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

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

BEAUTY AND THE BEAST

The new C4 #7 & #8 Camalots are massive cams, some of the biggest out there. They make the C4 #5 look like a hand-sized piece! These big beasts are made for protecting grueling desert off-widths, wide pitches mid-way up El Cap and everything else maw-gapingly wide. This year we released our smallest and biggest cams ever made—the micro size Z4 #0 and now these big boys. At first glance you might not imagine that these sizes have anything in common but that isn’t necessarily true. Size usually plays into the perception of the strength of a cam. It’s much more confidence inspiring to fall or hang on a hand-size cam than a tips-crack piece. This is true for the majority of sizes up to a critical point, which is reached with these extra-large pieces. In this QC lab we will explore and compare the performance similarities of the C4 #7 and #8 to the Z4 #0, as well as show why these monster-sized cams are rated closer to a micro cam rating than you may think.

DEFINITIONS

Before diving into the test results, it is important to understand a few of the key definitions that will be used throughout:

ULTIMATE STRENGTH

Refers to the load at which there is total failure of the cam, most often this is shown in kilonewtons (1kN is about 225lbf). These loads are determined by a slow loading of the cam at various predetermined sized “cracks” based on the expansion range of the cam. For a cam, or in the official lingo, friction device, to meet CE requirements, the minimum ultimate strength must be 5kN or 1124lbf.

PERCENT RETRACTION & EN12276 MOUNTAINEERING EQUIPMENT – FRICTIONAL ANCHORS 

For all personal protective equipment (PPE) to be sold in Europe it must be CE certified. Each category of equipment has its own specific set of requirements outlined in the EN standard: for cams this standard is EN12276 - Frictional Anchors. There are many requirements in the standard including ones for markings, instructions, use of materials etc. but the main one we will be looking at here is the ultimate or breaking strength. There are two main destructive tests that a cam must pass to be certified: loaded at 25% retracted; and loaded at 75% retracted. These represent a less than ideal, sketchy placement (25% retracted) and a stronger, more preferred placement of 75% retracted. The following formulas are used to find the appropriate placement widths with Bmin referring to the retracted width and Bmax being the fully non-retracted dimensions of the cam.

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. 
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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

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

*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.
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3. Cependant, plus les Camalots grossissent, le pourcentage de réduction de la résistance entre les deux scénarios de tests augmente.   
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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.  

Les modes de rupture des Camalots peuvent varier:

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.

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.

#7 lobes buckling

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

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.
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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.
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Est 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