스크랩 로프(Rope) 이야기

[체스카]

로프의 역사


영어로 로프(Rope), 독일어로 자일(Seil), 프랑스어로 코르데(Cordes), 우리 말로 ‘끈’이라 불리는 이 도구가 언제부터 등산에 사용되었는지는 명확치 않다.

로프가 초창기 서구 산악계에서도 지금의 우리처럼 산악인 사회의 관계와 정신을 대변하고 있었는지는 기록된 바가 없다. 하지만 로프를 사용한 등반기술, 특히 ‘확보’ 개념과 기술이 보급되며 로프로 연결된 파트너간의 호흡은 등반의 성패를 가르는 핵심으로 자리 잡았을 것이다. 그런 일련의 행위가 쌓이고 쌓여 흔히 ‘자일 파티’라고 부르는 지금의 개념이 정착된 것으로 추측된다.

하지만 한편으론 독일어 자일샤프트(seilschaft)라는 말에서 이와 같은 개념을 찾을 수 있다. 독어사전에는 자일샤프트에 대해 ‘산행에서 자일로 묶인 등산가의 무리’라고 표현하고 있으며, ‘정치권에서 뜻을 같이 하고 일하는 사람들을 일컫기도 한다’고 풀이하고 있다. 즉, 로프 또는 ‘자일’은 단순히 그 기능적인 부분을 넘어 오래 전부터 사람들 사이에서 사회·문화적 의미로 자리 잡고 있었음을 보여주는 것이다.



‘골드라인(Gold Line)’이라 불렸던 미국제 선박용 로프는 2차대전 즈음부터 생산되기 시작했지만 클라이머들이 사용하기 시작하며 우리나라에서도 1950년대 말부터 70년대 말까지 애용되던 등반용 로프였다.

초창기 로프는 대마(大麻)라고도 하는, 이태리삼이나 마닐라삼을 사용해 세 가닥이나 네 가닥을 꼬아 만든 것이었다. 굵기는 13mm 이상으로 매우 두꺼웠는데, 반면 무게가 가볍고 감촉이 부드러우며 눈이 잘 달라붙지 않아 사용하기 편리한 장점이 있었다. 하지만 결정적으로 로프의 가장 큰 기능인 강도가 약했다. 삼으로 만든 로프가 끊어지는 사고는 마터호른 초등 당시 4명이 추락 사망하는 참사로 극명히 나타났는데, 이후에도 별다른 대체 소재나 기술의 발전은 없어 여전히 이후 100여 년간 이런 형태의 로프가 사용됐다. 당시 등산수칙 1조는 선등자는 추락하면 안 된다는 것이었다.

2차 세계대전 중 개발된 신소재인 나일론은 기존 천연 섬유를 대체하며 등반용 로프로 사용돼 각광받기 시작했다. 나일론 로프는 기존 삼보다 강도가 3배 이상 강했는데, 당시 12mm 꼰 로프의 인장력 테스트 결과를 보면 마닐라삼이 1150kg의 인장력을 지닌데 비해 나일론은 3540kg까지 견디고 있다. 하지만 초기 꼬아 만든 나일론 로프는 천연섬유에 비해 열에 약하고 자외선에 쉽게 손상돼 수명이 짧은 단점을 지니고 있었다.





이 시기 로프의 역사에서 가장 혁신적인 변화가 한 번 더 일어나게 된다. 바로 지금과 같은 구조의 짠 로프가 개발된 것이다. 1951년 독일 에델리드(Edelrid)사는 케른망틀(kernmantle)이라고 하는, 속심과 표피가 분리돼 각자의 역할을 하는 짠 로프를 처음 출시했다. 일반적으로 사용하는 11mm 케른망틀 로프의 경우 속심 290여 가닥, 표피 120여 가닥의 머리카락 굵기 원사가 사용돼 복잡하고도 규칙적인 구조로 짜여있다. 표피는 속심을 보호하고 일정한 1차 충격을 견디고, 속심은 일정하게 늘어나며 2차 충격을 흡수하는 효과를 지닌 이런 로프의 구조는 이후 많은 로프 제조사에서 같은 방식을 사용하며 계속 변화해왔다.

