Älä inehmo hermoile, räjäytä itsesi onnelliseksi

Edellinen Seuraava

Mikäpä olisi hauskempaa ja jännempää kuin kantavien rakenteiden räjäytteleminen. Nyt jokainen voi harjoitella sabotööriksi ja salaiseksi agentiksi. Näinä stressaavina aikoina reippaaseen räjähtelyyn valmistautumisella (ainakin mentaalisella tasolla) on selkeän myönteinen terapeuttinen merkitys. Sotilaallisissa rakenneräjäytyksissä käytettävät panoslaskentakaavat opastavat meitä ystävällisesti omaehtoisesti valitsemallamme tuhon tiellä.

Panoksen suuruus voidaan katsoa taulukosta tai laskea kaavoilla

Näissä kaavoissa käytetään lyhenteitä

Onhan olemassa myös esijännitettyjä teräsbetonirakenteita joissa raudoitus on ainakin betonin kovettumisen ajaksi esijännitetty siten että se vetää betonia yhteen voimallisesti ja lopputuloksena on rakenteen suurempi lujuus. En tiedä josko tällainen erikoisuus pitäisi ottaa huomioon räjähdyspanoksen määrittämisessä.

Peittämiskerroin d (arvo 1 ... 4) vaikuttaa myös tarvittavan panoksen suuruuteen

  1. d = 1 ; panos on upotettu rakenteen sisään
  2. d = 2 ; panos on ahtaahkossa raossa, vedessä yli metrin syvyydessä tai peitetty paksuudella > W
  3. d = 3 ; panos on peitetty paksuudella joka on >= ½ W mutta pienempi kuin W
  4. d = 4 ; panos on rakenteen pinnalla peittämättömänä tai peite < ½ W

On hyvä pitää mielessä että nämä kaavat on parhaiten testattu sotilaallisten räjähdysaineiden kanssa, joten louhintaräjähteet eivät ehkä toimi aivan samalla tavalla ja vaatisivat ehkä oikean panoksen hakemista koeräjäytyksen avulla?

Maan, muurattujen ja betonisten rakenteiden
räjäyttämiseen tarvittavien kasapanosten (kilogrammoja) määrittäminen
( räjähdysainekerroin k = 1 )
Vaikutus-
säde
W ( m )
Kova maa Tien penger
tai routaan-
tunut maa (1)
Muurattu rakenne (1) Betonirakenne (1) Huom !
d = 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 (1)
Panos P on kg:na
ja pyöristetty
ylöspäin

(2)
Raja-alueella
(W = 2,0 - 2,5)
panos on määritetty
2 m:n mukaan

(3)
Panoksen
upotussyvyys
>= ½ W,
mutta < W

0,8 1,1 2 3 6 8 11 6 11 16 21
1,0 2 3 5 10 15 20 10 20 30 40
1,2 4 6 9 18 26 35 18 35 52 70
1,4 6 9 14 28 42 55 28 55 83 110
1,6 9 13 21 41 62 82 41 82 125 170
1,8 12 18 30 60 90 120 60 120 180 240
2,0 16 25 40 80 120 160 80 160 240 320
2,2 16 25 40 80 120 160 80 160 240 320
2,4 16 28 45 85 125 170 85 170 250 340
2,6 18 35 55 110 160 210 105 210 320 420
2,8 22 45 70 140 200 270 130 270 400 530
3,0 27 55 90 180 270 360 165 330 490 650
3,2 33 66 100 200 300 400 200 400 600 800
3,4 40 80 120 240 360 480 240 480 710 950
3,6 50 95 140 280 420 480 280 560 840 1120
3,8 55 100 170 330 500 560 330 660 990 1320
4,0 65 130 200 390 580 660 390 770 1160 1540
4,5 95 190 280 550 820 770 550 1100 1650 2200
5,0 125 250 375 750 1125 1100 750 1500 2250 3000
W <=
2,0

W >
2,0

c = 2

c = 1

c = 3

c = 2

c = 5

c = 3

c = 10

c = 6

Mitä voisi aloitteleva desantti ja sabötöörioppilas tästä päätellä? Olkoon meillä esimerkiksi räjäytettävänä muurattu rakenne jonka paksuus on 1 metri. Haluamme tehdä reiän muuriin. Emme pääse muurin toiselle puolelle emmekä voi porata panosta tiili- tai kivimuurin sisään, mutta pystymme peittämään panoksen yli puolen metrin paksuudelta maalla. Olettakaamme että meillä on kunnon militaristista brisanttia räjähdysainetta käytettävissämme. Miten ison panoksen tarvitsemme?

Kaava kertoo kasapanoksemme (kiloina) kaavan olevan P = k · c · d · W3 (jossa vaikutussäde W on metreinä)

Meidän tapauksessamme voimme käyttää arvoa k = 1. Muuratulle rakenteelle lujuuskerroin c = 5 koska vaikutussäde W = 1 metri eikä siis ylitä maagista kahden metrin rajaa. Peittämiskertoimena voimme käyttää d = 3 koska pystymme sentään peittämään panoksen paksuudella joka on yli ½·W emmekä jätä sitä aivan paljaaksi pintaan.

