Note introduttive

Nella precedente articolo (vedi n° 255 della Rivista) abbiamo preso in considerazione il decadimento delle proprietà fisico-meccaniche dei filamenti di nylon che costituiscono le moderne corde da alpinismo, causato sia per effetto dell’esposizione ai raggi UV, sia per imbibizione con acqua. In questa seconda parte, prenderemo invece in considerazione gli effetti dell’invecchiamento/usura delle corde da alpinismo.

E’ questo un argomento molto sentito dagli utenti della montagna, senza dubbio essenziale per quelle strutture che operano fornendo servizi altamente professionali quali le guide alpine, i volontari del Corpo Nazionale Soccorso Alpino e Speleologico, gli istruttori delle Scuole di Alpinismo e di Sci Alpinismo.

Cercheremo di affrontare l’argomento nella maniera più semplice possibile al fine di chiarire alcuni aspetti fondamentali del fenomeno (anche alla luce di recenti osservazioni sperimentali condotte) e soprattutto di sgomberare il campo da falsi preconcetti.

Possibili cause di invecchiamento
L’argomento si presenta assai complesso di quanto possa sembrare e richiederebbe di essere affrontato con mezzi di ricerca ben più cospicui di quelli che le varie associazioni dell’UIAA (Unione Internazionale Associazioni Alpinistiche) possono dedicargli. Bisogna considerare inoltre il fatto che, almeno fino ad oggi, non si può contare sull’appoggio di produttori di filato e costruttori di corde. Questi sono i principali motivi per cui, pur essendo il problema allo studio da oltre trent’anni e nonostante una notevole accelerazione degli studi in tempi recenti, poco si è concluso.

La Commissione Materiali e Tecniche del CAI ha comunque gradualmente pubblicato l’informazione che si veniva elaborando; ciò non solo allo scopo di far vedere agli utenti gli sviluppi delle ricerche ma anche perché, data la complessità dell’argomento, si è preferito diluirne l’esposizione in modo che chi è veramente interessato possa meglio apprezzare i vari aspetti del problema [1-2-3-4-5]. Per approfondire la conoscenza del fenomeno la CMT ha inoltre programmato l’esecuzione di una sperimentazione a largo respiro sia a livello di laboratorio sia sul campo di utilizzo pratico, in montagna e/o in falesia.

E’ opportuno chiarire, per prima cosa, che parlare di invecchiamento ed usura è un po’ improprio perché solo di usura si tratta: una corda tenuta nel cassetto in effetti non invecchia, nel senso che non si riduce la sua resistenza originaria. Allo scopo sono state verificate le prestazioni dinamiche - in termini di comportamento al Dodero - di alcune corde tenute in casa, senza usarle, per oltre15 anni. I risultati dei test (forza d’arresto, numero di cadute, ecc.) hanno riportano infatti valori perfettamente il linea con quelli esposti dalla casa costruttrice [5].

Dell’effetto della luce solare sulla resistenza delle corde, a causa della radiazione ultravioletta (UV), abbiamo già parlato nel precedente numero della Rivista.

Altri agenti atmosferici naturali potrebbero pure essere chiamati in causa quali possibili responsabili dell’invecchiamento. Gran parte della materia è già stata studiata però dai stessi ricercatori che si sono occupati della radiazione UV. Holker e altri (3) hanno riscontrato che gli effetti di ossigenazione del polimero (contatto di aria ed ossidanti con la fibra), del calore (sempre nel limite ragionevole di temperature raggiunte naturalmente), dell’umidità dell’aria e degli inquinanti presenti nell’aria stessa sotto forma di gas sono senz’altro trascurabili rispetto al quello della luce solare sul nylon. Inoltre i pigmenti e gli additivi, usati dai costruttori per ridurre l’effetto UV, sono stabilizzanti non solo nei confronti di questa radiazione, ma anche nei confronti di questi altri agenti atmosferici.