1966년 에델리드사는 방수처리된 로프를 출시하고, 1988년 프랑스 베알(Beal)사는 자주 사용하고 충격이 많이 전해지는 끝부분만 보다 굵게 처리한 가변직경 로프를 내놓기 이른다. 1634년 창립해 세계에서 가장 오래된 로프 메이커인 오스트리아의 에델바이스(Edelwiess)사는 1989년 암각에서 탁월한 강도를 지닌 ‘스트라토스’라는 모델을 출시해 안전성을 높였으며, 과거 대부분 11mm였던 등반용 다이내믹 싱글로프들은 현재 9mm 가까운 모델들이 출시될 정도로 가볍고 강하게 진보하고 있다.

에델리드가 최초의 9mm 미만 싱글로프 스위프트 8.9mm 를 내 놓은 이후로 제조사에서 경쟁적으로 얇은 싱글로프를 출시하고 있습니다. 아라미드 섬유 등의 혼용으로 자일이 강화된다면 앞으로도 더 얇야질 추세라고 생각한다. 조사한 바로는 현재까지 베알의 오페라(Opera)가 8.5mm로 가장 얇은 싱글로프이다. 요즘 국내에서는 9.5mm 이상의 자일은 거의 판매되지 않는 것 같다.




로프의 표준 요구조건 (Standards Requirements)

로프는 크게 다이나믹 로프(dynamic rope)와 세미스태틱 로프(semi-static rope)로 구분되고,
등반용(clibming)로프는 다이나믹로프가 주종이며 로프웍에 따라 싱글, 더블, 트윈로프로 구분된다.

또한 용도에 따라 충격력, 신장률, 중량, 마모성 등을 합리적으로 조합하여

익스피디션, 알파인, 빅월, 스포츠, 인-도어 타입으로 제조되므로 용도에 알맞는 로프를 선택하여 사용해야 한다.

※ Note: 트윈로프(twin rope) : 최근에는 잘쓰지 않는 로프웍이며 따라서 몇몇 제조사들은 생산을 중지한 것 같다.
얇은 두 줄을 겹쳐서 싱글로프처럼 사용하는 것이 더블로프웍과 다르다.




☆ 싱글로프(둥근원 속에 숫자“1”로 표시, tested as mass:80kg)

충격력(impact force) : 12KN 미만
추락저항횟수(number of falls) : 5회 이상
사용신장률(elongation under 80kg) : 8% 이하
추락신장률(elongation during 1st fall) : 40% 이하


☆ 더블로프(둥근원 속에 숫자 “1/2”로 표시, tested as mass:55kg)

충격력(impact force) : 8KN 미만
추락저항횟수(number of falls) : 5회 이상
사용신장률(elongation under 80kg) : 10% 이하
추락신장률(elongation during 1st fall) : 40% 이하




충격력과 추락저항횟수

국제산악연맹(UIAA)에서는 드롭 타워(Drop Tower)에서 가장 극단적인 방법으로 모의추락시험을 하여 표준 요구조건을 통과한 제품을 승인하고 있다.


☆ 드롭 타워 (Drop Tower) 구성

· 추락물체(tested as) : 80kg(싱글로프), 55kg(더블로프)
로프길이 : 2.5M(고정부분 포함2.8M)
추락거리(fall) : 5.0M
추락계수(fall factor) : 2 (5.0M/2.5M)


☆ 충격력(Impact Force) 이란?

일반적으로 고정강도(static strength)의 수치로 잘못 읽고 혼동하는 부분이다.
고정강도는 파괴 부하(breaking load)와 같다.
로프의 충격력은 추락물체가 정지하는데 필요한 힘으로 이 힘을 받을 때 충격이 발생하고 적을수록 좋다.

UIAA에서는 다이나믹 로프(dynamic rope)에 대해서는 고정강도를 표준 요구조건으로 규정하고 있지 않다.
그러나 충격력과 추락저항횟수를 만족시키려면 최소12KN 이상은 되어야함을 알 수 있다.
실제로 10.5M/M 싱글로프의 경우 최초 고정강도는 20KN을 상회한다.
세미스태틱 로프(semi-static rope), 카라비너, 볼트, 프랜드 등은 고정강도(파괴부하)를 표준으로 규정한다.


