LA STORIA

Ho messo insieme i dati sperimentali che avevo a disposizione, un programma di calcolo sviluppato precedentemente, del polietilene espanso, del lexan, carta, riga e penna.

L'obbiettivo era costruire una protezione che funzionasse, non penalizzasse il comfort dell'imbrago, fosse adattabile a varie sellette e soprattutto costasse poco, altrimenti non potevamo permettercela!

Sfruttando i 6 mesi di lavoro precedente in due settimane di lunghe nottate ho costruito tre prototipi. Erano spessi una decina di centimetri, quanto bastava per garantire l’incolumità del pilota fino ad almeno 5 m/sec di velocità di impatto, erano flessibili in modo da permettere di camminare e correre senza problemi con l'imbrago indossato. Un sistemino studiato ad hoc li rendeva rigidi solo durante l'impatto e il comfort era ottimo.

L'unico lato negativo era l'aspetto, non avendo avuto il tempo di realizzare una fodera per avvolgerli.

Avevo lavorato in fretta perché ci tenevo a darla al mio amico Settimio Calvarese entro la gara di Recoaro, altrimenti non ci saremmo più visti per un paio di mesi.

E' una specie di paranoia: quanto ti rendi conto di quanto sia importante proteggersi la schiena, non ti senti più tranquillo finché non hai provveduto, facendo tutto il possibile.

L'ultimo giorno di gara Settimio ha un incidente: andando ad atterrare vede all'ultimo momento un filo, vira per evitarlo e sbatte violentemente contro un prato in salita. Lo sento chiedere aiuto con la radio, ma sono alto e non riesco a vederlo. I soccorsi arrivano subito e viene trasportato in ospedale.

La fortuna vuole che se la cavi senza fratture e dopo un paio di settimane di antidolorifici si può dire completamente ristabilito. Si può parlare di fortuna perché la sua velocità di impatto era ben superiore al previsto e la sua schiena aveva giá subito un trauma precedente.  

Non voglio pensare cosa sarebbe successo e come mi sarei sentito se non avessi finito la protezione e non gliela avessi montata nella selletta due giorni prima.

GLI SVILUPPI

Avendo ancora del materiale ho deciso di costruire qualche altro prototipo cercando di renderlo meno artigianale. Ho realizzato gli schemi per tagliare le lastre per costruirne piccole serie e ridurre i tempi di costruzione.

Gli ho trovato anche un nome, perché una cosa anonima non é identificabile. Si chiamava FLEXBACK, dorso flessibile, proprio perché era l'unica vera protezione, con uno spessore sufficiente, ad essere anche flessibile nel normale uso. Non impaccia a terra, non ingombra e segue tutte le regolazioni dell'imbrago.

Si può inserire in tutte le sellette dotate di un vano sufficientemente profondo: si adatta praticamente a quasi tutti gli imbraghi moderni.

In passato è stata commercializzata, ora invece mi accontento di darla ai miei amici e a tutti quelli che me la chiedono, naturalmente, a meno che non vogliate farvela con le vostre zampette.

Se qualcuno vuole contattarmi, basta cliccare su “Pupillo” di Vololibero.net :)

Ora vorrei i cercare di esaminare il problema nel modo tecnicamente piu' semplice, analizzandolo secondo i tre punti che ritengo più importanti: PERCHE', DOVE, COME.

PERCHÉ

E' ovvio dire che la protezione dorsale è utile. Cerchiamo di quantificarne l'utilità .

Proviamo a pensare ad un atterraggio riuscito poco bene (a chi non è mai capitato?) dove oltre ad aver stallato male la vela siamo atterrati, invece che sulle gambe, sul nostro "fondoschiena": non è certo un ricordo piacevole, so di alcuni che hanno avuto mal di schiena per qualche settimana.

Facciamo intervenire ora un po' di matematica e di fisica con due equazioni molto semplici, quelle dei moti naturalmente accelerati:

1.      v = a * t

2.      s = 1/2 * a * t2 

Dove "v" è la velocità  in metri/secondi (per chiarezza 1 metro/sec=3.6 chilometri/ora), "a" è la accelerazione di gravità uguale a 9.81 metri/secondi, "t" è il tempo per cui dura l'accelerazione in secondi ,"s" è lo spazio percorso espresso in

metri .

Ritorniamo al nostro atterraggio mal riuscito: a quale velocità  verticale abbiamo impattato con il terreno?

