Podczas wykonywania prac wymagających długiego chodzenia po nierównych podłożach (np. na placach budowy) istotne znaczenie ma wyposażenie obuwia w grubsze podeszwy, izolujące stopę od podłoża oraz system pochłaniania energii w obszarze pięty. Na system ten składa się odpowiednio dobrany układ materiałowy spodu obuwia i jego odpowiednia konstrukcja. Przy ekstremalnych obciążeniach, potknięciach czy upadkach część energii jest pochłaniana przez obuwie, co chroni piętę i kręgosłup przed uderzeniami lub zranieniem. Zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm [1,2,3] obuwie wyposażone w ten system powinno się charakteryzować absorpcją energii w obszarze pięty nie mniejszą niż 20 J. Efekt absorbowania sił uderzeniowych powstających, gdy stopa zderza się z podłożem (wstrząsów) uzyskuje się najlepiej poprzez zastosowanie mikrokomórkowych wyłożeń podpodeszwy i podeszwy. Z kolei efekt amortyzacji nacisków podczas chodzenia i stania uzyskuje się dzięki użyciu podpodeszwy i wyściółki o litej, ściśliwej strukturze, co w rezultacie minimalizuje punkty dużego nacisku i sprawia, że obuwie staje się wygodniejsze.

Zjawisko poślizgu stanowi jedną z istotnych przyczyn powodujących powstawanie wypadków zarówno w pracy, jak i na drogach publicznych. Większość materiałów stosowanych na podeszwy obuwia ma dobrą przyczepność do podłoży suchych i chropowatych i nie wykazuje tendencji do poślizgu. Najbardziej niebezpieczne są podłoża gładkie, zwilżone wodą, olejami i smarami lub oblodzone. Na podłożach suchych i gładkich najwyższe współczynniki tarcia wykazują materiały miękkie o gładkiej powierzchni, gdyż w tym przypadku wielkość powierzchni kontaktu z podłożem jest maksymalna i znaczną rolę odgrywają siły adhezji [4-6]. Zwilżenie powierzchni cieczą może prowadzić do istotnego zmniejszenia współczynnika tarcia między powierzchnią podłoża a podeszwą obuwia. Warstwa cieczy, gdy jej grubość osiągnie krytyczną wartość może całkowicie rozdzielać trące się powierzchnie. Powoduje to zmianę mechanizmu tarcia. Na wartość siły stycznej niezbędnej do wywołania ruchu mają wówczas wpływ właściwości hydrodynamiczne warstwy cieczy rozdzielającej materiał trący od podłoża [7]. Mechanizmy tribofizyczne związane z wypadkami spowodowanymi poślizgnięciem, uwzględniają zdolność powierzchni kontaktu obuwie – podłoże do odprowadzania zanieczyszczeń (powiązaną z procesem wyciskania filmu), przyleganie podeszwy obuwia do zboczy mikroskopijnych nierówności powierzchni podłoża (powiązane z histerezą) i w końcu rzeczywisty kontakt między oddziaływującymi na siebie powierzchniami (powiązany z przyczepnością) [8,9]. Proces wyciskania filmu, występujący między obuwiem i powierzchnią podłoża natychmiast po zetknięciu się z nią obcasa, jest krytycznym zjawiskiem, które wpływa na równowagę i bezpieczeństwo podczas chodu, gdy stykające się powierzchnie są zanieczyszczone. Dlatego, jednym z kluczowych elementów w zapobieganiu urazom spowodowanym przez poślizg i upadek jest zdolność chodników, przejść dla pieszych i materiałów podłogowych oraz podeszew obuwia do odprowadzania cieczy (drenażu). To właśnie drenaż będzie decydował o tym, jak efektywnie spodnia powierzchnia obuwia będzie przylegała do mikronierówności powierzchni podłoża, tak aby deformacja i rzeczywisty kontakt były możliwe w obecności zanieczyszczenia. Podstawą uzyskania dobrej odporności obuwia na poślizg są przede wszystkim właściwości frykcyjne materiałów zastosowanych na podeszwy. Podobnie jak chropowatość powierzchni podłoża również chropowatość materiału podeszwy wpływa istotnie na wartość współczynnika tarcia między nimi [8,9,10]. Im większa chropowatość tym większy współczynnik tarcia. Istotne znaczenie ma również wpływ twardości materiału podeszwy. Ogólnie im twardszy materiał tym większa możliwość poślizgu, jakkolwiek w pewnych okolicznościach bardzo miękkie materiały mogą się zachowywać niekorzystnie na gładkich mokrych podłożach [4,5]. Bardziej miękkie podeszwy dają większy współczynnik tarcia, ponieważ mikroskopijne chropowatości powierzchni podłoża mają możliwość zagłębienia się w materiał podeszwy, co zwiększa powierzchnię kontaktu i adhezję między podeszwą i podłożem. Podeszwy o dwóch gęstościach, w których bardziej miękka mikrokomórkowa międzypodeszwa znajduje się powyżej zewnętrznej litej powierzchni kontaktującej się z podłożem, również wpływają korzystnie na odporność obuwia na poślizg.

Odpowiedni wzór bieżnika podeszew ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia dużej ich odporności na poślizg na mokrych podłożach [4,5,6]. Bieżnik przerywa warstewkę cieczy i odprowadza ciekłe zanieczyszczenia, co zapewnia niemal suche warunki między występami urzeźbienia i podłożem. Zapobiega to zjawisku hydroplaningu i poślizgowi w bardzo podobny sposób jak ma to miejsce w przypadku urzeźbienia na oponach samochodowych. Podobnie jak w przypadku opon w pojazdach, nie ma jednego najlepszego wzoru lub wzoru odpowiedniego do wszystkich warunków, tym niemniej w literaturze fachowej można znaleźć informacje dotyczące zasad prawidłowego projektowania urzeźbienia podeszew [4,5,6].

