列の場合、だいたい1.4倍の衝撃荷重になってます。(さきほどの計算と大幅な違いは無いと言えるのかなと)
直列(ロープの長さが1m)の場合は、50cm1本の場合と衝撃荷重はほぼ同じと言えるかと思います。

同じ条件で、伸び率が低いタイプのロープ(EN564 アクセサリーコード)でも実験してみましたが、ロープの弾性力によって、衝撃荷重が大幅に変化することにご注目ください。
https://www.youtube.com/watch?v=BYsp_bOIm8k

Amazonで1,373円でした。(安上がりな実験w)
どなたか、本格的なロードセル買ってください・・・

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理想的な線形の弾性をもつバネばかり。
目盛りを見ると、荷重と伸び量がきれいに比例していることが分かります。


ようやくラスト。

ショックアブソーバー付きのフォールアレスター(墜落制止用器具)について。

ショックアブソーバーですが、PETZLによるとエネルギーアブソーバーという表記になっていますね。
早速意味を調べるところから始めましょう。

まずはアブソーバーから。
「減衰する装置」といった意味ですね。

ショックアブソーバーは、衝撃減衰器具(装置)
エネルギーアブソーバーは、エネルギー減衰器具(装置)

といった具合?
エネルギーは日本語にわざわざ直さない方が理解しやすいのかなと笑

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二丁掛けといえばこれ。
ツインテール型エネルギーアブソービングフォールアレストランヤード。(呪文みたい・・・)
移動時に掛け替えが必要なことから、2つが1セットになってます。
ランヤード&フックが1つしかないと、掛け替えの際に墜落制止の措置が取れなくなっちゃいますからね。

パイプやアンカーポイント等に掛けるフックとそれぞれにランヤード、ランヤード2本がエネルギーアブソーバーに繋がっており、その先にはハーネスのアタッチメントポイントに接続するためのコネクター(カラビナ)が付いてます。(スイベルおすすめです)

ちなみにランヤード部分のビヨンビヨンは、衝撃を減衰してくれるモノではありません。(厳密に言えばほんのわずかには貢献してくれるのだろうけど)
あくまで長いランヤードが邪魔にならないように縮こまってるだけ笑
ここが、さきほどまでのロープのお話とは違うところ。
ランヤード部分にロープのような伸びを求めていないのです。
ランヤード部分がワイヤーロープでも構わないというわけです。

実際の墜落では、エネルギーアブソーバーの中身の折り畳まれたウェビングの縫い目が千切れて開くことで伸びて、衝撃のエネルギーを時間をかけて分散してくれることで衝撃荷重を抑えてくれるんですね。

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ペツルのこのモデル(L64)の場合、初めの方は4kN程度の衝撃で開いていき、中盤からは5kN台半ばで開くようです。このモデルの場合、エネルギーアブソーバーが最大で1.6m程度伸びる可能性があります。
墜落のエネルギーは、落下距離と体重によって決まりますが、落下距離が少ない場合や、体重が軽い場合は墜落のエネルギーが少なくなるので、伸びる量(時間)は少なくなります。
グラフは左から右方向に進みますが、墜落のエネルギーが少ないとグラフは左側の領域だけで終わりますよね。

ランヤードがダイナミックロープ製で、体重の軽い人がFF0.5程度で墜落したのであれば、そもそもエネルギーアブソーバーが展開する4kNにも達しないかもしれません。
実際に伸びるであろう量は、体重や落下距離に応じて、製品の取扱説明書に詳しく記載があります。

また、対応体重は50kg〜130kgとなっていますが、アブソーバーの展開する衝撃荷重が段階的になっていると説明しました。
どういうメリットがあるかというと、かかる衝撃荷重が同じ6kNであったとすると、体重が100kgならば減速度は6Gですが、50kgであれば12Gですからね。
体重が軽いほど減速Gが大きくなってしまうわけです。
そこを、前半は4kN程度で開くようにして50kgでも8G程度で済むような設計になっています。

PETZL(に限りませんが)のエネルギーアブソーバーは、単品で購入し、ランヤードやフックは好みのものを選んで取り付けることもできますが(要規格確認)、アタッチメントポイントのカラビナの先端からフックの先端までの長さは(要するに全長)2m以内で使うことが求められています。
FF2で4mの墜落までが、この製品の許容範囲です。(衝撃荷重を6kN以下に抑えてくれる)

だからといって、4m落ちた挙句、さらにアブソーバーが1.6m伸びるとすると、衝撃荷重は抑えられても、墜落が停止するまでに、実際の現場ではどこかに身体をぶつけて負傷する可能性が高いので、IRATAでは原則FF1以内で運用することになっています。
実務上は、手の届く可能な限り高いところにフックを掛けるのが最も安全ではありますが、それで身動きが取れなくなってしまっては身も蓋も無いというワケで、FF1であれば許容範囲だよね。という具合。
具体的に言えば、胸や背中のEN361のフォールアレスト用アタッチメントポイントより高い位置にフックを掛けなさいということ。
どうしても足元にしかフックが掛けられず、墜落したとしても下方に身体と接触する障害物等が何も無いという場合、万が一の墜落後速やかに同僚による救助活動が可能な場合においてはFF2の運用も許可できるかもしれません。