Approssimativamente alla velocità  di discesa della nostra vela, diciamo 1.5 m/sec .

Proviamo ora a paragonare il nostro atterraggio ad una caduta: da quale altezza sarebbe dovuto cadere il nostro "fondoschiena" per battere a terra con una velocità  di 1.5 m/sec ?

Applichiamo l'equazione 1: "v" lo conosciamo ed è 1.5 m/sec, "a" è uguale a 9.81 m/sec2, ricaviamo "t".

Applichiamo ora l'equazione 2 utilizzando il "t" ricavato: la "s" ottenuta rappresenta lo spazio che dovremmo percorrere o più semplicemente l'altezza da cui dovremmo cadere per incassare un colpo paragonabile.

Tale altezza è in questo caso di 0.115 metri, 11.5 centimetri. Ci siamo fatti male cadendo da poco più di dieci centimetri!!

E se invece che da dieci centimetri fossimo caduti battendo l'osso sacro da un metro ("s"=1 metro) ?

Applicando prima l'equazione 2 e poi la 1 otterremmo una velocità di impatto di 4.43 metri/sec, tre volte circa la velocità  verticale del nostro atterraggio poco ortodosso.

Risulta quindi di vitale importanza avere qualcosa che assorba l'urto con il terreno prima del nostro "fondoschiena".

DOVE

Ora che siamo certi dell'importanza di una protezione dorsale è necessario capire dove metterla perché sia efficace.

In base alle casistiche di incidenti di mia conoscenza vorrei fare alcune ipotesi che riassumano le tipologie di impatto.

1.      Impattiamo in piedi e riusciamo a fare la "caduta da paracadutista": in questo caso le gambe assorbono parte dell'urto e la velocità verticale si trasforma in orizzontale mentre il corpo rotola. Il rischio di conseguenze serie e` limitato; una protezione dorsale uniforme e rigida con una piccola imbottitura può preservare da qualche contusione.

2.      Impattiamo in piedi, ma le gambe non riescono ad assorbire interamente l'urto: il nostro osso sacro sarà il successivo punto di contatto con il terreno. Il rischio di comprimere la colonna vertebrale è presente; una protezione localizzata tra il bacino e le vertebre lombari in grado di assorbire l'energia dell'impatto può "salvarci la schiena".

3.      Impattiamo contemporaneamente con i piedi e con il bacino: in questo caso l'urto si scarica sulla schiena imponendo una notevole compressione alle ultime vertebre basse. E' quasi certa la presenza di complicazioni alle colonna vertebrale; una protezione come al punto 2 può essere efficace anche in questo caso.

4.      Impattiamo con tutta la schiena contro il terreno: assieme alla schiena batte anche il casco. C’è il rischio di imporre flessioni alla colonna vertebrale se l'impatto avviene su terreno non liscio; la protezione ideale corre lungo tutta la schiena, ha un irrigidimento che non ne permette la flessione, il suo spessore decresce avvicinandosi all'estremo superiore della selletta. In questo modo su terreno piano casco e protezione colpiscono contemporaneamente il suolo (questo per evitare il colpo di frusta alle vertebre cervicali).

Nella pratica nel caso 1 non ci sono quasi mai problemi seri , anche se si è sprovvisti della protezione dorsale. Nel caso 4 il tipo di terreno e la velocità  di impatto giocano un ruolo fondamentale; comunque impatti di questo tipo sono abbastanza rari.

Nei casi 2 e 3 invece si ha il maggior numero di incidenti con conseguenze gravi e, purtroppo, drammatiche e permanenti.

Naturalmente la casistica è molto più varia ed articolata di quanto ho cercato di riassumere nelle 4 possibilità: un incidente in quanto tale non è mai completamente prevedibile.

In base a queste ipotesi si possono incominciare a delineare posizionamento e dimensioni della protezione da applicare al nostro imbrago.

Avremo bisogno di molta capacità di assorbimento dell'urto da dove finisce la tavola della selletta fino a circa 1/3 della lunghezza della schiena. Da quel punto in poi lo spessore potrà essere diminuito fino ad arrivare agli spallacci, dove non dovrà eccedere i 2 centimetri.

All'esterno ci dovrà  essere l'irrigidimento che avrà  il duplice compito di ripartire l'urto impedendo la perforazione e di limitare la flessione.

COME

Ora, se avete avuto la pazienza di seguirmi fin qui, sappiamo perché‚ ci serve la protezione e dove posizionarla.

