QC LAB: 야수 길들이기 – 빅 사이즈 캐머롯의 미학과 한계

사진: Andy Earl

정의

실험 결과에 들어가기에 앞서, 몇 가지 중요한 항목들의 정의를 살펴보도록 하죠.

극한 강도

캠이 외력에 의해 파괴될 때까지 견딜 수 있는 최대 응력. 보통은 킬로뉴턴(kN)으로 표현됨 (1kN이 대략 225lbf 정도). 이러한 응력은 캠의 확장 범위에 따라 미리 결정된 다양한 크기의 “크랙”에서 저속 하중에 의해 결정됨. 공식적인 표현으로는 프릭션 디바이스라고도 하는 캠은 CE 스탠더드를 충족해야 하며, 극한 강도는 최소 5kN (1124lbf) 여야 함.

캠이 접힌 정도(%) & EN12276 산악 장비 – 프릭셔널 앵커

유럽에서 거래되는 모든 개인 보호장비(PPE)는 CE 스탠더드를 의무적으로 충족해야 하며, 장비의 각 카테고리는 EN 스탠더드에서 제시하는 고유한 기준을 지켜야 합니다. 캠의 경우에는 EN12276 – 프릭셔널 앵커가 그 기준이죠. EN 스탠더드는 마킹, 설명서, 사용 가능한 자재 등 지켜야 하는 여러 기준들을 명시하고 있는데 이러한 여러 기준 중 오늘 우리가 살펴볼 것은 극한 강도 항목입니다. 캠이 공인받기 위해서는 두 가지 시험을 거쳐야 합니다. 캠이 25% 접혔을 때의 하중 시험과 75%일 때의 하중 시험, 이 두 시험은 결코 이상적이지 않은 상태의 캠을 시험하도록 되어있습니다. 꽤나 위험한 확보 상태의 25% 접힌 캠과, 더 강하고 선호되는 확보 상태인 75% 접힌 캠을 테스트하는 것이죠. 아래 제시된 공식은 적절한 확보 너비를 알아내기 위해 사용되었습니다. B_min는 접힌 너비를 나타내며 B_max는 캠이 완전히 펴져 있는 상태를 뜻합니다.

사진 1: 25% 캠과 75% 캠의 CE 테스트  / EN 12276

주의: 캠의 범위가 5mm이거나 그보다 작을 경우 CE 스탠더드는 25%, 75%가 아닌 50%에서 테스트를 거치도록 하는데, Z4 #0가 이 경우에 해당함.

사진 2: 캠의 전체 범위가 5mm보다 적을 경우의 CE 테스트

강도 감소 %

• 25% 캠과 75% 캠의 강도 차이를 명확하게 하기 위해 아래 공식을 통해 강도 감소 %가 결정됨

사진 3: % 강도 감소 공식

등급

-제품에 표시된 등급은 제조사가 제품이 여러 시험 조건에서도 지속적으로 기준을 충족시켰음을 나타냅니다. CE 스탠더드에서 요구하는 최소한의 등급은 5kN (1124lbf)이죠. 캠에 걸린 슬링의 등급 표시를 보면 두 가지 등급이 표시되어 있는 걸 볼 수 있는데, 하나는 일반적인 캠의 확보 방식에서의 강도(상비 강도)를 나타내며, 다른 하나는 캠이 너트 또는 스토퍼처럼 설치되었을 때의 강도(패시브 강도)를 나타냅니다. 블랙다이아몬드에서 개발하는 캠은 듀얼 엑슬 버전의 캠만 패시브 강도로 등급이 매겨집니다.

사진 4: 캠 슬링에 표기된 두 가지 등급

여기서 집고 넘어가야 할 점은 캠의 등급이 8kN으로 표시되어 있다고 해서 그 캠이 최대로 버틸 수 있는 응력이 8kN라는 것은 아니라는 것입니다. 캠의 등급은 3시그나법이라고 알려져 있는 계산 방식을 통해 결정되는데, 통계학적으로 밀접한 모집군을 테스트하고 평균값(µ)과 표준편차(σ)를 알아냄으로써 3가지 하계 시그마 값을 도출해낼 수 있는 것이죠. 따라서 제품의 99.7%가 표준편차보다 높은 하중까지도 버틸 수 있을 거라는 사실을 알 수 있습니다. 제품에 표기된 등급을 결정하기 위한 출발점과도 같은 기본 개념인 것인데, 여기서 더 나아가면 사용자마다 상이한 제품의 다양한 사용 방식에 따라 등급이 더 낮아질 수도 있는 것이죠.

