Pevnostní zkoušky uzlu Polonéz

Úvod

O tom, že uvázáním uzlu na lano, se pevnost lana sníží [1, s. 71] nikdo v dnešní době nepochybuje. Ostatně, mnohé provedené testy tuto skutečnost opakovaně potvrdily [2, s. 415]. Na rozdíl od nejběžnějších uzlů jako osmičkové oko [3, čl. 4.1.1], devítkové oko [3, čl. 4.1.2] či horolezecký motýlek [3, čl. 6.1.2], které jsou testům podrobovány relativně často a jejich pevnosti jsou obecně známy (a často uváděny v přehledných  tabulkách) [2, s. 415], je poněkud opomíjen (a tedy není obecné povědomí o jeho pevnosti) uzel v Česku známý jako Polonéz [4, k. 4.1; 4, s. 63]. Toto označení získal při překladu Techniques de la spéléologie alpine, kde byl uveden pod názvem „Nœud polonais“ [6, s. 75].

Ve skutečnosti se jedná o „Polský uzel“ (Polish knot) [1, s. 73] občas označovaný jako „double lark’s foot“. Ve známé The Ashley book of knots se objevuje pod názvy „pile hitch“ [7, s. 217 a 307], nebo „single hook hitch“ [7, s. 314], příp. je tam zobrazen i bez názvu [7, s. 52].

Vzhledem k vlastnostem tohoto uzlu se jedná o smyčku (nikoliv o uzel), avšak dále v tomto textu bude dále označován jako „uzel“, příp. „uzel Polonéz“ nebo jen „Polonéz“. Jeho výhodou je zejména rychlé a snadné vázání a minimální spotřeba lana a při použití s dostatečně širokou karabinou, i snadné a rychlé rozvazování. Na druhou stranu není schopen tlumit rázové síly (např. v případě destrukce kotevního bodu, což ale průtah 10m úseku lana dokáže kompenzovat) [5, s. 64].

Využívá se při speleologii, výškových pracích a při záchraně s použitím lanových technik, nejčastěji k budování mezikotvení (přepínek), případně ke kotvení.

Ačkoliv odborná literatura znázorňuje princip jeho použití a způsob vázání, co se praktického použití týče (tzn. který pramen lana vycházejícího z uzlu je zatěžován) je literatura poněkud skoupá. Neřeší to Marbach [1, s. 73], nezabývá se tím Koutecký [5, s. 64] a v některých případech ani Ashley [7, s. 52 a 306]. Ten v  případě zavěšení lana na háku znázorňuje zatěžování zadního pramenu lana [7, s. 314] a ve druhém případě (při uvázání lana na kůl) zatěžování obou dvou pramenů excentricky. Matýsek pak v publikaci Speleoalpinismus při použití na přepínce zobrazuje zatěžování zadního pramenu lana [4, k. 4.1].

Tím, že (s výjimkou Matýska) chybí informace o tom, který pramen lana se má zatěžovat, nejsou dostupné ani informace o chování jednotlivých pramenů při zatížení.

1       Použité prostředky

1.1    Lano

Na testy bylo použité nové, nízko průtažné lano Truck bílé barvy, z produkce francouzského výrobce Courant, vyrobeném v červnu 2021. Lano bylo certifikované podle normy EN 1891, typ A. V návodu uvádí výrobce následující údaje:

• průměr:                 10,5 mm,
• materiál:                polyamid,
• statická pevnost:    30 kN,
• pevnost v uzlu⁸:   19 kN,
• pevnost šití:           23 kN
• pevnost opletu⁹:     47 %,
• posun opletu:         0,00 %,
• průtah 50/150 kg¹⁰: 3 %,
• hmotnost na 1 m:   73 g,
• smrštitelnost:         3,5 %,
• uzlovatelnost:         1.

Samotné zkoušce předcházelo ověření průměru lana¹¹ (tak, jak jej stanovuje ČSN EN 1891), z něhož vyplynulo, že jeho skutečný průměr je 10,69 mm.

1.2    Trhačka

Testy byly prováděny na stojanovém (vertikálním) hydraulickém trhacím stroji (dále jen trhačka) EU 20 společnosti VEB Werkstoffprüfmaschinen z roku 1987, repasované v roce 2001, schopné vyvinout maximální sílu 200 kN. Naměřené hodnoty zobrazuje na analogovém siloměru, který je součástí ovládacího panelu trhačky a zároveň je zaznamenává prostřednictvím souřadnicového zapisovače. Přesnost měření této pravidelně kalibrované trhačky, je 0,5 %. Rychlost zatěžování byla ovládána ručně, tak aby rychlost posuvu tažného ústrojí odpovídala požadavkům článku 4.1.2.2 z ČSN EN 364 [9].

