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매거진 아보리스트를 위한 매듭법

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계정을 잊어버리셨나요?

by 정원가 김정두 Nov 23. 2023

로프의 과학(Science of Rope)

안전계수, 파손주기 그리고 점검

로프의 강도는 로프를 구성하고 있는 섬유와 구조에 따라 결정되며 사용되는 방법에 따라 적용되는 물리법칙이 다르다.

로프는 물체를 감거나, 묶어 연결하는 용도로 사용되며 상황에 따라 적절하게 사용할 수 있도록 다양한 매듭법이 고안되었다.

로프는 양옆으로 당길 때 발생하는 '인장력'을 견딜 수 있는 반면 '압축력'은 견디지 못하고 파손된다. 예를 들어 로프로 매듭을 만들었다면 굽어진 겉 부분은 인장력을 받고 안쪽은 압축력을 받는다. 즉, 로프가 받는 하중은 로프 바깥으로 전달된다.

그렇다면 발생되는 압축력을 줄이기 위한 방법은 없을까? 없다. 로프는 마감처리(Termination) 없이 사용할 수 없다. 다시 말해, 로프로 사용하는 모든 행위에 있어 '굽어짐'은 필수로 발생한다.

매듭

굽어진 로프는 사용된 용도에 따라 ‘마찰‘이 동반된다. 발생된 마찰력은 로프 사용자에게 힘 손실을 가져온다. 그래서 효율적인 로프 사용을 위해 ‘도르래’를 이용한다.

제조사들은 굽어짐 비율(the Bend ratio)을 수치화했다. 최소 4:1 비율을 유지한다. 예를 들어, 12mm 로프를 사용한다면 직경 48mm 휠을 가진 도르래가 필요하다.

로프 직경에 맞는 도르래 이용

이 비율이 작아질수록 로프 강도가 약해짐을 의미한다. 그래서 로프가 가진 효율을 최대로 사용하기 위해 최소 굽어짐 비율을 고려한다.

도르래 휠 크기와 로프 직경이 일정 비율이어야한다.

안전계수와 파손 주기(Design Factor and Cycles to Failure)

인장강도(Tensile Strength)

인장강도(Tensile Strength)는 파괴강도를 의미하며 제조사가 사용되지 않은 새 로프나 장비가 정적인 힘이 적용되는 전제 하에 파괴되는 지점을 수치로 표현한 것이다. 로프 강도는 로프 상태가 더럽거나 훼손되었거나 매듭을 짓거나 하중을 받았을 때 줄어든다.

파손 주기(Cycles to Failure)

리깅 라인을 기준으로 특정 물체를 한 번 들어 올렸다가 내렸다면 이를 한 주기(One Cycle)이라 한다. 반복된 사용은 로프에 영구적인 손상을 준다. 사용 횟수를 모두 채운 로프는 폐기된다. 만약 로프에 큰 하중이 발생한다면 파손 주기는 더 빨리 진행된다.

최소파괴하중(MBS, Minimum Breaking Strengthor Minimum Breaking Load)

최소파괴하중(MBS)은 '안전계수(Safety facor)'라고 불린다. 장비나 로프와 같은 물체에 외력이 가해져 파괴될 때 그 물체가 견뎌낸 최대 하중으로 사용하는 장비가 견딜 수 있는 작업하중제한(Working load limit)을 결정한다. 만약 로프가 받는 하중이 로프가 견딜 수 있는 인장강도와 동일하다면 적어도 이론적으로는 첫 사용에 끊어질 것이다.

아보리스트 리깅 작업은 큰 하중이 발생하고 그로 인해 장비에 강한 손상이 동반될뿐더러 흙과 먼지가 많이 흩날리는 지저분한 환경에서 이뤄진다. 그래서 더욱 ‘안전계수’를 계산해야 한다.

안전계수를 계산하기 위해선 첫째, 사용자는 자신이 갖고 있는 장비가 견딜 수 있는 정확한 하중을 알고 있어야 한다. 둘째, 내가 자르는 나무토막 무게를 알아야 한다. 하지만, 현실적으로 알 수 있는 방법은 경험에 의한 대략적인 무게로 정확한 무게를 알기 어렵다. 그렇기 때문에 MBS 계수 10배 이상인 제품을 사용한다.

MBS의 단위는 데카뉴턴(daN)으로 읽으며 1 daN은 10N이다. 아래 그래프는 'teufelberger' 사에서 제작한 로프 직경(10.5mm, 11mm)과 제품에 따라 견딜 수 있는 최소 파괴 강도(Minimum beaking load)가 다르다.