☆ 충격력 12KN 미만을 요구하는 역학적 원리는 무엇인가?

첫째, 우리 인체에 12KN 이상의 충격이 올 경우 로프는 절단되지 않더라도 신체에 심각한 데미지를 받게 되어 결국 사망에 이르게 할 수 있으며

둘째, 추락자에 12KN의 충격력이 걸린다면 확보자에게도 그 힘의 약 2/3, 즉 8KN이 걸린다. 이 두 힘의 합 20KN은 추락자와 확보자 사이의 최종 확보물(볼트,퀵드로,카라비너)이 받는 힘이 되고 이들의 고정강도(파괴강도)가 약 22KN 정도 되므로 그야말로 아슬아슬한 상태가 되는 것이다.


☆ 충격력은 어떻게 결정 되는가?

예를 들어 80Kg의 물체가 5M를 추락 했을 경우 충격력이 얼마인가를 알아내기는 쉽지 않다. 왜냐하면 그 물체가 떨어진 자리가 콘크리트처럼 딱딱한 곳인가 혹은 스폰지처럼 푹신한 장소인가에 따라 달라진다. 같은 이론으로 바닥까지 떨어지지 않더라도 위에서 잡아주는 로프가 하드한가 탄력있는가에 따라 충격력은 달라진다. 와이어로프(거의 완전한 static)는 다이나믹로프보다 같은 굵기에서 고정강도가 몇 배 더 크다. 하지만 이런 와이어로프를 매고 추락한다면 충격력은 12KN을 넘어 100KN이 될 수도 있다.

충격력을 결정하는 요소는 물체의 <질량><속도>그리고<속도가 정지한 시간>이다.
이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.

충격력 = 질량 × (처음속도-나중속도) ÷ 속도가 정지한 시간
F = m(v1-v2) ÷ dt

위 식에 의해 추락 충격력을 줄일 수 있는 요소를 찾아보자 (조건:UIAA 드롭타워)

질량(m)---------80Kg
처음속도(v1)---------?
나중속도(v2)---------0M/sec(여기서는 추락이 완전히 멈춘 상태(zero)를 나타냄)
속도가 정지한 시간(dt)--------?

추락하는 물체는 그 질량과 관계없이 1초에 9.8M/sec씩 속도가 증가하는 등가속 운동을 한다.
즉 추락전 속도 0M/sec에서 1초 후에 9.8M/sec, 2초후 에 19.6M/sec, 3초 후에 29.4M/sec...

조건에서 추락거리(fall)가 5M라고 했으니 추락 시간이 1초를 조금 넘는다. 그러므로 그 때의 속도는 약10M/sec정도 되고 이것을 처음속도(v1)이라고하며 로프에 물체가 걸리는 순간의 속도를 말한다.

정밀하게 구하는 식 : 속도(v1)의 제곱 = 2×9.8m/sec2×5M (2는 상수)

∴ (v1)2 =98, 제곱을 풀면 9.899... 약10M/sec

이제 남은 것은 속도가 정지한 시간(dt)를 구하는 것이다.
이 시간(dt)를 짧게 하느냐 길게 하느냐에 따라 충격력이 커지거나 작아진다.

80kg×(10m/sec-0m/sec)÷dt < 12KN
0.8KN ÷dt < 12KN
dt > 0.8KN ÷12KN
dt > 0.066

∴ 속도 변화에 걸린 시간(dt)는 0.066초 보다 길어야 한다.

결국 와이어로프는 이 시간(dt)가 매우 짧다는 것이고 다이나믹 로프는 이보다 길다는 것을 의미한다.


어떤 로프의 고정강도가 20KN이라 했을 때 몸무게80Kg(0.8KN)을 갖는 사람이 몇M를 추락(자유낙하)했을 경우 파괴되는가?

