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QC Lab : Un monstre à vos côtés - Splendeur et limites des coinceurs de grande taille

Tuesday, Mars 31, 2020
L’équipe du QC Lab explore en profondeur les points forts et faiblesses de nos nouveaux Camalots géants #7 et #8.

Des monstres fascinants

Les nouveaux Camalots C4 #7 & #8 sont des coinceurs à cames de très grande taille, parmi les plus gros existants. A côté, le C4 #5 ressemble à un modèle réduit ! Ces grosses pinces à sucre sont fabriquées pour protéger les fissures larges les plus impitoyables, les longueurs en cheminées sur El Cap et tous les offwidths effrayants. Cette année voit le lancement des coinceurs les plus petits et les plus gros de notre gamme : le microcoinceur Z4 #0 et à présent ces monstres #7 et #8. Au premier regard, on ne s’imagine pas que ces numéros peuvent avoir quelque chose en commun mais pourtant c’est le cas. Plus un Camalot est petit moins il est résistant, telle est la perception que l’on en a généralement. Cela inspire bien plus confiance de chuter ou de se suspendre sur un Camalot de la taille d'une main qu’un coinceur de la taille d'un orteil... C’est avéré pour la majorité des tailles jusqu’à une certaine limite, celle des coinceurs extra larges. Dans ce QC lab nous explorons et comparons les performances et points communs entre le C4 #7 et #8 et le Z4 #0 et nous démontrons pourquoi ces énormes Camalots offrent une résistance plus proche que vous croyez de celle d’un microcoinceur.

Définitions

Avant d’analyser plus en détails ces résultats de tests, il est important de revoir quelques définitions des concepts de base utilisés :

  • Résistance ultime

    désigne la charge à laquelle la came présente une rupture totale, le plus souvent indiquée en kilonewtons (1 kN représente environ 225 lbf ou 102 kgf). Ces charges sont déterminées par une sollicitation lente du Camalot selon différentes tailles de fissures prédéterminées se basant sur la plage d’utilisation du Camalot. Pour qu’un Camalot, ou dans le jargon officiel, le dispositif de friction, réponde aux exigences CE, la résistance ultime minimale doit être de 5 kN.

 

  • Pourcentage de rétraction et norme EN12276 Équipement d’alpinisme et d’escalade 

    Coinceurs mécaniques - Car tout équipement de protection individuel (EPI) vendu en Europe doit être certifiée CE. Chaque catégorie d’équipement a son propre ensemble d’exigences décrites dans la norme EN : pour les Camalots il s’agit de la norme EN12276 - Coinceurs mécaniques. Les exigences de norme sont nombreuses y compris celles concernant le marquage, la notice, les matériaux utilisés etc. mais ce qui nous intéresse ici c’est surtout la résistance ultime ou force de rupture. Voici les deux principaux tests de résistance à la rupture qu’un Camalot doit passer pour être certifié : charge sur coinceur rétracté à 25 % ; et charge sur coinceur rétracté à 75 %. Ils correspondent à un placement douteux loin d’être idéal (25 % rétracté) et à un placement plus résistant préférable rétracté à 75 %. Les formules suivantes sont utilisées pour trouver les largeurs de placement appropriées avec Bmin donné pour la largeur rétractée et Bmax  donné pour les dimensions du coinceur totalement déployé.

 

Figure 1: Test CE pour un écartement 25 % et 75 % (Lien vers images et norme : EN 12276)

 

Remarque : Si un Camalot offre un éventail d’écartement de 5 mm ou moins, la norme CE exige qu’il soit testé à 50 % de rétraction et non à 25 % ou à 75 %. Le Z4 #0 répond à cette exigence.

Figure 2 : Test CE d’écartement si l’éventail maximal est inférieur à 5 mm

 

 

Pourcentage de réduction de la résistance

Pour démontrer la différence entre 25 % et 75 %, le pourcentage de réduction de la résistance est déterminé par la formule suivante.

Figure 3 : Formule du Pourcentage de réduction de la résistance

Valeurs de résistance :

la valeur de résistance indiquée correspond à la charge à laquelle le fabricant affirme que le produit résiste dans des conditions de test. La valeur de résistance minimum énoncée dans la norme CE est de 5kN (1124lbf ou 509 kgf). Sur la sangle d’un Camalot on peut lire le marquage avec normalement deux valeurs de résistance : une pour la résistance active (lorsque le Camalot est placé normalement) et une pour la résistance passive (lorsque le Camalot est utilisé comme coinceur simple/stopper). Pour les Camalots For Black Diamond, seules les versions à axe double sont données avec une résistance passive.

Figure 4 : Le marquage qui indique les valeurs de résistance pour la force de retenue et la résistance passive se situe sur la sangle du Camalot.

