torstai 31. toukokuuta 2018

Venyy muttei pauku

Slingejä sanotaan usein sporttikiipeilyyn liittyvillä kursseilla "yhtä venymättömiksi kuin teräsvaijeri". Ja hyvä niin, tämä karkea nyrkkisääntö on ihan perusteltu, koska slingin ei kuulukaan osallistua putoamisvoimien hillitsemiseen.

Mutta kuinka erilaiset materiaalit todella venyvät?

Ensinnäkin polymeerit, kuten nylon, ovat hyvin viskoelastisia. Ne asettuvat, tyytyvät esimerkiksi taljaamalla pakotettuun uuteen pituuteensa ajan mittaan, jolloin materiaalin jännitys laskee. Tai toisaalta jos ripustaa materiaalin varaan painon, jolloin siihen tulee vakiojännitys, materiaali venyy vähitellen pidemmäksi.

Mitataanpa. Ankkuroidaan reilun metrin mittainen pätkä materiaalia toisesta päästä kiinni ja varaudutaan kiskomaan toisesta päästä. Merkitään pienellä voimalla oikoselleen vedetyn materiaalinpätkän molemman pään läheltä piste teipillä ja kirjataan tästä referenssietäisyys. Venytetään materiaalia taljalla tai vinssillä vetämällä niin, että voima ylittää tietyn rajan. Vaikka materiaali viskoelastisuuttaan lähtee heti löystymään, teippien välinen etäisyys pitää, ellei taljaan tai muuhun vetosysteemiin kuuluvat osat myös veny vastaavasti paljon. Mitataan uusi teippien etäisyys ja toistetaan sopivilla kuormituksilla.

Testiasetelma kaaviona
Kun tosiaan mitataan merkittyjen kohtien etäisyys, ei kuvan tapauksessa punaisen merkin siirtymää, ei ankkurin venymisellä ole merkitystä.

Olin siinä yleisessä uskossa, että dyneema on ihan perkeleen staattista. Siispä oletin, että on syytä venyttää yhtä nauhaa kerrallaan, että saadaan riittävän tarkasti mitattavia venymiä. Aloitin mittaukset Wild Countryn 10mm dyneemaslingillä, josta tosiaan eristin kahdella siansorkalla vain toisen nauhakerran kokeeseen. Koska 22kN:sta näin jää jäljelle 11, ja sekin on syytä puolittaa siansorkkien takia, tyydyin kuormittamaan nauhaa vain 1,5 kN asti. Vastaahan se kuitenkin kolmea kilonewtonia normaalikäytössä olevalle slingille.

Wild Countryn dyneemaslingi nauha kerrallaan. Ylhäällä testipenkin ankkuripää, alhaalla reilun metrin päässä ollut vetopää.

Kyllä dyneemaankin saa tiukan siansorkan

Noh, osoittautui että kyllä näillä menetelmillä kaksin kerroinkin olevaa dyneemaslingiä voi mitata. Yhdelle nauhalle sain 1,5 kN kuormalla 1220 mm kokonaispituudelle 60 mm venymän. Mittasin merkkien välisen uuden etäisyyden siirtämällä kuvassa näkyvän riman ankkurin pään merkin kohdalle ja sitten mittaamalla työntömitalla lisäyksen toisessa päässä. Toistotarkkuus on helposti millimetrin luokkaa.

Siispä 120-senttisiä slingejä kaksin kerroin penkkiin ja mittaamaan. Kuormitin kunkin 0,1 kN referenssipituuteen, sitten 0,5kN, 1kN, 1,5kN, 2kN ja 2,5 kN. Käytin Rigger's Winchiä ja 2:1-taljaa. Voimamittarina oli tällä kertaa enForcer. Olipa leppoisaa, ja halutun voiman sai mukavan tarkasti naksuteltua kohdilleen. Systeemissä oli yhteensä vajaa metri semistaattista köyttä vinssin ulkopuolella, ja sekin siis kaksin kerroin taljassa, joten vetosysteemin viskoelastisuus ei haitannut tuloksia. Mistäkö tiedän? No siitä, etteivät mittaustulokset muuttuneet vaikka annoin systeemin asettua.

Mitatut materiaalit olivat (viimeisenä murtolujuus):

  • Wild Country 10mm dyneema, 22 kN
  • Black Diamond 18 mm nylon (Runner), 22 kN
  • Rock Empire 20 mm nylon(?), koaksiaalinen, 35 kN
  • Petzl Anneau 20 mm, 22 kN
  • Ocun 16 mm nylon, 22kN
  • Mammut 6mm tarvikenaru (yksin kerroin), 7,5 kN


Labra

Ocunin nylonslingi osoittautui melkoiseksi purkaksi. 2,5 kN venytti sen 1070mm pituudesta 1187 mm:iin, eli 11% alkuperäisestä pituudesta. Vielä parin tunnin päästä kuormitettu slingi oli pari senttiä verrokkia pidempi, ja nähtäväksi jää sainko tätä ilmaista slinginmittaa pysyvästi omakseni.