결론부터 말하면 UIAA에서 승인한 로프는 추락계수 2 이내에서 첫번째 추락이라면 추락거리가 아무리 길어도 이론상 파괴되지 않는다. 즉 로프에 가해지는 충격력이 20KN까지 도달하지 않는다.
그러나 2번, 3번 추락을 거듭할수록 충격흡수율과 고정강도는 점차 줄어들게 되어 똑같은 추락을 하여도 충격력은 점점 더 커지고 결국 줄어든 고정강도를 넘어 파괴(절단) 되고 만다.
이에 대한 로프의 또 다른 기준은 추락저항횟수가 5회 이상이어야 한다. 우리가 할 수 있는 일은 로프가 노후될수록 점차 추락계수를 작게하는 확보시스템을 사용해야 한다 (바닥에 떨어지는 경우와 비교하여 스폰지의 두께를 늘이는 것과 같다)


☆추락저항횟수(number of falls) 란?

간단히 말해 로프의 충격에 대한 내구성 시험이다. 드롭 타워에서 첫번째 추락에서 충격력을 측정하고, 5분의 인터벌로 로프가 파괴(절단)될 때까지 연속하여 추락 시킨다. 5회 이상 견디면 합격이다. 대부분의 싱글로프가 직경 9~11mm범위에 있다. 충격력의 수치는 이 직경과 비례하지 않지만 추락저항횟수는 상당히 비례한다. 즉 직경이 굵은 로프일수록 추락에 대한 내구성이 좋다.


신장률 (Elongation)

☆ 현대의 로프 제조기술은 이 시간을 길게하는 방법으로 로프를 신장시키는(Extension) 방법을 쓴다.
그러나 이것도 적정한 범위를 넘어서면 매우 위험하고 사용하기 불편해진다.

추락 충격력을 줄이기 위해 번지코드처럼 300~400%의 신장을 허락할 수는 없다. UIAA에서는 첫번째 추락(1,fall)에서 추락신장률을 40% 이하로 제한하고 있으며 사용신장률과는 기준이 다르다. 사용신장률은 로프의 전 길이에 80kg하중을 걸고 신장된 길이를 측정하는 것이며, 이들은 서로 비례할 수밖에 없기 때문에 대부분 로프의 신장도는 사용신장률(싱글8%이하,더블10%이하)을 갖고 판단한다. 가장 이상적인 로프는 충격력과 신장률 모두 적은 것이나 이는 이율배반적인 성격을 갖는다.


그밖의 성능들

☆ 매듭시험 (Knotability)

로프 중간에 간단한 매듭(옥매듭)을 하고 그 밑에 10kg하중을 걸고 매듭 내부의 공간의 크기를 측정하며,

그 크기는 로프직경의 1.1배 이내여야한다. 통상 0.6~0.7의 범위에 있다.


☆ 외피밀림시험 (Sheath Slippage)

UIAA는 1%이하, CE는 2%이하로 규정하고 있으나 대부분의 이름있는 로프들은 0%를 실현하고 있다.


☆ 예각시험 (Resistance Radius 0.75mm)

IAA표준 드롭타워 추락시험에서는 로프가 닫는 부분의 반경을 5m/m로 한다(카라비너와 같은) 그러나 예각시험은 로프가 카라비너가 아닌 날카로운 암각에 닿았을 경우를 가정한 모서리 반경 0.75m/m에 대한 시험이다. 이 시험을 통과한 로프는 별도의 라벨을 부착하고 있다. 그러나 이 시험에 통과한 로프라고 해서 반드시 충격력이나 추락저항횟수에서 우수한 성능을 보이는 것은 아니다.


☆ 내마모성 : 보빈수(Number of Bobbins)

이 시험방법은 잘 알지 못하지만 로프의 보빈수(Number of Bobbins)를 보면 어느 정도 알 수 있다. 보빈수는 로프를 짤때 단위면적당 사용되는 극세사(filament)의 숫자로 이해하면 된다. 이 숫자가 적을수록 외피의 내마모성이 좋으나 반대로 로프의 다이나믹성은 떨어진다. 따라서 내마모성을 중요시하는 로프는 적은 보빈수(30~40)를 사용하고 다이나믹성(=신
장성)을 중요시하는 로프는 많은 보빈수(40~50)를 사용한다.