Ovviamente sono state affrontate, anche se non completamente, le problematiche derivanti dalla sporcizia da agenti non naturali e naturali. Compito molto arduo sarebbe dare una risposta di validità generale; evidenziamo solamente che agenti non naturali, potenzialmente in grado di provocare effetti disastrosi e difficilmente prevedibili sulle corde, sono rappresentati da: solventi chimici, acidi, esteri, ammidi, soluzioni saline, prodotti petroliferi (benzine, gasolio, combustibili liquidi, idrocarburi), adesivi e colle, agenti biologici (funghi, muffe). E’ evidente come sia difficilmente quantificabile questa tipologia di invecchiamento, comunque evitabile mediante una buona conservazione ed un attento uso della corda. Si rammenta come la corda rappresenti l’elemento più importante della catena di sicurezza; è quindi necessario, oltreché doveroso, devolvere la massima cura alla sua conservazione. Richiamiamo inoltre l’attenzione al fatto che solventi chimici sono normalmente contenuti in colle, pennarelli, detergenti e similari. E’ pertanto da evitare il lavaggio della corda con qualsiasi solvente diverso dall’acqua e l’uso di qualsiasi marchingegno (per segnare la metà della corda) che non sia perfettamente compatibile con il polimero. Riguardo agli agenti naturali sappiamo come la corda, anche a causa delle sue caratteristiche costruttive, sia in grado di assorbire una grande quantità di sporcizia sotto forma di cristalli presenti nel terreno e nell’aria. Ma ancora una volta questo effetto da solo difficilmente spiegherebbe l’invecchiamento delle corde, in quanto la sporcizia viene accumulata solamente sulla calza e la sua diffusione in profondità è quasi nulla in condizioni di assenza di stress meccanico.

E’ l’usura il vero nemico della corda. I suoi effetti, particolarmente intensi nelle discese a corda doppia e nell’arrampicata in moulinette viene aggravato proprio, come su esposto, dalla sporcizia (polvere abrasiva che penetra nella corda, cristalli dovuti al sale portato dall’acqua che poi evapora, altre cause per ora ignote). Tale fenomeno viene esaltato, nelle corde doppie, dallo sfregamento delle corde stesse sul discensore che, caricando di elettricità statica la corda, permette alle particelle di venire maggiormente attratte verso la corda. L’usura si concentra particolarmente nella camicia della corda (come è noto le corde sono costituite da due parti ben distinte: un agglomerato interno, chiamato anima, ed un involucro esterno detto camicia). L’anima è costituita da un insieme di trefoli (ossia un fascio più o meno grosso di fili ritorti e/o intrecciati tra loro) il cui numero varia a seconda del produttore (ad esempio Roca impiega tre soli grossi trefoli mentre Beal, Edelrid, Mammut, tanto per citarne solo alcuni, ne impiegano di più sottili in un numero variabile da 8 a 15 a seconda del diametro nominale della corda. La camicia presenta invece una costruzione tubolare ottenuta per intreccio (tipo trama-ordito) di un insieme di stoppini (il numero varia da 32 a 48) torsionati tra loro; a seconda del compattezza e/o di rigidità che si vuol conferire al manufatto la lavorazione può essere eseguita a maglie più o meno strette. E’ da notare inoltre che i fili che costituiscono l’anima, pur presentando all’incirca lo stesso spessore, si differenziano da quelli della camicia sia per l’aspetto sia per le caratteristiche meccaniche (in genere quegli interni sono in genere di colore bianco ed abbastanza elastici - colorati e un po’ più rigidi quegli esterni).

Facciamo presente che la maggior parte degli utilizzatori delle moderne corde da arrampicata è purtroppo ancora oggi convinta che solo l’anima della corda sarebbe deputata ad assorbire l’energia generata in una caduta, mentre la camicia svolgerebbe principalmente un ruolo di protezione e di contenimento. Uno studio svolto dalla CMT ha invece dimostrato come la camicia ha nella resistenza di una corda un ruolo ben più importante. Entrambi i componenti (camicia e anima) contribuiscono, infatti, all’assorbimento di energia, pur deformandosi con modalità diverse per effetto delle loro differenti caratteristiche costruttive. Appare evidente come quanto maggiore è il numero di filamenti che forma la camicia, tanto più elevato sarà il contributo dato dalla camicia stessa in termini di resistenza alla rottura quando la corda viene sottoposta a trazione (vedi Tab. 1).

A questo proposito vediamo di formulare alcune ipotesi, cercando per quanto possibile di verificarle con alcune osservazioni sperimentali esistenti. Le possibili cause di invecchiamento vanno ricercate nel deterioramento dei materiali che compongono la corda oppure nella modificazione della struttura della corda stessa. Vediamo di individuare alcune ragionevoli fonti di invecchiamento, e di discutere i vari effetti, per quanto possibile separatamente.