Resta il problema di come dimensionarla e realizzarla in modo che assolva il suo compito in maniera efficace.

DIMENSIONAMENTO

L'impatto tra pilota e terreno è assimilabile ad un urto in cui l' energia cinetica dovuta al peso e alla velocità viene dissipata durante la decelerazione del pilota.

A parità di velocità di partenza più a lungo durerà la decelerazione, minori saranno i G (le sollecitazioni) che il corpo del pilota dovrà sopportare.

Sappiamo che il corpo umano può sopportare per brevi periodi (qualche secondo) in posizione semisdraiata sollecitazioni fino a circa 10 G (le sollecitazioni di un pilota su un caccia a reazione).

Come è intuibile nel caso in cui il corpo impatti con il terreno direttamente la decelerazione è istantanea e il numero di G supera la soglia sopportabile.

Richiamiamo le due equazioni citate all'inizio e trasformiamole in un sistema:

-          s = 1/2 * a *t2

-          v = a * t

Ora "s" è lo spazio disponibile per la decelerazione (in pratica lo spessore della protezione), "a" è la decelerazione massima sopportabile (=10 * 9.81 m/sec2, cio‚ 10G), "t" è il tempo di durata della decelerazione, "v" è la velocità  di impatto.

Effettuiamo i calcoli e ricaviamo "s" dando una velocità  di impatto "v" massima accettabile di 7 m/sec (discesa con paracadute di emergenza o caduta da 2.5 metri, ad esempio). Il risultato è "s" = 0.25 metri, 25 centimetri.

Da questo calcolo risulta che utilizzando un materiale ideale che assorba l'urto comprimendosi completamente (quindi non troppo morbido, ma nemmeno troppo duro e dotato di un ritorno elastico pari zero) lo spessore minimo necessario è di 25 centimetri.

Diamo una velocità  di impatto di 5 m/sec (equivalente ad una caduta da 1.3 metri) e rifacciamo i calcoli: lo spessore minimo risulta di 13 cm.

Naturalmente qualunque materiale impiegato avrà una capacita` di assorbimento urti inferiore a quella del materiale ideale considerato per questi calcoli. Ne consegue che lo spessore effettivamente necessario sarà superiore a quanto calcolato per garantire le prestazioni richieste.

MATERIALI

La tipologia dei materiali utilizzabili è così estesa da richiedere una trattazione a parte. Si possono comunque considerare materiali adatti ad assorbire l'energia dell'impatto :

-          -Polistirolo ad alta densità

-          -Polietilene espanso a cellule chiuse

-          -Roofmate

-          -Rohacell

-          -Plastica a bolle per imballaggi

-          -Nido d'ape

Probabilmente il materiale dotato del miglior rapporto costo-efficacia e` il polistirolo ad alta densità. Materiali come la gommapiuma, il neoprene, le camere d'aria hanno una efficacia molto inferiore.

I materiali utilizzabili per distribuire sul materiale assorbente l'energia derivante dall'urto possono essere:

-          -Coque in kevlar

-          -Lastre di lexan

-          -Lastre di plexiglass

-          -Coque in materiali vari

La coque in kevlar è forse la più indicata all'uso, ma la realizzazione di un manufatto in compositi è sempre molto complessa e costosa (in pratica non basta che una coque sia costruita in kevlar per garantirne la funzionalità: un oggetto di tale genere può sbriciolarsi in un urto minimo se non viene realizzato seguendo criteri esatti e precisi).

Inoltre la sua rigidezza nel senso della lunghezza, se in alcuni casi è utile, in altri può diventare pericolosa andando ad imporre un carico di punta nella zona vicina alle vertebre cervicali.

Una lastra di lexan, essendo un prodotto industriale, potrebbe rappresentare un buon compromesso tra efficacia, sicurezza e costo.

DIMENSIONAMENTO DELLE PROTEZIONI E PROVE SUI MATERIALI

Realizzando una protezione dimensionata come detto sopra è possibile calcolare con buona approssimazione l'area interessata dall'impatto.

Supponiamo una area iniziale e un'area finale a deformazione avvenuta.

-          Area iniziale: dim. [cm] 20 x 10 = 200 [cm2]

-          Area finale  : dim. [cm] 25 x 20 = 500 [cm2]

L'energia che dovrà assorbire sarà Ec = 1/2 * m * v² dove "m" e` la massa del pilota e "v"‚ la velocità di impatto.