Uważa się, że liczne i drobne występy urzeźbienia zapewniają bardziej korzystną charakterystykę antypoślizgową niż niewiele dużych występów. Krawędzie czołowe występów powinny być skierowane we wszystkich kierunkach. Urzeźbienie powinno być otwarte na boki, tak aby brud i ciecze były usuwane wskutek zginania podeszwy, które ma miejsce podczas chodzenia (samo-czyszczące działanie bieżnika). Urzeźbienie powinno pokrywać znaczącą część podeszwy. Zgodnie z wymaganiami norm PN-EN ISO 20345:2007, PN-EN ISO 20346:2007, PN-EN ISO 20347:2007 [1,2,3], odnoszącymi się odpowiednio do obuwia bezpiecznego, ochronnego i zawodowego, urzeźbienie powinno pokrywać w części przedniej podeszwy obszar równy 0,45×L zaś w części obcasa 0,25 ×L, gdzie L oznacza długość podeszwy (rys. 1. ). Wysokość występów urzeźbienia powinna wynosić, zgodnie z wymienionymi wyżej normami co najmniej 2,5 mm w obuwiu skórzanym i co najmniej 4 mm w obuwiu całogumowym i całotworzywowym. Szerokość kanałów między występami urzeźbienia powinna wynosić, co najmniej 2 mm [6]. Występy urzeźbienia powinny mieć gładką płaską powierzchnię (bez dodatkowych wzorów) w celu zapewnienia maksymalnej powierzchni styku podeszwy z podłożem[4,5,6]. Ustawienie urzeźbienia powinno być takie, aby nie tworzyły się linie ciągłe. Poszczególne występy urzeźbienia powinny być przesunięte względem siebie[10].

Rys. 1.  Wymagana powierzchnia urzeźbienia podeszwy

Ważne znaczenie dla odporności na poślizg ma model obcasa. Stwierdzono [8,9], że zdecydowana większość poślizgów prowadzących do upadku podczas chodzenia dotyczy miejsca, w którym obcas styka się z podłożem. Drobne urzeźbienie powierzchni w formowanych obcasach, które powinno biegnąć w kierunku prostopadłym do wzdłużnej osi podeszwy, poprawia odporność na poślizg a im bardziej „ścięty” obcas, tym większe pole powierzchni kontaktu podczas uderzenia obcasa, co przyczynia się do zwiększenia współczynnika tarcia [6]. Przeciwnie, zakończony pod kątem prostym (kwadratowy) obcas jest najbardziej niebezpieczny, ponieważ powierzchnia kontaktu jest mała, co bardzo zwiększa możliwość poślizgu. Front obcasa powinien być kwadratowy (działa jak krawędź czołowa) [6].

Szczególnie ważnym i trudnym zagadnieniem jest dobór odpowiednich materiałów podeszwowych do obuwia, które poza dobrymi właściwościami frykcyjnymi musi spełniać na przykład wymagania olejoodporności. Dobrej klasy materiałem na podeszwy obuwia, przeznaczonego do użytkowania w warunkach zanieczyszczenia podłoża olejami, smarami, rozpuszczalnikami jest guma sporządzona z kauczuków butadienowo-akrylonitrylowych [7].

Przykładem podeszwy zapewniającej dużą odporność na poślizg, może być podeszwa obuwia przedstawionego na rys. 2. [11].

Rys. 2. Urzeźbienie podeszew obuwia dla załóg (Shoes For Crews®) o wysokiej odporności na poślizg, zwłaszcza na podłożach mokrych i zatłuszczonych [11]

Literatura

1. PN-EN ISO 20345:2007 Środki ochrony indywidualnej – Obuwie bezpieczne
2. PN-EN ISO 20346:2007 Środki ochrony indywidualnej – Obuwie ochronne
3.PN-EN ISO 20347:2007 Środki ochrony indywidualnej – Obuwie zawodowe
4. Wilson M. “Safety critical testing of slip resistance properties of footwear”, Konferencja “Research and standardization in the field of development and use of personal protective devices”, Kraków, 2005
5. Abbott S., George M. “Investigating slip resistance” World Footwear 2002, 16(5), 45-46
6. Wilson M. “Slip resistant footwear. Part 3: Sole design guidelines” SATRA Bulletin 1989, 2, 150-151
7. Stanisławska Z., Ślusarski L., Wpływ rodzaju materiału spodowego i rodzaju urzeźbienia na wielkość kinetycznego współczynnika tarcia. Część I. Spody olejoodporne, Przegląd Skórzany, 1987, str. 135-140
8. Grönqvist R., Mechanisms of friction and assessment of slip resistance of new and used footwear soles on contaminated floors, Ergonomics, 1995, 28, 224-241
9. Grönqvist R., Walking on the Level: Footwear and the Walking Surface rozdział w “Understanding and preventing falls”, edytorzy: Haslam R. i Stubbs D., CRC Taylor & Francis, 2006, 15-50
10. Jung K., Factors influencing anti-slip properties of footwear, Proceedings „ Quality and usage of protective clothing, NOKOBETEF IV, 5-7 February 1992, Finland
11. Loo-Morrey M., Lemon P., A study of the slip characteristics of metal flooring materials, Research Report RR534, Health and Safety Executive, 2007