Effetto della temperatura
Una prima causa di variazione di cristallinità in un polimero è un’esposizione ad alta temperatura (attorno ai 100-140 C) in condizioni di tensione nella corda. In queste condizioni la cristallinità aumenta per varie cause: ulteriore allineamento dei cristalliti favoriti dalle alte temperature; minore viscosità del solido; degrado ossidativo del polimero stesso.

Queste sono condizioni che raramente si verificano in una corda, ma alle quali, nell’uso comune ci si avvicina come nel caso di lunghe e veloci corde doppie e soprattutto nel caso di trattenuta di un forte strappo generato in una caduta. Il primo caso è in corso di studio e si sta cercando di quantificare il danno subito da un discensore ‘dimenticato’ sia sotto, che senza, tensione.

Stress meccanico
Le prove dell'ing. Zanantoni descritte sopra hanno dimostrato che l’effetto dello stress meccanico da solo non riesce a giustificare il degrado delle corde (vedere le conclusioni di Costacciaro). C’è però da distinguere tra stress meccanico di lieve entità, persistente nel tempo, e choc meccanico provocato da caduta. In quest’ultimo caso il decadimento delle proprietà di una corda è garantito e può essere anche di notevole entità. Le principali ragioni di questo decadimento possono ascriversi alle alte temperature raggiunte localmente ed ai notevoli sconvolgimenti della struttura della corda, più che ad un degrado proprio del polimero.

Le prove sperimentali
Alla luce dei risultati esposti in precedenza, risulta abbastanza logico che alcuni ricercatori si siano cimentati in prove sperimentali dirette sulle corde da alpinismo. Si è già parlato delle prove dell'ing. Zanantoni, mai pubblicate, ma estremamente interessanti per spiegare come il semplice passaggio attorno ad un perno (fatica del materiale ed irraggiamento da UV) non siano sufficienti a giustificare il degrado della corda. Si è già riportato delle affermazioni delle case costruttrici e si è accennato ai risultati ottenuti dal gruppo di lavoro di Costacciaro.

Probabilmente i risultati più interessanti sul fenomeno sono stati ottenuti da Pit Schubert (5) e sono riassunti nella figura 5 dove viene diagrammata una resistenza meccanica convenzionale della corda (ottenuta mediante una prova a rottura su spigolo) in funzione dell’uso (espresso in metri di arrampicata) per diverse condizioni di utilizzo. I punti sono divisi secondo le modalità di utilizzo (corda doppia, arrampicata, entrambe) e dell’ambiente di utilizzo (calcare di Arco, granito).

- Figura 5: degrado delle caratteristiche meccaniche di una corda con l’uso espresso in metri di arrampicata

La scelta di Schubert di utilizzare resistenza a trazione su spigolo può essere criticata o condivisa, ma in questa sede non è importante in quanto risponde, in prima approssimazione, al degrado subito dalla corda. Inoltre questa prova è molto vicina alle condizioni di vera rottura delle corde in montagna.

Risulta evidente dal diagramma che l’effetto dello stress realmente subito dalla corda è preponderante per il decadimento delle sue caratteristiche meccaniche sia derivi dall’uso come corda doppia che dall’uso in arrampicata (sfregamento su parete e su moschettoni).La seconda conclusione che possiamo trarre dall’analisi delle prove di Schubert è che si ottengono curve di decadimento diverse a seconda dell’ambiente in cui la corda è stata preponderantemente usata: molto maggiore l’effetto in ambiente granitico che calcareo. Se combiniamo questa osservazione con quella dell'ing. Zanantoni, che l’effetto stress da solo non porta a decadimento, possiamo concludere che la causa di invecchiamento delle corde da alpinismo è un effetto combinato di stress e sporcizia naturale.

Un ipotesi di meccanismo di invecchiamento delle corde
Alla luce dei risultati e delle considerazioni esposte, risulta ragionevole supporre che il principale meccanismo di invecchiamento delle corde sia il seguente. Inizialmente la corda, a causa del suo sfregamento e mediante contatto con la parete si carica di particelle: microcristalli e polveri finissime. Tali particelle riescono poi a diffondere nella matrice della corda, a causa dell’effetto di compressione e di trazione che le fibre subiscono in un passaggio attorno ad un perno. Infatti, durante il passaggio attorno ad un perno si realizza una notevole distorsione della struttura interna dei trefoli e dei monofilamenti.