Nel caso in cui sia nota, invece, l'altezza da cui avviene la caduta (con velocità verticale iniziale uguale a zero) la nostra Ec sarà uguale a Ep (energia potenziale).

Quindi Ec = Ep = m * g * h dove "m" ‚ la massa del pilota, "g"‚ l'accelerazione di gravita` (9.81 m/sec2) e "h" ‚ l'altezza da cui avviene la caduta.

Dato che il campo gravitazionale ‚ un campo di forze conservativo vale la legge:

-          Ec1 + Ep1 (all'istante 1)= Ec2 + Ep2 (all'istante 2)

Se consideriamo la velocità iniziale 1 uguale a zero e la altezza finale 2 uguale a zero la formula si semplifica:

-          Ep1 = Ec2    e quindi

^-           m * g * h = 1/2 * m * v²

Ma questa energia sarà la stessa che dovrà essere assorbita dalla protezione dorsale, ne consegue che:

-          1/2 * m * v² = m * g * h = m * a * s

dove "a" e` la decelerazione massima sopportabile uguale a 10g e "s" è lo spessore della parte deformabile della protezione.

Si ricava quindi:

-          m * g * h = m * 10g * s

di conseguenza:

-          s = h/10.

L'obbiettivo è ora trovare un materiale che assorba l'energia dell'impatto comprimendosi "s" caricandolo con una massa "m" lanciata ad una velocità "v" (oppure che cade da una altezza "h").

Definisco ora l'Area media di impatto come:

-          (Area iniz. + Area fin.)/2 = (200 + 500)/2 = 350 cm2

Per testare la capacita` di deformazione posso realizzare un provino di dimensioni 50 x 50 mm. per una altezza di 75 mm. Per distribuire l'impatto utilizzo una lastra di lexan 50 x 50  mm. (spessore 1.5 - 2 mm.) attaccata al provino con biadesivo.

Per impartire l'urto posso usare un pendolo di una certa massa.

Per determinare la massa del pendolo, che deve essere indeformabile, suppongo una massa del pilota di 70 Kg.:

Peso del pendolo =  peso pilota/(Area media/Area provino) =

-          = 70 / ( 350 / 25 ) = 5 Kg.

Comprimiamo il provino di spessore 75mm. di 50mm. teorici:

-          s = h/10

quindi solleviamo il nostro pendolo di 50 cm. e verifichiamo la deformazione effettiva (vedi dis. allegato).

Utilizziamo la proporzione inversa seguente :

-          10g : (1/5 cm) = acc. effettiva : (1/def effettiva)

Facendo varie prove possiamo caratterizzare i vari materiali diagrammandoli:

-Grafici h(altezza) - deformazione

-Grafici velocità  impatto - deformazione

-Grafici energia - deformazione

Essendo l'area di impatto non costante possiamo calcolare le decelerazioni istantanee discretizzando il fenomeno.

Il nostro materiale avrà un'area iniziale di 200 cm2 e un'area finale = area media totale = 350 cm2.

L'area media iniziale sarà :

-          (200 + 350)/2 = 275 cm2

La massa del pendolo sarà  :

-          massa pendolo = peso pilota / (275/25) = 6.36 Kg.

Utilizzando la proporzione inversa :

-          10g : (1/5Kg) = xg : (1/6.36Kg)

Ricavo il numero (x) di g rapportati al numero teorico massimo di g sopportabili. In questo caso x = 7.86 .

Ne consegue che la deformazione iniziale sarà di 7.86g, quindi, inferiore alla decelerazione media sopportata di 10g.

Il procedimento analogo può essere applicato alla decelerazione finale ridefinendo le aree. Nel nostro caso la decelerazione finale teorica sarà x = 12.14g.

Tenendo presente che comunque il nostro corpo non è rigido, si può supporre che la decelerazione finale sia leggermente inferiore a causa della flessione della schiena durante l'urto.

Comunque, si può affermare che la tipologia di materiale da usare e il suo comportamento sono monitorabili e calcolabili. Pertanto i calcoli risultano validi per il dimensionamento di massima.

ISTRUZIONI PER LA FABBRICAZIONE DELLA PROTEZIONE

La costruzione è semplice, infatti le sellette moderne hanno molto più spazio al loro interno di quelle di una volta e quindi molte difficoltà di un tempo per ottimizzare lo spessore con la larghezza e far entrare il tutto dentro l'imbrago non ci sono più. Questa è la ricetta per costruirsela nel modo più semplice ed economico.