さきほどまでのロープの話とは違って、墜落のエネルギーを減衰させるのはエネルギーアブソーバーの仕事なので(ランヤード部分も全くしないというわけでは無いが)、仮に同じFF2であっても、全長3mにして6m墜落すると、エネルギーアブソーバーの許容量をオーバーして、アブソーバーが全部開ききってしまった挙句、6kN以上の衝撃荷重がかかる恐れがあります。
また、製品としては2m以内でも、フックを掛ける場所によっては、事実上4m以上の墜落(自由落下)が起こる場合もあるので注意が必要です。


二丁掛けの注意ポイントは他にもありまして・・・

バッグの取手がハーネスのアタッチメントポイントだと思ってください笑

IMG_2986

これは所謂自作の二丁掛けですが、この状態で墜落すると、アブソーバーが必要なだけ伸びる前に、ランヤードが突っ張ってしまって衝撃を減衰させることができない恐れがあります。
必ずそうなるとは限りませんが、実際のところ予想できる類のものではないので、原則禁止となっています。

写真の例だと、片方のランヤードは、ほぼFF0、しかもダイナミックロープ製のランヤードなのでアブソーバーは開かないはずですが、実際どうなるかなんてなってみないと分からないですからね。
このままつけているのを忘れてFF2状態になってしまい、そこからの4m墜落(しかも重量級)という可能性もあるわけですから。

もしそうなっても、先端のフック部分がパチンと外れるように、専用のラックにしか掛けてはいけません。(もしくは、余った方のランヤードはどこにも掛けない。)
このタイプであれば、金色のリングに掛けるのはOKです。
これならフックが掛からないような太いパイプにランヤードを回しがけすることもできますね。

原則として、ネガティブな結果を想定した対策を取りましょう。


さらにもう一つ重要な禁止事項があります。

またもやですが、バッグがハーネスだと思ってください笑

二丁掛けを使って高所を移動した後、ハシゴ等に取り付けられたライフラインにモバイルフォールアレスターをセットする場合にやりがちな誤った行為がこれ。

IMG_2985

アサップロックにもエネルギーアブソーバーが付いていますが、この状態で墜落すると、二丁掛けとアサップロックの位置関係(ライフラインの伸びも影響する)によっては、2つのエネルギーアブソーバーに同時に衝撃荷重がかかる恐れがあります。
するとどうなるか。
実際に4kNで開くのか6kNで開くのかはさておき、どちらも6kNで開くような設計になっているとすると(基本的にマズい方で考える)、倍の12kNの衝撃荷重がかかるまでエネルギーアブソーバーの仕事をしてくれないということになりますよね。

それでは困りますね。
道具の性能を発揮できないような使い方になってしまうわけで。

というわけで、必ずそうなるとは限らないが結果がどうなるのか実際のところ予想できないので、エネルギーアブソーバーの並列使いはダメよ。ということになります。

また、2〜3kN程度でアブソーバー開く設計のもので、メーカーが許容しているのであれば、アブソーバー付フォールアレストランヤードの2本使いは個人的にアリだとは思っていますが(そういった製品を具体的には知りません)、アブソーバーが少ない衝撃荷重で展開するということは、同じエネルギーを減衰させるのにそれだけ大きく伸びるということなので、墜落時に障害物に干渉するリスクがそれだけ高くなるということでもあります。
単純に考えれば、上記のような製品があったとしても、1本で使うと同じ墜落距離の場合でアブソーバーが倍の距離伸びることになりますからね。デメリットは多々あれど、メリットは特に無いでしょう。

メーカーさんの情報が非常に参考になりますね。
https://www.fujii-denko.co.jp/fall-prevention/full-harness/


ちなみに、アサップロックには専用のアブソーバー(アサップソーバーや旧アブソービカ、アサップソーバーアクセス)を取り付けなければなりませんが、上記アブソーバーよりも衝撃荷重が低い段階でアブソーバーが展開する設計になっていると考えられます。

アサップロックは、アッセンダーと同様のトゲトゲが付いているジャミングローラーが一定の回転数になると回転がロックして、トゲトゲがロープに食い込んで器具がロープに固定される仕組みです。
この種のアッセンダーがロープの外被を食い破るとされている荷重は4〜6kNとされていますが、上記のアブソーバーだとそれを超えてしまう危険があるわけです。(4〜5.5kN程度)
海外のとあるロープアクセス研究者の記事によると、アサップ用の専用エネルギーアブソーバーは3〜3.5kN程度で展開する設計になっているようです。
間違ってもスリングなんかで繋いじゃダメよってことですね。


いずれの器具に関しても、使用に関しては取扱説明書をよく読み適切な指導者のもとで指導を受けるのが原則です。

ロープアクセスの器具は一見単純に見えますが、システムの成り立ちや考え方を知らないと正しく使えないばかりか、安全のために使っているつもりで、逆にリスクだけが高まっているだけという状態をひきおこしかねません


「無い方がマシやん」というやつですね笑

ロープアクセスには適切な知識と、適切に運用できるようになるためのトレーニングが必要です。

あえて「正しい」という言葉を用いないのには理由があります。
ここまで頑張って読んでいただけた方々であれば、分かってもらえるものかと思います。

というわけで、今回はここまで。
お疲れ様でした。


みなさま、どうかご安全に。


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