Ceci ne signifie certainement pas que si la résistance d’un Camalot est donnée pour 8kN il cèdera à 8kN. Les valeurs de résistance sont calculées en fonction de ce qu’on appelle un calcul Trois Sigma. En testant une population statistiquement pertinente et en déterminant la moyenne ( µ ) et l'écart-type (σ), on peut trouver la limite inférieure des trois sigmas. De ce fait, on peut dire que 99,7 % des ruptures se feront à une charge supérieure à la limite inférieure. Il s'agit du point de départ pour déterminer la valeur de résistance donnée. Après l’examen des différentes possibilités d’utilisations du produit, la valeur de résistance pourrait être encore revue à la baisse.

Lower Bound = µ - 3 * σ

Calcul de la limite inférieure des 3 sigmas utilisé pour déterminer les valeurs de résistance

Figure 5 : Tendance des résistances CE données pour les C4 et les Z4 par taille croissante de Camalot

 

  • Classification des tailles de Camalots – Pour les besoins de cet article, les tailles de certains Camalots seront désignées sous Small Medium ou Large, la répartition par numéros étant listée ci-dessous. 

    1. Small – Numéros de Camalots Z4 #0 à #0.4
    2. Medium – Numéros de Camalots Z4 #0.à #2
    3. Large – Numéros de Camalots C4 #3 à #8

 

 

LES TESTS

 

Peu importe la taille du Camalot que l’on souhaite placer, il faut toujours essayer de réaliser le meilleur placement. Cependant ce n’est pas toujours possible. En effet le profil de roche est généralement très varié et on dispose d’un nombre limité de Camalots à placer tout au long de la longueur et quelquefois on est content de pouvoir placer quelque chose plutôt que rien.  Mais dans quelle mesure ces placements douteux affectent-ils la résistance des Camalots à chaque extrémité de la gamme ?  

Comme pour tous les labos de contrôle de la qualité, il est important de se souvenir qu’il s’agit d’un petit échantillonnage testé dans des conditions plutôt idéales : le test est paramétré avec précision et réalisé avec des limes en acier pour obtenir le moins de variations possibles.

Pour faire simple, nous avons restreint la liste pour réaliser deux séries de tests :

 

:

 

Test 1 : Test norme CE

- Suivant la norme CE - le Z4 #0, le C4 #7 et #8 ainsi que différents Camalots de taille intermédiaire.

 

  • Pour déterminer le pourcentage de réduction de la résistance en comparant le test rétracté à 25 % et rétracté à 75 % et …
  • Afin de pouvoir comparer directement petites et grandes tailles dans les deux configurations de tests aux normes CE

 

Test 2 : Test asymétrique non standard

 - uniquement des Camalots C4 de plus grande taille.

 - Pour démontrer les possibilités et les limites des placements des Camalots de plus grande taille.

 

 

Test 1

 

Test standard CE – Résultats

CE Standard Test

#1 Camalot – rating 14kN – tested at 50% retracted - Broke at 15.5kN

Le tableau suivant présente les résultats issus de la configuration de test standard CE (pour plus de simplicité nous n’indiquons pas toutes les tailles de Camalots) :

 

Cam

Rating (kN)

25% Average Peak Load (kN)

50% Average Peak Load (kN)

75% Average Peak Load (kN)

% Strength Reduction

Z4 #0

5

5.45*

6.58

8.98*

na

Z4 #0.5

10

13.30

13.01*

12.78

4%

Z4# 0.75

10

14.67

14.19*

14.96

-2%

C4 #1

12

14.47

15.31*

14.35

1%

C4 #2

12

14.42

15.41*

18.43

-22%

C4 #3

12

13.81

15.10*

18.18

-24%

C4 #7

8

11.70

14.06*

16.44

-29%

C4 #8

5

8.73

13.03*

12.26

-29%

Table 1 : Résumé des tests pour différentes tailles de Camalots Z4 et C4. – tests réalisés selon le protocole de tests pour norme CE

 

*Non requis par les tests aux normes CE mais ajouté au tableau pour l’exhaustivité

 

 

Test standard CE - Analyse

 

Au regard des résultats du Tableau 1, il ressort plusieurs éléments clés :

  1. De manière générale, la résistance ultime est plus élevée que ce que les résultats montrent typiquement pour un scénario normal de sollicitation sur le terrain. C’est bon signe. Cela signifie que lorsque le placement est bon, les Camalots sont assez robustes pour résister à un coup de batteur.

  2. Dans les tailles medium testées, les différences de résultat entre les configurations rétracté à 75 % et rétracté à 25 % sont négligeables.