Occorre procurasi i materiali base:

·          una lastra di polietilene espanso (consiglio Veolene K600 o Etafoam) a cellula chiusa della densità di circa 35/40KG al metro cubo (lo si può trovare dove vendono materiali espansi per imballaggi) dello spessore di 20mm (costo da 25 a 50 euro);

·          una lastra di lexan da 1,5mm di spessore (se la selletta ha già il lexan all'esterno potete usare quello che c'è già, se invece c'è "altro" consiglio di sostituirlo con un pezzo di lexan delle medesime dimensioni) il costo varia a seconda dei posti dove lo trovate e di quanto si fanno pagare per il taglio;

·          del biadesivo acrilico, meglio se telato, per unire le parti

A questo punto basta misurare la larghezza della vostra mousse e il suo sviluppo sulla curva esterna e tagliare il foglio di espanso esterno della stessa forma e misura. Poi ripetete la medesima operazione misurando lo sviluppo interno e tagliando il foglio di espanso che va all'interno.

Tenendoli in forma in modo provvisorio con alcuni pezzi di nastro di carta, "riempite" lo spazio tra i due fogli con tanti strati digradanti fino ad ottenere circa i volumi della mousse. Fatela leggermente più sottile, 1, 2 cm meno perchè il polietilene espanso non si schiaccia come la gommapiuma.

Dopo di che incollate con delle strisce di biadesivo larghe circa 5X25 cm (il 25cm nel senso della larghezza della protezione) tutti pezzi tra di loro nel punto in cui la protezione forma l'angolo che poi si andrà a posizionare circa sotto le nostre chiappe: importantissimo è verificare che lo spessore massimo della protezione si collochi proprio sotto il coccige.

Costruita in questo modo la protezione rimarrà flessibile e l'incollaggio tra i vari strati non sarà sollecitato dalle variazioni di forma dell'imbrago.

Ora potete incominciare la lotta con l'imbrago per riuscire a infilarla: sarà un po' più difficile della mousse perché non ha la fodera e non si comprime tanto facilmente.

Il foglio di lexan va piazzato all'esterno e tenuto in posizione anche lui, se la selletta non ha tasche che lo blocchino, con un po’ di biadesivo (nb una striscia di biadesivo in un solo punto nel senso della larghezza, altrimenti viene fuori un casino).

Non resta che provare l'imbrago appendendosi a terra e verificando di non aver messo troppo espanso in qualche zona che ci "punti" nella schiena.

Con questa versione base, come vedete, spendete più o meno come comprarvi la mousse, ma lavorando un tot!!

Io credo che ne valga la pena in quanto, a mio parere, le mousse sono abbastanza efficaci in caso di impatto a schiena piatta, ma molto poco efficaci per impatti "seduti". La porzione di aria che si comprime dentro il sacchetto pieno di gommapiuma battendo seduti è piccola e la protezione si comprime un po' troppo facilmente arrivando al "fine corsa" anche con botte piccoline (3 m/s). L'espanso fatto spesso 15 cm almeno è un po' più duro, ma a 3m/s non ha nessun problema.. e nemmeno a 5 o 6...

provare per credere!!!!

Nota Bene: regolate anche i cosciali il più corti possibile, perchè se mettendovi in piedi la selletta sale lungo la schiena, vi ritrovate senza niente che ripari mentre atterrate (o scendete appesi all'emergenza ).

Naturalmente nella mia protezione ho usato 3 diversi tipi di espanso di densità diverse, che si comprimono prima e si crasciano poi al variare dell'intensità della botta e che dovrebbero permettermi di uscire indenne ad una velocità di quasi 7m/s sulle sole chiappe!!!

Mi auguro di non verificare mai se i miei conti sono giusti, ma, convinto di non poter fare di più, mi sento abbastanza tranquillo. Infatti con la mia vecchia protezione che era 5 cm più sottile e meno evoluta nei materiali, tanti anni fa, ho incocciato in un tocca e resta un macigno mascherato da rododendro uscendo da un wing over un po' basso (circa 7 metri al secondo di velocità stimata) e non mi sono rotto niente. Non mi è piaciuto tanto e non credo che ripeterò l'esperimento su richiesta per dimostrarvi la mia teoria, comunque!!!!

Buon lavoro, buoni voli e felici atterraggi.

Claudio Vigada