Tale distorsione è facilitata della presenza dei cristalli che sono penetrati attraverso la calza fino all’anima e dentro alla medesima. Le particelle nella loro diffusione alterano la struttura della corda in diversi modi. Il più importante è senz’altro quello di realizzare delle micro cricche (6); queste sotto tensione, possono propagarsi localmente fino a rendere il materiale meno resistente, ma possono anche, con la loro intrusione, modificare localmente la struttura dei trefoli e quindi, per quanto visto in precedenza, le caratteristiche meccaniche e di deformabilità della corda. Un’ulteriore effetto, riconducibile direttamente all’effetto di inclusione descritto sopra, è il possibile aumento della cristallinità globale della corda dovuto alla intrusione di materiale altamente cristallino (microcristalli) in una matrice avente un certo grado di cristallinità minore del 100%. Inoltre, l’intrusione di particelle estranee modifica la conducibilità termica globale della corda favorendo gli aspetti di degrado termico (4).

E’ conveniente notare anche che un aumento della temperatura favorisce il fenomeno di degradazione in quanto aumenta il volume della corda e diminuisce la viscosità del solido, portando in definitiva ad una maggiore mobilità dei cristalliti nella corda e rendendo la struttura meno ordinata. Durante il passaggio attorno ad un perno avviene di fatto un aumento di temperatura dovuto ai fenomeni di attrito, localizzato proprio sul punto di istantaneo scorrimento e flessione della corda.

L’ambiente in cui viene utilizzata la corda ha la sua importanza, in quanto in ambiente granitico, i monocristalli di silicato di allumina che risultano molto duri e fragili, modificano la struttura in maniera notevole, favorendo anche l’effetto di generazione delle microcricche. In ambiente calcareo o dolomitico, i cristalli di calcite sono i maggiori responsabili della degradazione, ma anche l’interstizione di sali di calcio e magnesio penetrati per effetto dilavante, cioè trascinati dall’acqua e poi depositati nella corda dopo evaporazione possono essere ritenuti corresponsabili.

Date le caratteristiche diverse dei cristalli, risulta spiegabile il maggior invecchiamento causato dell’ambiente granitico rispetto all’ambiente calcareo, come evidenziato dalla figura 5 Infine, alla luce di questa teoria possono essere interpretati anche i risultati riportati in tabella 1 e in figura 2 e 3 della maggiore degradazione delle corde in ambiente salino. Infatti il cloruro sodico, senz’altro presente in tale ambiente, viene trasportato all’interno della corda per azione dell’acqua e dopo essiccamento rimane confinato nella corda sotto forma di cristallo cubico a facce centrate con spigoli vivi. La sua presenza riduce quindi, alla luce della teoria su esposta le caratteristiche globali della corda.

Conclusioni
Le prove fatte e il meccanismo esposto permettono di trarre alcune importanti conclusioni sul tema così scottante dell’invecchiamento delle corde.
L’irraggiamento UV non è il responsabile dell’invecchiamento, così come non lo sono altri agenti naturali quali l’umidità, il calore, i gas presenti in atmosfera, ecc. Maggiori studi dovrebbero essere svolti per definire meglio l’effetto di un forte calore localizzato sulla corda (effetto discensore). Neanche la sporcizia, così come lo stress (passaggio attorno ad un perno) riescono da soli a spiegare i risultati sperimentali ottenuti in prove sul campo o in laboratorio. Solo l’effetto combinato, quindi contemporaneo, dello stress e della sporcizia riesce ad interpretare i risultati sperimentali ottenuti.
Mi sento quindi di dare alcuni suggerimenti a me stesso, ai colleghi alpinisti ed a tutti gli utenti della montagna sensibili a questi problemi.

L’accumulo nella corda di un grande quantità di microcristalli è la fonte principale del degrado di una corda. L’accumulo dei microcristalli all’interno della corda però, avviene solo se la corda è sottoposta ad uno stress meccanico, anche di non forte entità. Quindi una corda, se utilizzata evitando di sottoporla a forti stress dura molto, anche se usata in ambienti in cui il calore, la sporcizia naturale, i raggi UV sono notevoli. Viceversa, una corda sottoposta a notevoli stress ed utilizzata in ambiente in cui riesce a sporcarsi può ridurre le sue caratteristiche in breve tempo. Le peggiori condizioni di usura per una corda, in base alle considerazioni finora esposte ed anche alla luce di alcune esperienze personali, è proprio l’uso in palestre dove di norma si arrampica assicurando dal basso (moulinette), peggio se in ambiente salino per vicinanza del mare.

Pertanto le corde usate esclusivamente per alpinismo classico possono ritenersi longeve, mentre quelle utilizzate in palestra dovrebbero essere sostituite più frequentemente; consiglio quindi di non utilizzare la stessa corda per le attività di montagna e di palestra. Una buona conservazione ed un uso accorto della corda sono comunque da ritenersi indispensabili per evitare che la stessa venga a contatto con sostanze che potrebbero danneggiarla irreversibilmente.

La Commissione Centrale Materiali e Tecniche, in collaborazione con la Commissione Interregionale Materiali e Tecniche V.F.G., sta svolgendo un notevole lavoro per riuscire a rispondere in maniera più quantitativa ai quesiti di partenza di questo lavoro. Al momento attuale il grafico di Schubert parla molto chiaro: in condizioni di usura massima, una corda perde circa il 50% delle sue caratteristiche in termini di resistenza a trazione su spigolo dopo 5000 metri di utilizzo. Questo risultato sperimentale dovrebbe far riflettere gli utilizzatori delle corde da alpinismo e speleologia. Riprendendo infine un concetto espresso in apertura, l’invecchiamento di una corda si riflette sia nel degrado della capacità di assorbire energia che nella sua resistenza a strappo su spigolo, rendendone il suo utilizzo pericoloso per chi cade e per chi assicura.

Bibliografia
[1] Pierangelo Bellotti - Quanto dura una corda d’alpinismo? - La Rivista del CAI, maggio-giugno 1995
[2] Maurizio Fermeglia - Invecchiamento delle corde da alpinismo - Le Alpi Venete, primavera-estate 1995
[3] Holker, J.R., Vevers, B. and Warwicker J.O. - Effetts of Ultraviolet Radiation and Sea Water on Polyester and Polyammide Yarns - Trans. I.Mar.E (c) Vol 97, conf. 2 Paper 26 and Reinert G., Photostability of Polyamide Fibres, Melliand Textilberichte 69 (1988) pp. 58-64
[4] Gigi Signoretti - Senza una camicia coi baffi… non ci rimane che l’anima! - La Rivista del CAI, maggio-giugno 1997
[5] Gigi Signoretti - Fino a che punto è lecito “alleggerire” la sicurezza? - La Rivista del CAI, luglio-agosto 1997
[6] Carlo Zanantoni - Le corde nel cassetto - La Rivista del CAI, marzo-aprile 1997
[7] Pit Schubert - Was halten nasse und vereiste Seile? - Sicherheitskreis im DAV; Tätigkeitsbericht 1971-1973

Note
[a] La poliammide 6 (o nylon-6) è un prodotto sintetico che si ottiene per polimerizzazione del caprolattame, un’ammide ciclica a 6 atomi di carbonio. Come altre poliammidi (quali il nylon-6.6, ottenuto da acido adipico ed esametileniammina, entrambi a 6 atomi di carbonio, donde 6.6 appunto), il nylon 6 è caratterizzato da notevoli proprietà di resistenza alla trazione abbinate ad una elevata elesticità, per cui ha trovato larghissimo impiego nel settore tessile. La fibra che se ne ricava ha il nome commerciale di Perlon.
[b] Il Dodero è l’apparecchiatura utilizzata per valutare certe prestazioni della corda e convenzionalmente determinarne, in base al numero delle cadute sostenute in condizioni controllate di temperatura (20°C) e di umidità relativa (65%), la resistenza dinamica. Per ottenere l’omologazione, secondo le norme CEN, una corda semplice deve resistere senza rompersi ad almeno 5 cadute, producendo uno sforzo massimo alla prima caduta non superiore a 1200 daN. Il test viene eseguito facendo cadere ad intervalli regolari di 5 minuti, per un’altezza totale di 4.6 m, una massa di 80 kg legata all’estremità di uno spezzone di corda lungo 2.5 m; l’altra estremità dello spezzone è bloccata ad un ancoraggio e passa attraverso un foro calibrato, di caratteristiche simili a quelle di un moschettone (punto di rinvio sul quale in genere avviene la rottura della corda), situato poco sopra l’ancoraggio stesso.

Ringraziamenti
L’autore ringrazia per la cortese collaborazione il Direttore del Laboratorio del Dipartimento di Costruzioni e Trasporti dell’Università di Padova, presso il quale sono stati eseguiti i test al Dodero. Un grazie riconoscente va inoltre ai colleghi del CAI-CMT Lorenzo Contri e Carlo Zanantoni per i preziosi consigli e gli utili suggerimenti forniti per la stesura del presente articolo.