Jälkeen ja ennen

Toinen ääripää testissä ei suinkaan ollut dyneema (polyetyleeni) vaan polyesteri, josta Petzlin jäyhät Anneau-lenkit on tehty. 2,5 kN lisäsi 1120 mm:n referenssipätkään pituutta vain 17 mm, vastaavasti prosentteina 1,5%. Eipä ihme että slacklinet tehdään samasta materiaalista. Toki sportti- ja alppikäyttöön tehdyn dyneeman puolustukseksi on sanottava, että Anneau on tuplasti leveämpää.

Eräs yhteismitallinen tapa ilmoittaa tällainen venyvyys on ilmoittaa yhden metrin mittaisen kappaleen jousivakio. Se on karkeasti ilmaisten se voima, joka tarvitaan venyttämään metrin mittaista pätkää ko. materiaalia niin että sen lopullinen pituus on kaksi metriä. Tietenkin ajatus on hypoteettinen; totta kai lähes kaikki kappaleet murtuvat ennen tätä. Ja jo ennen murtumista venyttäminen muuttuu raskaammaksi, eli venymä ei ole voiman lineaarinen funktio. Jousivakio on tosiaan vakio eli olettaa funktion lineaariseksi. Ja kun venymän ja voiman suhdetta tarkastellaan sopivalla alueella, funktio onkin riittävän tarkasti lineaarinen myös oikeassa elämässä.

Yllättäen "alkuperäisen pituuden" määrittäminen voi olla ongelma joustaville materiaaleille. Jo pelkkä suoraksi vetäminen vaatii jonkin voiman, ja tekstiilimateriaaleista tahtoo lähteä "löysät pois" juuri tällaisilla hyvin pienillä voimilla. Tässä kokeessa käytetty 0,1kN voima ei kuvaajia tarkastellen selvästikään ole lineaarisella alueella, ja siksi jätin tämän ensimmäisen pisteen pois laskelmista.

Tässä ensin pituudet jännityksen funktiona:

Materiaalien pituudet jännityksen funktiona

Pisteisiin on sovitettu suorat, joiden funktiot näkyvät oikealla. Kun 0,1 kN pisteet jätti pois, loput osuvat suoralle suhteellisen mukavasti. Metrin mittaisen materiaalin jousivakioiksi muutettuna (kN/m):


Ocun nylon23.90
Mammut naru30.00
BD nylon39.90
Wild Country dyneema55.20
Rock Empire nylon70.50
Petzl polyesteri177.80

Kiinnitetäänpä vielä huomiota Ocunin lukuun. Sehän hädin tuskin ylittää slingin minimimurtolujuuden 22 kN. Tarkoittaako tämä, että slingi venyy lähes kaksinkertaiseksi ennen katkeamistaan? Tuskin, sillä lineaarinen osuus käyrää loppunee kohta kuvaajan oikealla puolella eikä samalla määrällä lisävoimaa enää saa samaa lisävenymää. Slingien normaali käyttökuorma tuntuu kuitenkin olevan kauniisti melko lineaarisella alueella.

Kenties tästä voisi puristaa vielä hieman käyttökelpoista dataa. Ainakin itseäni kiinnostaa, noin niin kuin perstuntuman tasolla, kuinka paljon ankkurimateriaali joustaa kuormitettuna. Näin monta millimetriä metrin mittainen pätkä kutakin materiaalia (aika lähellä 120 cm slingiä siis) venyy 200 kg kuormalla:

Ocun nylon84
Mammut naru67
BD nylon50
Wild Country dyneema36
Rock Empire nylon28
Petzl polyesteri11

Tämähän jo nähtiinkin, mutta Ocunin slingiä yläköysiankkurissa käyttäen on syytä odottaa jonkinlaista ylös-alas hankautumista kalliota vasten, mikäli ankkuri hoitaa asiaansa ylittämällä jonkin kivessä olevan möykyn tai reunan.

Mitä siihen teräsvaijerin jäykkyyteen tulee, en vielä tässä vaiheessa saanut mitattavakseni vaijerislingiä. Sen sijaan kokeilin huvikseni, venyykö reilun metrin pätkä rautakauppakettinkiä, noin 10mm langasta tehtyä. No ei, ei niin että tällä menetelmällä voisi mitata. Palaan vaijeriin, mutta veikkaan että laihoin tuloksin. Jää nähtäväksi, tämäkin.

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti