Pitenemisen estämisen merkitys highline-ankkureissa

Halusinpa rakentaa highlinen erään kallion päältä kallion alla olevaan isoon haapaan. Koska en oikeasti ja kokemuksen kautta osaa pultata, mietin ankkurointia ihan tosissani. Päädyin leikkikaveriksi ilmoittautuneen Jukan kanssa siihen että halutaan tuplasysteemi (aina) ja molemmille kaksi omaa pulttia.

Kuorman jakaminen kahdelle pultille on triviaali juttu, jonka osaa tehdä jokainen kalliokiipeilyn peruskurssin suorittanut: sen hoitaa mallikkaasti sliding x. Kalliokiipeilyssä käytettävässä sliding x:ssä on solmut pitenemisen (engl. extension) rajoittamiseksi. Piteneminen on siis sitä, että kun yhden ankkuripisteistä pettäessä kuorma siirtyy muiden varaan, näiden kahden tilan välillä oleva "löysä" romahtaa uusien pisteiden varaan. Mistä seuraa tietysti iskumainen kuormitus.

Sporttikiipeilyssä solmitut slingit ovat ihan ok, kun 22 kN slingin on kestettävä korkeintaan kahden ihmisen paino tai yhden putoilut, dynaamiseen köyteen. Solmujen vaikutus slingin lujuuteen korvataan muutenkin tolkuttomalla varmuuskertoimella. Raskaammissa touhuissa ei oikein ole tapana solmia slingejä. Siispä kehittelin innoissani solmuttoman ja tosi näppärän sliding x:n jota esittelin eräälle arvostamalleni osaajalle. Tämä totesi ykskantaan, ettei highlinessa tarvita pidentymiseltä suojaamista, koska mitä enemmän systeemi pitenee, sitä pienemmäksi ankkurikulma ja siksi voimat muuttuvat. Tämähän piti kokeilla!

Täytyy vielä sanoa, että sliding x:n solmimista perustellaan myös redundanssilla, koska se lisää kohtia, josta slingi saa katketa ilman että koko ankkuri pettää. No, solmut toisaalta lisäävät kohtia joista slingi todennäköisesti pettää, mikäpä sen muualta katkoisi, paitsi veitsi. Highline ylipäätään on tuplattu niin että myös sliding x:iä on kaksi kappaletta, joten katketkoon toinen ihan mistä kohdasta vain. Tässä tapauksessa itse arvostan enemmän 35 kN slingiä solmuttomana kuin hässäkkää, jonka katkominen veitsellä ilkivaltamielessä vaatii toisenkin viillon.

Kun kerran sain itse laittaa pultit, suunnittelin saman tien pulttien sijainnit ankkurisysteemin mukaan. Ai kun tuli hyvä, hienoin ankkuri mitä ikinä olen tehnyt! Sommittelin lomittain kaksi pulttiparia sillä tavalla, että mailloneilla ja 150 cm slingillä tulisi sopiva ankkurikulma ja että masterpointit olisivat parinkymmenen sentin päästä toisistaan, että highlinea on mukava käyttää. Pulttien väliksi tuli 73 cm ja kulmaksi hieman reilut 45 astetta.

Laitoin masterpointiksi Kaksi 8 mm delta-maillonia, koska pienellä kuormalla ne tuntuivat asettuvan slingiä vasten juuri niin kuin ne on tarkoitettu kuormitettavaksi. Käytännössä kuitenkin alkoi tuntua, että tuhti ovaalimaillon asettuisi itsestään paremmin, ja prusik-narulle ja slingille suurempi säde olisi tietysti hellempi. Suurempi delta ei varmasti asetu paikalleen, se vaatisi leveämmän nauhan. Toiseksi silmukkapäinen prusiknaruni on ehkä hieman ahdas deltan kärjessä. Lenkki siihen toki asettuisi vaikka minkäpaksuisesta narusta. Molemmissa mailloneissa oli siis oma prusikinsa, jotka olivat köydessä peräkkäin. Backup oli kaksipäisellä kahdeksikolla kuten kuvasta näkyy:

Kaksi sliding x:ää kivasti lomittain. Backupit on kaksipäisellä kasilla pultteihin 1 ja 3, jos sliding x on pulteissa 1 ja 2. Backupissa on sen verran löysää, että slidind x pääsee ensin pitenemään loppuun jos niikseen tulee.

Kuin sika pienenä. Kuvan ottamisen jälkeen pidensin vielä punaisen köyden backupia.

Keksin vahingossa jotain, joka varmaan on kaikille muille itsestään selvää. Rakensin nimittäin taljan reilusti tämän asetelman takapuolelle, mutta en tarrannutkaan traktorilla köyteen prusikin jännitettävältä puolelta (alla olevan kuvan oikea puoli), vaan niin että vedin löysiä pois prusikien läpi. Kai sitten olen jämähtänyt siihen ajatukseen, että vain ankkurin ulkopuolinen osa on käytettävissä, koska puussa tai rakenteessa se helposti onkin niin. Tasamaalla taas pääsee paljon helpommin ankkurin taakse, eikä pulttien tapauksessa ole mitään törkeän kokoista ankkuripuutakaan tiellä.

Itsellenikin yllättäen vedin taljalla (sininen pyörä, enforcer ja shunt) köyttä (punainen) prusikien läpi, en prusikien etupuolelta.

Tässä vaiheessa Jukka tuli puusta, johon hän urhoollisesti hankkiutui siitä huolimatta että aiemmin oksan yli hoidettu, vain kertaalleen käytetty kotinaru katkesi ensimmäisellä yrityksellä vetää köysi paikalleen. Siis hyvästä valmistelusta huolimatta päästiin myös puuankkurin tekoon. Ankkuri oli isossa haavassa noin viidentoista metrin korkeudessa, koko lailla vaakatasossa jyrkänteen laen kanssa. Jukka kiepautti tensionless hitchit molempiin köysiin, ja suhteellisen helposti saatiin köydet kaikkien puskien ja oksien oikeilta puolilta valmiiksi kiristettäväksi, ilman ensimmäistäkään kierrosta toistensa ympäri. Vedettiin 1,5 kN esijännitystä, mutta tämä oli mitattu taljalta eikä asettuneelta köydeltä, joten tuskin köysille paljon kilonewtonia per kappale enempää jäi.

Valmisteltiin myös testisysteemi, joka koostui yhdestä köydestä. Ankkuri oli vastaava mutta pienemmällä kulmalla, ettei voimamittari saisi liikaa kyytiä (sivusuuntaan) pisteen pettäessä. Pisteen pettäminen järjestettiin virittämällä toinen pää sliding x:stä köysilenkin varaan niin, että lenkki voidaan silpaista leikkurilla poikki. Hoksattiin tässä vaiheessa, että backup (kuva alla) on liian lyhyt, se nappaa kiinni ennen kuin pidentynyt sliding x. Huh, olipa lähellä!

Etualalla testiasetelma ennen Aleksiksen ripustamista. Sliding x:n toinen piste on ketjun päässä, toinen ketjun takana olevan köysilenkin päässä. Backup on tehty kaksipäisellä kasilla. Visa: etsi kuvasta virhe tutkimusasetelmassa!

Sitten siirryttiin hoitamaan Aleksista testiköyteen roikkumaan. Pikku juttu, vai mitä. Ja mehän ei maata pitkin kävelty:

Toimii

No, sanotaan nyt sitten että tätä kohtaa olisi voinut miettiä vähän valmiiksi. Mutta kyllähän me perhana se kivi siihen narulle ripustettiin! Ei tosin ihan keskelle eikä kolmasosa päädystä, mutta johonkin neljäsosan ja kolmasosan puoliväliin. Hämärä alkoi uhata. Siispä hoidettiin nopeasti kaikki valmiiksi rytkäytystä varten ja suksittiin mäelle (ei oikotietä enää) köyttä katkaisemaan.

Aleksis II (vas), 120 kg.

Köysi katkesi nätisti, Aleksis putosi pykälän alaspäin ja enForcer laukesi mittaamaan, joten jotain meni oikein. Mutta ei kaikki, mittari nmittäin näytti vajaata puolta kilonewtonia. Köysi oli backupin varassa. Ja aurinko laskemassa, ja Aleksis taas liian lähellä maapalloa. Klassikko: molemmat olivat luulleet, että toinen hoitaa jo havaitun backup-ongelman. Onneksi Jukka ei ole ensimmäisenä luovuttavaa tyyppiä; mies keksi haulata köyden kivineen uudelleen kireäksi. Ja ennen kuin itse ehdin aloittaa että "ei sitä kuitenkaan silleen kuormitettuna saa" niin Jukalla oli taljakin valmiina. Ja tulihan se köysi sieltä sen vähän reilut 70 senttiä mitä pidentymisen takia oli menetetty. Solmin uuden köysilenkin ja poistettiin backup kokonaan. Muistin nyt toisella kerralla toisenkin ekalla unohtuneen askareen: merkkasin teipillä köyden heti prusikin kohdalla niin että nähdään, lipsahtaako prusik.

Ei lipsahtanut! Slingi sen sijaan sai pieniä palovammoja, ja taitaa saada myös korvamerkin. Onpahan materiaalia vastaaviin testeihin. Oli hyvä veto käyttää teräksistä master pointia ja maillonia sliding x:n rakentamisessa, vaikka metallien välillä onkin pehmusteena tuo slingi-parka.

Sliding x:n jämät oikealla, ahdistunut "pettäneen" pään maillon napakasti niputettuna. Valkoinen teippi (valkoisessa köydessä, nerokasta) näyttää ettei prusik luistanut yhtään. Eipä sinänsä yllätys, koska voimat olivat suhteellisen pieniä.

Vot:

Ankkuripisteen kuorma ajan funktiona, kun sliding x:n toinen piste pettää

Osa edellistä käyrää sekunnin ja kahden sekunnin väliltä

Vau! Lähtötilanne on staattisestikin mitattu 1,4 kN. Sitten näkyy luultavasti leikkurilla sivuttain tempaisun pieni piikki, sen jälkeen voima putoaa hetkeksi nollaan pidentymisen aikana ja sitten, sekunnin kymmenys myöhemmin seuraa varsinainen pidentymisen aiheuttama piikki, 3,3 kN. Piikki on siis 2,4-kertainen staattiseen lähtötilanteeseen verraten. Sitten tulee vielä toinen, rauhallisempi heilaus nolliin, ja sitten olettaisin köyden pitkittäisen värähtelyn loppuvan ja jäljelle jää matalataajuuksisempi moodi, Aleksiksen heilahtelu ylös alas. Tunnustan, että tästä loppujen lopuksi onnistumisesta iloitessa unohtui katsoa, paljonko jäljelle jääneelle ankkuripisteelle jäi kuormaa. Mittarin lokitiedostokin on vain muutaman sekunnin mittainen, joten voi vain karkeasti mittailla että tuo värähtely (Aleksiksen heijaaminen) näyttäisi olevan hiipumassa kohti 1,4:ää. Hämmentävällä tavalla sama kuin lähtötilanne. Mutta periaatteessa on mahdollista, että kun toisen ankkuripisteen poistaminen sinänsä tuplaa tämän toisen pisteen kuorman, niin piteneminen leikkaa vastapalloon puolet pois.

Kaivetaanpa aiemmasta tekstistä käyrä, joka esittää sagin vaikutuksen highlinen jännitykseen:

Sagin piteneminen on yhtä kuin ripustetun massan vapaa pudotus. Vapaan pudotuksen aikana kappaleen liike-energia kasvaa lineaarisesti suhteessa pudottuun matkaan. Kuten kuvaajasta näkee, highlinen jännitys - tai kerroin, jolla voima välittyy ankkurille - taas pienenee eksponentiaalisesti sagin kasvaessa. On siis olemassa sagin suuruusluokka, jolla sagin kasvattaminen pienentää ankkurille kohdistuvan voiman kerrointa huomattavasti enemmän kuin vastaavasta kuorman putoamisesta johtuva liikemäärä kasvaa. Mikäli liike-energiaa voi käyttää mittana massan pysäyttämisen aiheuttamalle maksimivoimalle, on olemassa sellaisia ainakin teoreettisia tapauksia, joissa suurempi piteneminen johtaa pienempään ankkurin kokemaan impulssiin. Selvästi on myös paljon suurempi alue, jolla pudotus kasvattaa iskuvoimaa. Sellainenhan on koko kurvin oikeanpuoleinen osuus, joka kattaa myös asiallisen 45 asteen ankkurikulman.