    1. Les résultats des Z4 #0.5 et #0.75 et le C4 #1 ne présentent presque pas de différence de résistance ultime entre les deux scénarios de tests. 
    2. Les cames pour ces tailles permettent un placement plus sûr et les possibilités plus nombreuses pour permettre l’action des cames sans situation d’instabilité ou de retournement.

    3. Ces tailles ont une marge d’erreur plus importante et peuvent s’adapter légèrement aux placements imparfaits. 
  3. Cependant, plus les Camalots grossissent, le pourcentage de réduction de la résistance entre les deux scénarios de tests augmente.   
    1. Pour les Camalots de taille Medium, rétractés à 25 %, il y a peu de surface de came en contact avec le rocher. Lorsque sollicitée, la came se cisaille sous une charge moins lourde que lorsque rétractée à 75 %.

    2. Pour les Camalots les plus larges, le pourcentage de réduction est dû au fait qu’avec un Camalot moins rétracté, les cames montrent une instabilité et une tendance à se déformer.    

  4. Dans le cas du Z4 #0, en raison de son éventail limité de possibilités, la norme précise qu’il est testé uniquement rétracté à 50 %, ce qui bien sûr ne permet pas de calculer son pourcentage de réduction de la résistance. Le fait que cette taille ne soit pas testée rétractée à 25 % illustre parfaitement la sensibilité aux rétractions de faible ampleur et le besoin de placements précis et sûrs.  

Lobes of #7 buckling

 

 

Test standard CE – Différences des modes de ruptures

 

Cam

Rating (kN)

25% Average Peak Load (kN)

50% Average Peak Load (kN)

75% Average Peak Load (kN)

Z4 #0

5

Lobe Invert

Lobe Invert

Lobe Invert

Z4 #0.5

10

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

Z4# 0.75

10

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

C4 #1

12

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

C4 #2

12

Lobe Shear

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

C4 #3

12

Lobe Shear

Cable at Thumbloop

Cable at Thumbloop

C4 #7

8

Lobe Buckle

Cam Failure

Cam Failure

C4 #8

5

Lobe Buckle

Cam Failure

Cam Failure

 

 

Les modes de rupture des Camalots peuvent varier :

Cam failure

#0 Z4 Camalot – tested at ?% retracted - Broke at ?kN

 

  1. Dans le cas du Z4 #0 l’éventail des possibilités est très limité et la surface en contact avec le rocher est réduite. Lors des tests, il est normal de constater que les cames basculent légèrement au fur et à mesure que la charge augmente. Pour le #0 l’ampleur de la rotation requise pour passer de 50 % à 0 % de rétraction est minime et provoque la rupture du Camalot. Le mode de rupture le plus fréquent est dû à l’inversion des cames qui provoquent l’éjection du Camalot hors de son placement. 

  2. Pour les Camalots de taille intermédiaire dans des placements de bonne qualité, le mode de rupture est typiquement la rupture du câble de l’anneau de pouce.
  3. Pour certains Camalots de taille Medium, rétractés à 25 %, il y a peu de surface de came en contact avec le rocher. Lorsque soumis à charge, l’aluminium de la came se cisaille.

  4. Pour les coinceurs de très grande taille, tels que le #7 et le #8, dans des placements de bonne qualité, les axes de cames peuvent se tordre, les cames peuvent se rompre et quelquefois se déformer, alors que lorsque rétractées à 25 %, les cames se déforment systématiquement.  Tout basculement léger ou mauvais alignement amplifie ce phénomène.

 

Cam failure 2

#8 Camalot – Lobes buckling

 

 

Test Standard CE – Conclusion

 

Le fait de placer un Camalot de grande taille rétracté au minimum peut réduire considérablement la résistance de l'ensemble en raison de la tendance des cames à se déformer. Le placement d'un micro-Camalot avec une rétraction minimale peut également réduire considérablement la force de l'ensemble en raison de la tendance à l'inversion des cames. Tandis que le mode de rupture diffère considérablement pour les deux tailles de Camalots, leur « sensibilité à l’éjection » hors des placements est presque identique.

Cam failure 3

 

 

Les Camalots sont moins résistants lorsque rétractés à 100 % : Réalité ou Fiction ?

 

Ajoutons que plus le Camalot s’approche des 100 % de rétraction, plus il gagne en résistance. Il est généralement entendu qu'un Camalot est plus faible lorsqu'il est placé en position de rétraction complète. Certains appellent cet état « sur-rétracté ».  Ce n'est pas vrai. Plus un Camalot approche les 100 % de rétraction dans un placement, plus il est résistant. Mais un Camalot placé en rétraction totale possède un inconvénient : il est très difficile voire impossible de le retirer sans endommager le rocher ou le Camalot en question.