Lower Bound = µ – 3 * σ

제품의 등급을 결정하는 3시그마법

사진 5: C4와 Z4 캠들의 크기가 증가함에 따라 제품에 표기된 CE 등급 추세

캠 크기 분류

본 기사에서 다뤄진 실험을 위해 캠의 크기를 작음, 중간, 큼 세 가지로 구분했으며, 자세한 사항은 아래와 같음.

1. 작음 – Z4 #0 ~ Z4 #0.4
2. 중간 – Z4 #0.5 ~ C4 #2
3. 큼 – C4 #3 ~ C4 #8

실험

여러분이 어떤 크기의 캠을 사용하든지 간에 언제나 가장 안전한 확보를 목표로 해야 합니다. 하지만 이것이 항상 가능한 것은 아니죠. 실제 상황에서는 굉장히 많은 변수가 있을뿐더러 바위에서는 사용할 수 있는 캠의 수도 제한적이기 때문입니다. 그렇다면 불안하게 설치된 캠은 과연 안전한 걸까요?

QC LAB의 모든 기사와 마찬가지로 이곳에서 진행되는 모든 실험은 표본의 크기가 작으며 매우 이상적인 조건에서 이루어짐을 밝힙니다. 변수를 최소화하기 위해 실험 환경은 정확하게 계산되고 조성됩니다.

실험을 간소화하기 위해 크게 두 가지로 압축했음:

테스트 1:

CE 스탠더드 테스트

- CE 스탠더드 준수 – Z4 #0, C4 #7 & #8을 비롯한 중간범위 크기의 캠

1. 캠의 접힘 정도에 따른 실험을 비교할 때의 강도 감소 %를 알아보기 위해
2. CE 스탠더드 테스트에서 캠 크기에 따른 직관적인 비교를 위해

테스트 2:

비표준 불균형 테스트

1. 비표준 불균형 테스트는 큰 사이즈 C4만을 대상으로 진행됨
2. 큰 캠 확보의 현실과 한계를 알아보기 위해

테스트 1

CE 스탠더드 테스트 – 결과

#1 캐머롯 – 등급 14kN – 50% 접힌 상태에서 실험 – 15.5kN에서 파괴됨  

아래 표는 CE 스탠더드 테스트에 맞춰 실험을 진행했을 때의 결과입니다. (간결함을 위해 모든 크기의 캠을 표기하진 않음):

Cam 캠	등급(kN)	25%평균 최대 응력(kN)	50%평균 최대 응력(kN)	75% 평균 최대 응력(kN)	강도 감소 %
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%

표 1: 다양한 크기의 Z4, C4 캠 결과 요약. – CE 스탠더드에 맞춰 진행

*CE 스탠더드 테스트의 필수 항목은 아니지만 더 완벽한 테스트를 위해 추가됨

CE 스탠더드 테스트 – 분석

표 1의 결과로부터 다음과 같은 사실을 알 수 있습니다.

1. 전반적으로 극한 강도는 일반적인 등반지에서 발생할 수 있는 힘의 크기를 훨씬 상회합니다. 굉장히 긍정적인 부분인데, 이것은 곧 장비가 제대로 확보만 된다면 어떤 추락도 견딜 수 있을 만큼 튼튼함을 의미합니다.
2. 가장 작은 캠을 살펴보면, 75% 접힌 상태의 캠과 25% 접힌 상태의 캠의 차이가 무시될 수 있을 만큼 미묘하고 작습니다.
   1. Z4 #0.5, #0.75, C4 #1의 극한 강도는 25%, 75% 두 가지 실험 모두에서 차이를 거의 보이지 않음.
   2. 이러한 크기의 캠의 로브들은 확보 시 안전한 확보에 더 유의해야 하고 범위가 커서 로브의 변형 또한 쉽게 일어날 수 있음.
   3. 이러한 크기의 캠들은 오차 범위가 크며 불완전한 확보에 장비가 조금씩 변형될 수 있음.
3. 그러나 캠의 크기가 커질수록 두 가지 테스트의 강도 감소 % 차이 또한 증가합니다.
   1. 중간 크기 캠을 살펴보면, 25% 접힌 상태에서 장비가 바위와 접촉되는 면적이 거의 없습니다. 따라서 75%보다 더 적은 응력에도 자재가 압력을 이기지 못하고 부러지고 맙니다.
   2. 큰 크기 캠을 살펴보면, 강도 감소 %는 캠이 접힌 정도가 작을수록 로브가 찌그러지기 쉽다는 사실을 알 수 있습니다.
4. Z4 #0의 경우에는 제한된 범위 때문에 CE 스탠더드에서도 50% 상태에서만 테스트하도록 되어있습니다. 따라서 강도 감소 %를 알 수 없죠. 이 크기의 캠이 25% 접힌 상태에서 테스트되지 않는다는 사실을 통해 우리는 Z4 #0가 거의 펼쳐진 상태에서 얼마나 민감한지, 그리고 얼마나 정확하고 안정적인 확보가 필요한지를 알 수 있습니다.