참고 데이터

☆ 드롭타워 추락시험결과(10.5m/m, 싱글,80kg, fall factor 2)

★추락횟수 ★충격력 ★UIAA 표준
(number of falls) (impact force)
1,fall 7.2KN 최대충격력:12KN 미만
2,fall 8.2KN 최대추락신장률:40%이하
3,fall 9.0KN
4,fall 10.0KN
5,fall 10.5KN
6,fall 11.0KN
7,fall 11.5KN
8,fall 11.5KN
9,fall 11.5KN
10,fall 11.5KN
11,fall 11.5KN 추락저항횟수:5회 이상
12,fall 파괴(절단)

※ Note:상기 데이터는 프랑스 Beal(비알)의 여러 모델 중 Top gun 10.5 싱글로프의 경우이며 모델별로 상이함.
우리는 이 데이터에서 추락이 거듭될수록 충격력이 점차 커짐을 알 수있다. 추락신장률 35%,사용신장률 7.6% 기록.


맺 음

☆ 나는 아직 국내에서 트윈은 물론 더블로프웍을 사용하는 경우를 보지 못했다. 그런데 예전부터 아이스 클라이밍에서 8~9mm대 로프 사용은 스탠다드화 되었다. 9mm대 싱글로프가 생산되기 시작한 것은 최근의 일이다. 우리는 더블로프를 마치 싱글로프처럼 잘못 사용하고 있지는 않았을까? 이제는 로프의 직경을 가지고 어느 어느 클라이밍에 사용한다든가 하는 오류를 벗어나야 한다.


☆ 로프의 교체주기에 대한 가이드라인을 소개한다. 로프의 상태와 구입시기를 따져보고 신중하게 결정해야 할 것이다.

★ 격주로 사용 : 4년
★ 매주 사용 : 2년
★ 스포츠 클라이밍 : 몇개월 혹은 반년
★ 다음과 같은 경우는 즉시 교체하는 것이 좋다
로프가 평편하게 눌린 상태로 있는 경우, 큰 추락을 한 경우 등.


[ 힘의 단위 N(newton 뉴턴)의 이해 ]


☆ N은 힘의 단위로 질량의 단위인 kg과는 엄연히 다르다.

1N은 질량이 1kg인 물체에 작용하여 1m/sec²의 가속도를 생기게 하는 힘이다.
이 물체를 가속시키는 힘은 m×a =F 라는 식으로 구한다.
m=물체의 질량(kg) a=가속도m/sec²) F=힘(N)

∴ 1kg×1m/sec²=1N

☆ 우리가 가장 익숙하게 느끼는 힘 중 하나가 중력이다.

지구는 그 중심으로 질량을 갖는 모든 물체에 9.8m/sec²의 가속도로 잡아당기는 힘이 작용하며
이 중력에 의해서 질량을 갖는 모든 물체에는 무게가 있다.

∴ 1kg(질량)×9.8m/sec²=9.8N(중력) =1kg중(무게)

☆ 우리는 흔히 몸무게를 “몇kg”등으로 말하는데 정확하게는
몇kg×9.8m/sec²=“몇kg중”으로 말해야 되며
이를 다시 중력(힘)으로 표시하면 몇kg×9.8m/sec²="몇N"이 된다

☆ 60kg중 몸무게를 가진 사람이 로프에 매달려있다면 로프가 받고 있는 힘은
60kg×9.8m/sec²=588N이 된다.

☆ 어떤 물체의 질량이 1kg이라면 지구에서 작용하는 무게 힘은 1kg*9.8m/sec²=9.8N이 되고 달에서 작용하는 무게 힘은 1kg*1.6m/sec²=1.6N으로 약1/6로 줄어든다.

☆ 우리는 힘의 크기를 무게의 크기로 이해하는 것에 익숙하다.

따라서 무게(1kg중)=힘(9.8N)에 의하여 “1N”은 몇 “kg중”인지 환산해 보자

※ Note:1. 편의상,“kg중”을 이해했으니 이제부터 "중”을 생략한다.
2. ≒ 값? : 중력가속도 9.8m/sec²는 계산상의 표준일뿐 지구상의 위치에따라 조금씩 다르다.
약 10m/sec²으로 계산하면 편하다.

∴ N =1kg/9.8 =0.102kg ≒ 0.1kg


☆ 힘의 단위중에는 N(newton)으로 부터 daN(decanewton, KN(kilronewton)등이 사용된다.

1000N =100daN =1KN ≒ 100kg