 

 

Test 2:

 

Test asymétrique non standard

 

Lors du développement d'un nouveau produit ici chez BD, nous réalisons de nombreux tests en plus des tests standard CE existants visant à valider un produit. Ces tests sont effectués dans le but de mieux comprendre les conséquences des éventuelles mauvaises utilisations pouvant survenir sur le terrain.  Un de ces tests consiste à tenir le Camalot à un angle hors axe par rapport au sens du tirage pour voir ce qui se passe.  Tous les tests précédents dans cet article ont été réalisés dans des conditions de placements idéales.

Donc, qu’en est-il de la résistance des Camalots de grande taille lorsqu’ils sont placés hors axe par rapport au sens de tirage ?    

Cette seconde batterie de tests a été réalisée sur les plus gros C4 (#5, #6, #7, #8) et placés à environ 30 degrés de la verticale avec une rétraction de 50 % et des cames rétractées de manière non homogène. Dans la plupart des cas, le Camalot s’oriente dans le sens du tirage mais pour ce test en particulier, le Camalot a été maintenu hors alignement pour représenter le pire des scénarios.

 

 

Test asymétrique non standard - Résultats

 

30 degree off vertical ultimate strength testing results

Figure 6 : Résistance ultime 30o à la verticale - Résultats des tests

 

Test asymétrique non standard – Analyse des résultats

 

Sur la base de tests plus anciens, il a déjà été établi que plus la taille augmentait, plus l’instabilité augmentait.  Les points suivants sont des éléments clés des défauts de performance des C4 de grande taille lorsque soumis à charge non homogène :

  1. Placer le Camalot dans cette orientation ne fait qu’amplifier la tendance du coinceur à se déformer hors plan.
    1. Le pourcentage de rétraction joue un rôle majeur dans la performance du Camalot dans ce cas précis. Le pourcentage de rétraction augmente la stabilité du Camalot qui conséquemment augmente la capacité de celui-ci à supporter des charges plus importantes. Ces tests sont réalisés rétractés à 50 %, ce qui ne représente pas le pire des scénarios mais idéalement le Camalot serait à un pourcentage de rétraction supérieur s’il était utilisé de cette façon.

  2. Avec tout d’abord le C4 #5, la résistance diminue à un taux constant sous une charge qui est radicalement moins importante que ce qui est constaté lors des tests classiques appropriés.

    1. Plus la taille de la came augmente, plus la force du moment s’amplifie, ce qui contribue à la rupture avec des charges peu importantes.
    2. Lors des sollicitations non homogènes, certaines cames sont soumises à des forces plus élevées que d’autres. Pour cette raison, les légères irrégularités peuvent accélérer la déformation, qui s’effectue plus rapidement que si la charge était répartie sur les quatre cames de manière homogène.

 

 

 

Test asymétrique non standard – Conclusions

 

Les Camalots de grande taille sont davantage vulnérables aux réductions de résistance que les petits Camalots lorsque placés hors axe par rapport au sens de tirage. Il est essentiel que les cames de grande taille soient placées de manière à être orientées dans la direction de la sollicitation, avec chaque came rétractée de manière aussi homogène que possible, et rétractée au maximum.

 

Valeurs de résistance de réserve

 

Chez BD, nous prenons en considération plus de critères que les seules exigences de normes CE pour attribuer une résistance à une taille de Camalot. Les résultats de nos tests internes sont également amplement examinés.

Au regard des résultats de tests susmentionnés, les charges dépassent effectivement la valeur de résistance de 5kN (pour le Z4 #0 et le C4 #8) et de 8kN (pour le C4 #7). Cependant, en raison des limites connues et de la sensibilité aux placements, une valeur de résistance de réserve a été choisie pour répondre aux besoins des utilisateurs en quête du placement le plus optimal possible.

 

 

Ultime remarque

 

Il est très improbable que chaque placement sur le terrain soit parfait et pour certaines tailles cela est plus acceptable que pour d’autres. Alors que chaque pièce devrait être placée avec précaution, un soin supplémentaire devra être accordé aux tailles de Camalots situées à chaque extrémité de la gamme :

  • Une rétraction suffisante des cames et une sollicitation symétrique sont les clés d'un bon placement.

Figure 7 : La notice de nos Camalots indique quelques cas de placements douteux auxquels il convient de prêter attention.

Même si la taille des Camalots de grandes dimensions donne l’apparence d’un point de protection robuste et fiable, leur performance en termes de résistance ultime est similaire à celle d’un microcoinceur et doit être considérée comme telle avant de s’engager dans une vilaine fissure offwidth.

Restez prudents en montagne,
HG

 


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