#7 캠 로브의 찌그러짐 – 75% 접힌 상태에서 테스트

CE 스탠더드 테스트 – 서로 다른 실패 양상

Cam 캠	등급(kN)	25% 평균 최대 응력(kN)	50% 평균 최대 응력(kN)	75% 평균 최대 응력(kN)
Z4 #0	5	로브 뒤집힘	로브 뒤집힘	로브 뒤집힘
Z4 #0.5	10	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블
Z4# 0.75	10	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블
C4 #1	12	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블
C4 #2	12	로브 부러짐	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블
C4 #3	12	로브 부러짐	썸루프의 케이블	썸루프의 케이블
C4 #7	8	로브 찌그러짐	캠 빠짐	캠 빠짐
C4 #8	5	로브 찌그러짐	캠 빠짐	캠 빠짐

#0 Z4 캐머롯 – 50% 접힌 상태에서 테스트  

캠의 확보 실패는 여러 가지 경우로 나뉠 수 있습니다.

1. Z4 #0는 범위가 굉장히 제한적이기 때문에 캠이 바위와 닿는 면적 또한 매우 작습니다. 테스트에서도 응력이 증가함에 따라 로브가 약간 뒤틀리는 것을 심심치 않게 볼 수 있죠. #0는 50% 접힘에서 완전히 펴짐(0% 접힘)까지 필요한 회전양이 아주 작은데, 이는 곧 캠의 확보 실패로 이어집니다. 가장 흔한 실패는 로브가 뒤집히거나 캠이 빠지는 것입니다.
2. 썸루프의 케이블이 끊어지는 것 또한 전형적인 캠 실패의 일종입니다.
3. 중간 크기의 캠은 25% 접힌 상태에서 바위와 닿는 면적이 거의 없습니다. 알루미늄 재질의 캠 로브에 하중이 실리면 로브가 부러질 수 있습니다.
4. #7이나 #8 같은 큰 크기의 캠은 확보를 잘 해도 엑슬이 구부러질 수 있고 가끔은 로브가 부러지거나 찌그러질 수 있습니다. 25% 접힌 상태에서는 거의 100%의 확률로 로브가 찌그러지죠. 확보를 조금만 잘못해도 일어날 수 있는 실패입니다.

#8 캠 로브의 찌그러짐 – 25% 접힌 상태에서 테스트

CE 스탠더드 테스트 – 결론

로브의 찌그러짐 때문에, 큰 크기의 캠을 최소한의 접힘으로 확보하는 것은 장비 전체의 강도를 심각하게 훼손할 수 있습니다. 마찬가지로 로브의 뒤집힘 때문에, 작은 크기의 캠을 최소한의 접힘으로 확보하는 것 또한 장비 전체의 강도를 심각하게 훼손할 수 있죠.

서로 다른 크기의 두 캠이 보이는 실패 양상은 다를지 몰라도, “거의 펴져 있는 상태”에서 확보 시 실패 확률이 높아진다는 점에서는 공통점을 보입니다.

100% 접힌 상태의 캠은 더 약해진다? – 사실인가 허구인가?

별도로 언급하자면 접힌 정도가 100%에 가까워질수록 캠의 강도는 더 강해집니다. 완전히 접힌 상태의 캠은 더 약해진다는 이야기를 주변에서 쉽게 들을 수 있는데, 이는 사실이 아니며 캠이 완전하게 접혀지는 상태에 가까워질수록 오히려 캠의 강도는 더 증가하죠. 100% 접힌 상태의 캠의 단점은 캠을 나중에 제거할 때 바위나 캠을 훼손시키지 않고 제거하는 것이 거의 불가능에 가깝다는 것입니다.

테스트 2:

비표준 불균형 테스트

블랙다이아몬드의 신제품 개발 과정에는 품질 높은 제품을 생산하기 위해 CE 스탠더드 테스트 이외에도 수많은 테스트가 자체적으로 만들어지고 수행됩니다. 이는 실제 등반지에서 발생할 수 있는 여러 가지 가상의 시나리오를 통해 제품의 오용이 가져올 수 있는 영향을 더 잘 이해하기 위해 시행되는 테스트들입니다. 당기는 방향의 축에서 어긋난 각도로 캠을 확보하기 같은 테스트들이 포함되죠. 본문에서 소개된 모든 테스트들은 이상적인 조건과 장소에서 수행되었음을 밝힙니다.