1.3    Zkušební vzorky

Vždy po navázání uzlu do karabiny byl uzel řádně upraven a každý z pramenů uzlu byl staticky zatížen silou 1,5 kN. Z pohledu umístění zatěžovaného pramenu lana vůči západce karabiny se pro potřeby tohoto článku jednotlivé varianty dělí na zadní variantu a na přední variantu.

1.3.1 Zadní varianta

U zadní varianty lano vedoucí shora vchází do uzlu vepředu (blíže k západce) a zatěžovaný konec lana je vzadu (znázorněný šedou barvou).

1.3.2 Přední varianta

V tomto případě lano shora vchází do uzlu v zadní části karabiny a zatěžovaný konec lana vycházející z uzlu je vepředu (znázorněný šedou barvou).

2       Metody

V horní části trhačky byla připevněna spojka (karabina) Magnum Steel 2T¹² z produkce společnosti Rock Empire, s podélnou pevností 46 kN. Do této spojky byl uvázán Polonéz tak, aby provedení odpovídalo kotvení/mezikotvení.

Každé zkoušce předcházelo uvázání uzlu do karabiny, úprava uzlu a zatížení obou pramenů vycházejících z uzlu. Teprve poté proběhla samotná zkouška. Při zkoušce byl vždy zatěžován pouze určený testovaný konec lana vycházející z karabiny.

Každý z testů byl proveden třikrát (celkově proběhlo šest zkoušek).

Při vyhodnocování výsledků byl vypočten aritmetický průměr ze všech tří výsledků měření (). Následně byla vypočítána výběrová směrodatná odchylka (), a po ní střední kvadratická chyba aritmetického průměru (). K získání dále uvedených výsledků měření () byl Studentův součinitel 1,32¹³ (pro tři provedená měření při zvolení 68,3% pravděpodobnosti).

3       Výsledky

Zkoušky ukázaly, že zadní varianta Polonéze vykazuje nepatrně vyšší pevnost než přední varianta. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v následujících tabulkách. Tabulky 1 a 3 zobrazují síly, při jejichž dosažení došlo u každé zkoušky k přetržení uzlu. V tabulkách 2 a 4 jsou uvedeny výsledné pevnosti jednotlivých variant Polonéze.

Tab. 1: Výsledky zkoušek přední varianty

Test	Síla
č. 1	18,00 kN
č. 2	17,15 kN
č. 3	16,60 kN

Tab. 2: Pevnost přední varianty

Průměrná síla	Výběrová směrodatná odchylka	Střední kvadratická chyba
17,25 kN	0,54 kN	0,41 kN

Tab. 3: Výsledky zkoušek zadní varianty

Test	Síla
č. 1	17,95 kN
č. 2	18,18 kN
č. 3	17,45 kN

Tab. 4: Pevnost zadní varianty

Průměrná síla	Výběrová směrodatná odchylka	Střední kvadratická chyba
17,86 kN	0,29 kN	0,22 kN

Z tabulek je patrné, že vyšší pevnost, kterou vykazuje zadní varianta je málo významná (jedná se o rozdíl 0,61 kN).

4       Diskuse

To, že uzel uvázaný na laně snižuje jeho pevnost je všeobecně známý a opakovaně ověřený fakt. Stejně tak není tajemstvím, že způsob uvázání a použití se na pevnosti projeví. Příkladem mohou být tzv. horní a spodní varianty osmičkového oka, devítkového oka a dalších [2, s. 415] uzlů.

Zatímco v případě osmičkového oka doporučený způsob (spodní varianta) nepřímo vychází z technické normy [10, obr. 8], u Polonéze stanovený způsob použití chybí. V některých publikacích je sice znázorněno zatěžování zadního pramenu [4, k. 4.1], ale spíše než coby výsledek výzkumu, vychází toto použití spíše z přehlednosti uzlu na obrázku a celkového vzhledu uzlu uvázaného na kotevním bodu ve stěně.

V případě lana Truck (Courant) o průměru 10,5 mm uvádí výrobce téměř 37% snížení pevnosti lana¹⁴ při použití osmičkového oka. Provedené testy ukázaly, že zadní varianta Polonéze sníží pevnost lana nepatrně více než o 40 % a přední varianta sníží pevnost lana o necelá 43 %.