Jos massa putoaisi vaikka highlinen pituisen matkan ennen kuin pidentynyt highline pysäyttäisi sen, syntynyt ankkurikulma olisi yli 60 astetta ja ilmiselvää että tilanne vastaisi valtavan putoamiskertoimen tärskyä tavalliseen ankkuriin. Eli käyrän oikealla puoliskolla on minimoitava pidentyminen. Mutta mikä osuus vasemmalta on sitä aluetta, jolla suurempi pitenemisen aiheuttama pudotus on parempi? Täytyy olla olemassa jokin kriittinen ankkurikulma, johon kaikissa pitenemiseen varautumisissa kannattaa tähdätä - vaikka se tarkoittaisi suurempaa pitenemistä.

Mutta vielä yksi huomio. Tuo sekunnin kymmenyksen katkaisemisen jälkeen tullut piikki ei tietenkään liity Aleksiksen uuteen korkeuteen ja siten muuttuneeseen ankkurikulmaan - Allu lähtee hyvin arvokkaasti kohti kanervikkoa, ensimmäinen töyssy uudessa asennossa olevaan köyteen tulee reilu sekunti myöhemmin. Master pointissa olleen Petzl Oxan-sulkurenkaan (185g) ja köyden lähimpien metrien massan (75g/m) törmääminen pidentyneeseen slingiin on ainoa selitys millekään alkuperäisen kuorman ylittävälle. Tai tarkemmin alkuperäisen kuorman tuplattuna, koska nyt kaikki köydessä oleva jännitys on yhden pisteen varassa. 70 cm pidentynyt ankkuri kuitenkin vie ison osan esijännityksestä, ja piikki ylittää selvästi 2,8 kN, molempien pulttien yhteisen kuorman alkutilanteessa. Siis tuo edellinen kulmien pohdinta - samoin alkuperäinen väite jonka takia kiinnostuin aiheesta - liittyy vain sekunnin tienoilla tulevaan hitaampaan voimahuippuun ja sen minimoimiseen. Terävä piikki hoituu vähemmän staattisella ankkurimateriaalilla, pienempimassaisella sulkurenkaalla ja köydellä (huono ohje) tai ehkä jopa jollain juonikkaasti asetetulla nykäyksenvaimentimella. Tässä vielä jonkinlainen, hieman kärjistetty kuvitus teorialle:

Menisikö se näin? Kuvat 1-4 esittävät pultin pettämistä seuraavaa sekunnin kymmenystä, eikä Aleksis juuri ehdi sinä aikana liikahtaa. Köyden väri kuvaa köyden kuormitusta ja yksinäiseksi jäävän pultin väri vastaavasti sen kuormitusta. Kyllä, väitän että köyden kuormitus on pienimmillään kun ankkuri saa iskun; ankkuri on pisimmillään eikä Aleksis ole ehtinyt vetää köyttä uuteen asentoon kireälle. Toinen vaihtoehto on 0,5 kN aallonpohja, jossa Aleksis pomppaa ensimmäistä kertaa takaisin ylös. Tässä kohdassa (3,5s) voimamittari mittaa taas köyden kuormitusta.

Vähän jäi harmittamaan, että Aleksis ei ollut köyden keskellä (suurimmat voimat mitä sillä massalla saa), ettei edes yritetty tutkia kuinka paljon sag muuttui eli kuinka paljon Aleksis putosi, puhumattakaan sagin määrästä, unohtui kirjata lopputilanteen staattinen kuorma eikä oikeastaan tiedetty highlinen pituuttakaan. Muutenkin olisi ollut mukava kerätä lisää dataa, kuten käyriä eri pituisilla pudotuksilla. Jospa vielä verrokiksi tekisi saman ankkurille, johon kiinnitetyssä köydessä roikkuu jotain suoraan.

Tavallaan harmitti myös se, että lopujen lopuksi Aleksis olisi saatu highlinen varaan maasta asti tällä Jukan haulausidealla, ja samoin tein niin lyhyeen köyteen eli niin kauas maasta kuin olisi haluttu. Sillä olisi hoitunut sekin ongelma, että nyt köyden keskikohdalla rinne oli jo sen verran kohonnut ettei tällä kertaa voitu pudottaa Aleksista siinä. Mutta parempi näin päin, koe on helppo toistaa huomattavasti yksinkertaisempana, ilman ihmisiä varten rakennettua highlinea ja hankalaa puuta kohti haulaamista. Palaamme asiaan!