자, 그렇다면 큰 사이즈의 캠이 당기는 방향의 축에서 어긋난 각도로 확보되면 어떤 일이 일어날까요?

두 번째 테스트는 큰 사이즈 캠인 C4(#5, #6, #7, #8)를 대상으로 진행되었습니다. 직각에서 30도 벌어진 각도에서 50% 접힌 상태로 로브는 양쪽이 고르지 않게 설치했는데, 대부분의 실험 회차에서 캠이 당기는 방향으로 회전했지만 아래 영상에서 보이는 회차에서는 캠이 선 밖으로 나오면서 최악의 상황을 묘사했습니다.

비표준 불균형 테스트 – 결과

사진 6: 직각면에서 30^o 벌어진 각도에서 극한 강도 테스트 결과

비표준 불균형 테스트 – 결과 분석

앞선 테스트에서 캠의 크기가 커질수록 안정성이 저하됨을 확인할 수 있었습니다. 아래 항목들은 큰 크기의 C4 캠들이 고르지 않게 실린 하중에 저하된 성능을 보인다는 내용입니다.

1. 이 방향으로 캠을 설치하는 것은 장비의 찌그러짐을 더욱 부각시킴.
   1. 캠의 접힌 정도는 매우 중요한 요소입니다. 캠이 더 많이 접힐수록 캠의 안정성 또한 증가하며 더 많은 하중을 견딜 수 있게 됩니다. 테스트된 50% 접힌 상태의 캠은 최악의 상황을 대변하는 것은 아니지만 이상적으로는 캠이 이런 방식으로 사용되었다면 더 많이 접혀 있는 것이 좋죠.
2. C4 #5에서부터 일정한 비율로 점차 강도가 하락하기 시작하는데, 적절하게 확보되었을 때의 강도와 비교하면 굉장히 큰 차이를 보입니다.
   1. 로브의 사이즈가 증가함에 따라 로브 표면에 작용하는 힘의 모멘트 또한 증가하고 장비의 강도가 낮아지는 결과를 보입니다.
   2. 고르지 않은 하중에 특정 로브는 다른 로브들에 비해 더 큰 하중을 받습니다. 이 때문에 아주 작은 불규칙성이 로브의 찌그러짐 현상을 4가지 로브 모두에 힘이 고르게 실렸을 때보다 더 빠르게 불러일으킬 수 있습니다.

비표준 불균형 테스트 – 결론

당기는 방향의 축에서 벗어나게 설치되었을 경우에 큰 캠은 작은 캠보다 강도 감소에 더욱 취약하다는 사실을 알 수 있습니다. 이것은 큰 캠이 필수적으로 하중의 방향에 따라 설치되어야 함을 의미하죠. 또한 각 캠의 로브가 최대한 고르고 최대한 많이 접혀야 합니다.

보수적인 등급

블랙다이아몬드는 제품을 만들고 등급을 정할 때 CE 스탠더드만 생각하는 것이 아닙니다. 블랙다이아몬드의 자체적인 테스트 또한 매우 중요한 역할을 하고 있습니다.

위의 테스트 결과를 보면, 모든 제품의 최대 응력이 기준치인 5kN(Z4 #0과 C4 #8의 경우)나 8kN(C4 #7의 경우)를 훨씬 상회하고 있음을 확인하실 수 있습니다. 하지만 잘 알려지지 않은 한계와 실제 상황에서의 여러 변수 때문에 등급은 매우 보수적으로 매겨지며, 이를 통해 등반자에게 항상 더 안전하고 정석적인 확보를 권장하고 있습니다.

결론

실제 등반지에서의 모든 확보가 완벽할 수는 없을 것입니다. 그리고 항상 지금 가지고 있는 장비보다 더 나은 선택이 있을 수도 있죠. 모든 장비가 세심하게 설치되어야 하는 것은 맞지만, 특히나 크기가 매우 작거나 매우 큰 캠을 설치할 때는 더 깊은 주의가 필요합니다.

• 캠을 충분히 접히게 하고 힘을 대칭으로 고르게 싣는 것이 좋은 확보의 중요한 요소입니다.

사진 7: 피해야할 확보 시나리오 3가지

크기가 큰 캠이 심리적인 안정감을 줄 수는 있지만, 실제로 큰 캠의 강도는 마이크로 캠과 비슷하며, 여러분이 무지막지한 오프위드 등반을 앞두고 있다면 장비를 다룰 때 세심한 케어가 동반되어야 합니다.

안전 등반하세요,

-HG