Murtolujuudet ja käyttökuormat

Kiipeilyvälineissä kerrotaan jotain niiden lujuudesta kilonewtoneina. Newton on voiman SI-yksikkö ja kilonewton on tietysti tuhat newtonia. Newtonin lyhenne on N, joten kilonewton on kN.

Voima ja massa (massaa mitataan kilogrammoilla) ovat hyvin erilaisia asioita, mutta massalla on ominaisuus joka auttaa kuvailemaan voimia arkisissa tilanteissa, se ominaisuus on paino. Kun gravitaatio eli vaikka maan vetovoima vetää puoleensa massaa, massalla on paino. Massalla on myös toinen merkittävä taipumus aiheuttaa voimia, nimittäin massan kiihdyttämiseen (ja hidastamiseen) tarvitaan myös voimaa. Lopetan tämän lässyttämisen tärkeään johtopäätökseen: kun kappaleen painoa käytetään voiman mittana tai kun kappaleen massan aiheuttamaa voimaa halutaan arvioida, kappaleen on oltava paikallaan (tarkemmin levossa). Kokeile vaakaa hississä jos et usko.

Tällä varauksella uskallan esittää karkean yhtälön: Yksi kilonewton vastaa sataa kilogrammaa. Sitten oleellinen kysymys:

Jos sulkurenkaassa lukee "24 kN,", kestääkö se 2400 kg?

Se riippuu hyvin paljon siitä, mitä kestämisellä tarkoitetaan. Sulkurenkaan valmistaja ilmoittaa, että riittävän suurella todennäköisyydellä, jos otetaan monta sulkurengasta ja vedetään ne poikki, pienimmällä voimallakin murtunut vaati vähintään tuon 24 kN. Hyvin hitaasti ripustamalla 2400 kg massan sulkurenkaan varaan sitä pitäisi olla lähes mahdotonta saada poikki. Mutta onko se sama kuin että sulkurengas kestää?

Tässä on video sulkurenkaan vetolujuustestistä. Juuri ennen kuin sulkurengas katkeaa, se on aika hassun muotoinen. En sanoisi sitä samaksi sulkurenkaaksi kuin se jota alettiin kuormittaa, vaan aika dalilaiseksi versioksi siitä. Mallitapaukseksi sulkurenkaasta, jota en suin surminkaan suostuisi käyttämään. Miksi siis sanoisin, että se alkuperäinen sulkurengas kestää 24 kN, jos se salakavalasti muuttuu sulkurenkaaksi jota en ikinä haluaisi, vaikka tämä hirviösulkurengas sitten juuri ja juuri kestäisikin?

Kaikillehan on selvää, että tuollaisen rökityksen jälkeen sulkurengas on roskiskamaa, vaikkei sitä ratkaisevaa napsausta aivan kuuluisikaan. Siispä dalilainen metallikeräyskeen joutava sulkurengas kestää, ei se jolla aloitettiin. Aivan kuten auto kestää nokkakolarin, jos onnistuu pitämään matkustajan sisällään.

Ehkä yksi syy vaahdota aiheesta on vuosien takainen oivallus, joka on peräisin muuan mekaniikkasuunnittelijalta. Hänellä oli töissään filosofinen pähkinä, joka koski erään asioiden nostamiseen tarkoitetun laitteen lujuustestiä. Laite nimittäin kesti aivan kuten piti, mutta vain koska eräs kuormitettu osa taipui maahan asti ja sai siitä tukea.

Koeponnistus - mutta yhdelle vai kahdelle laitteelle?

Tässä ei ollut mitään ongelmaa, koska koeponnistusta ei tehdä käyttökuormalla vaan ylikuormitettuna, aivan kuten sulkurenkaalle. On aivan sama, pystyykö laitetta käyttämään testin aikana tai sen jälkeen, kunhan se ei vaarallisesti romahda. Mutta ongelma onkin filosofisempi: Mitä merkitystä tällä kokeella on? Jos tähdätään vaikka varmuuskertoimeen viisi, eli tuossakin testissä lastataan laitteen kuormaksi viisi kertaa käyttöohjeen mukainen maksimikuorma, mihin kaikkiin tilanteisiin tällä tähdätään? Tuskin kuitenkaan todella siihen, että joku keksii lastata viisinkertaisen määrän tavaraa käyttöohjeesta huolimatta. Entä, jos jossain laiteyksilössä olisikin sellainen vika, että se todella kestää vain viidesosan normaalista, ilman että edes ehtii saada tukea maasta?

Jutun ydin on siinä, että viisinkertaisella varmuudella kestäminen ja viisinkertaisen kuorman kestäminen eivät välttämättä ole sama asia. Mitä viisinkertaisella varmuudella kestäminen edes tarkoittaa? Sitä kai, että jos laitetta käytetään paljon, niin paljon että saadaan tilastollisesti pätevä määrä rikkoontumisia, niin mallilla x on niitä viidesosa siitä määrästä mitä mallilla y.

Niin, varmuuskerroin. Kiipeilyvälineille ei yleensä sellaisia valmiiksi anneta, vaan ne joko sisältyvät käyttöohjeen mukaisiin käyttötilanteisiin tai sitten käyttäjän on itse määriteltävä kertoimensa ja jaettava minimimurtolujuus sillä. Köysipyörille, jotka tyypillisesti todella kohtaavat melko isoja kuormia ja toisaalta ovat suhteellisen herkkiä osia (verrattuna vaikka banaaliin sulkurenkaaseen), on usein lisäksi annettu WLL-arvo, work load limit eli suurin sallittu käyttökuorma. Ja hyvä niin, koska luultavasti köysipyörä menee lopullisesti käyttökelvottomaksi paljon ennen kuin hajoaa niin että kuorma putoaa.

En tarkoita, että olisi väärin kertoa ensimmäistä kertaa kiipeilykamojen varaan laskettavalle, että ne kestävät vaikka henkilöauton painon. Luultavasti kestävätkin, ja se kuulostaa hyvin rauhoittavalta. Mutta lopulta sportti- ja jopa työkiipeilyyn liittyvät tarvikkeet ovat aika herkkiä laitteita, ja niitä on käytettävä oikein. Siksi olen ehkä vähän sitä mieltä, vaikkei ketään kiinnostaisikaan, että minimimurtolujuuden ilmoittamisessa on ongelmansa. Ainakin itse muistan ajatelleeni kun sain ensimmäiset sulkurenkaani, että tässäpä on lujaa kamaa. Nyt sanoisin, että ne näyttävät ihan napakoilta alumiiniosilta, mutta luujuuden puoleen niiden erikoisuus on että lujuus on hallittua. On tavaraa, johon voi huoleti ripustaa itsensä tai 200 kiloa, ja on tavaraa jolla voi yhtä huoleti leikkiä isommilla voimilla. Isot tai pienet voimat, koskaan niiden ei kuitenkaan pitäisi olla lähelläkään minimimurtolujuutta.

Tosin mitäpä minä tietäisin. Tässä guru-osaston Richard Delaney käyttelee jotain mikä näyttäisi Rock Exotican Omni Block 1.5" Doublelta, jonka WLL on 8 kN ja minimimurtolujuus 36 kN - ja puntari käy 17 kN:ssa! Ehkäpä niissä jonkin verran marginaalia sitten kuitenkin on. Mutta me tenavathan muistetaan, että isojen poikien ja tyttöjen pihalla on omat säännöt.