Toto porovnání Polonéze částečně diskvalifikuje. Na druhou stranu díky rychlému a snadnému vázání a následnému rozvazování své místo Polonéz v praxi má. Jeho největší výhodou však (kromě operativní nastavitelnosti) je zejména minimální spotřeba lana. Svou roli pro použití při pracích ve výškách, záchranářství či speleoalpinismu rozhodně má. Je až s podivem, jak moc je v praxi opomíjený.

Provedené testy ukázaly, že to, který pramen lana vychází z Polonéze a je zatěžován, hraje pouze nevýznamnou roli. Při zatěžování přední varianty je celková pevnost 17,3 ± 0,5 kN. V případě zadní varianty je pevnost 17,9 ± 0,3 kN.

Avšak i s těmito zjištěními je v případě uzlu Polonéze prostor pro další výzkum. Zejména pak:

1. při použití Polonéze v různých spojkách/karabinách (např. menší průměr, menší velikost, nepravidelný tvar atp.),
2. při použití s různými lany (různé stáří a různé průměry lan),
3. dynamické zatížení při zachycení pádu,
4. při použití s mokrým či znečištěným lanem.

5       Shrnutí a závěr

Zkoušky uzlu Polonéz provedené na laně s výrobcem uvedeným průměrem 10,5 mm (se skutečným 10,69 mm) ukázaly, že Polonéz sníží jeho pevnost přibližně o 42 %. Při porovnání obou variant možného zatížení uzlu je pevnost přední varianty 17,25 ± 0,54 kN a pevnost zadní varianty 17,86 ± 0,29 kN. Tyto hodnoty jsou praktické použití více než dostatečné a společně s dalšími přínosy tohoto uzlu, je Polonéz vhodný k používání.

Autoři si jsou vědomi skutečnosti, že tři provedená měření nemusí být chápána jako dostatečně průkazná. Je nezbytné si uvědomit, že záměrem zkoušky bylo porovnání dvou konců lana vycházejících z téhož uzlu, nikoliv studie o pevnosti uzlu Polonéz, již oba autoři doporučují.

Poděkování

Výzkum byl realizován bez jakékoliv institucionální podpory. Poděkování za poskytnutí zkušebních vzorků (lan, smyček a spojek/karabin náleží následujícím subjektům (abecedně) Courant, Lezectví.cz a Worksafety.cz.

Použitá literatura

• MARBACH, Georges a Bernard TOURTE. Alpine Caving Techniques. Allschwill, Caving Publications International, 2002. ISBN 3-908495-10-5
• ŠIMON, Jan, Vladimír DEKÝŠ a Peter PALČEK. Revision of Commonly Used Loop Knots Efficiencies. Acta Physica Polonica, A 2020, 138, s. 404–420. DOI: http://doi.org/10.12693/APhysPolA.138.404.
• ČSN 83 2610 Uzlování – Terminologie. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2021. Třídicí znak: 832610.
• MATÝSEK, Radomil. Speleoalpinismus I. a II. díl [CD-ROM]. Ostrava: Speleomat, 2002.
• KOUTECKÝ, Bohuslav. Některé méně známé uzly a jejich speleologické využití. Speleo. 2008, r. 18, č. 50, s. 60 – 68. ISSN 1213-4724.
• MARBACH, Georges a Jean-Louis ROCOURT. Techniques de la spéléologie alpine. 3. vyd. Pont-en-Royans: Expé, 2000. ISBN 2-9514640-0-2.
• ASHLEY, Clifford W. a Geoffrey BUDWORTH. The Ashley Book of Knots. New York, NY: Doubleday, a division of Batnam Doubleday Dell Publishing Group, Inc., 1994. ISBN 978-0-385-04025-9.
• ČSN EN 1891 Osobní ochranné prostředky pro prevenci pádů z výšky – Nízko průtažná lana s opláštěným jádrem. Praha: Český normalizační institut, 2000. Třídicí znak: 832641.
• ČSN 364 Osobní ochranné prostředky proti pádům z výšky. Zkušební metody. Praha: Český normalizační institut, 1996. Třídicí znak: 832660.
• ČSN EN 12841 Prostředky ochrany osob proti pádu – Systémy lanového přístupu – Nastavovací zařízení lana. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2024. Třídicí znak: 832635.