Kaava antaa siis räjähdyspanoksen suuruudeksi P = 1 · 5 · 3 · 13 = 15 kg joka sama tulos näkyy myös ylläolevassa taulukossa. Jos emme olisi pystyneet peittämään panosta, olisimme tarvinneet räjähdysainetta 20 kg koska silloin olisi d = 4 . Pienellä kosmeettisella peitteellä ei ole räjähdysvaikutuksen kannalta käytännön merkitystä. Voisihan se tosin estää panoksen ennenaikaista paljastumista.

Jos tiilimuuri olisikin ollut 2 metriä paksu, mutta olisimme pystyneet sijoitamaan panoksen muurin sisälle sen puoleenväliin, niin silloinkin olisi ollut tarvittava vaikutussäde sama W = 1m ja paremman peittämisen vuoksi peittämiskerroin d = 1 ja katso, vain 5 kiloa räjähdysainetta olisi riittänyt! Tuplasti paksumpi muuri olisi antautunut panoksella joka on vain kolmasosa, kunhan panos olisi ollut keskellä muurin paksuutta niin että vaikutussäde (W = 1m) juuri yltää sieltä muurin pintaan kummallakin puolella.

Toinen esimerkki. Miten iso pommi tarvittaisiin puhkaisemaan 3 metriä paksu betonibunkkerin katto?

Jos pommi pudotetaan lentopommina niin sillä on tosin osuessaan massansa ja nopeutensa ansiosta myös liike-energiaa joka pitäisi myös huomioida ja jos sytytin on hidas niin pommi ei räjähdä aivan pinnassa, vaan ehtii jonkin verran tunkeutua betoniin ennen laukeamistaan.

On myös mahdollista että pommissa käytettäisiin suunnattua räjähdysvaikutusta (onteloräjähde), jolloin räjähdys suuntautuisi enimmäkseen maalia kohti ja räjähdysainetta tarvittaisiin vähemmän, mutta lasketaan nyt aivan kiltisti karkea arvio yksinkertaisen kaavan mukaan.

Oletetaan että pommi räjähtää pinnassa peittämättömänä eli peittämiskerroin d = 4 . Bunkkeri on varmaankin teräsbetonia joten lujuuskerroin c = 6 koska tarvittava vaikutussäde on W = 3m joka ylittää raja-arvon 2m. Kaava antaa siis P = k · c · d · W3 = 1 · 6 · 4 · 33 = 6 · 4 · 27 = 648 kg. Rakas taulukkomme antaa arvoja nimenomaan teräsbetonille otsikon betoni alla ja tälle tapaukselle se arvioi riittävän 650 kg eli oleellisesti sama tulos.

Raudoittamattomalle betonirakenteelle kävisi lujuuskertoimen arvo c = 4, jolloin sille riittävä panos olisi 432 kg. Mutta kukapa tekisi metrien paksuisia betonirakenteita ilman että lujittaa niitä raudoitusteräksillä?

Maan, muurattujen ja betonisten rakenteiden
räjäyttämiseen tarvittavien rivipanosten (kilogrammoja per metri) määrittäminen
( räjähdysainekerroin k = 1 )
Vaikutus-
säde
W ( m )
Kova maa Tien penger
tai routaan-
tunut maa (1)
Muurattu rakenne (1) Betonirakenne (1) Huom !
d = 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 (1)
Panos P on kg/m
ja pyöristetty
ylöspäin

(2)
Panoksen
upotussyvyys
>= ½ W,
mutta < W

0,2 0,08 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 0,4 0,8 1,2 1,6
0,4 0,4 0,5 0,8 1,6 2,4 3,2 1,6 3,2 4,8 6,4
0,6 0,8 1,2 1,8 3,6 5,4 7,2 3,6 7,2 11,0 15,0
0,8 1,4 2,0 3,2 6,4 10,0 13,0 6,5 13,0 20,0 26,0
1,0 2,0 3,0 5,0 10,0 15,0 20,0 10,0 20,0 30,0 40,0
1,2 3,0 4,4 8,0 15,0 22,0 30,0 15,0 29,0 44,0 58,0
1,4 4,0 6,0 10,0 20,0 30,0 40,0 20,0 40,0 59,0 79,0
1,6 5,2 7,8 13,0 26,0 39,0 52,0 26,0 52,0 77,0 103,0
1,8 6,5 9,8 17,0 33,0 49,0 65,0 33,0 65,0 98,0 130,0
2,0 8,0 12,0 20,0 40,0 60,0 80,0 40,0 80,0 120,0 160,0
W <=
2,0

W >
2,0

c = 2

c = 1

c = 3

c = 2

c = 5

c = 3

c = 10

c = 6

Kasapanos on siis yksi iso jööti. Rivipanos puolestaan koostuu räjähteistä joita sijoitetaan tasaisesti tietty kilomäärä metriä kohti pitemmälle matkalle. Esimerkin vuoksi sanokaamme että haluamme räjäyttää 100 metriä Valtion Rautateiden junanrataa taivaan tuuliin kiskojen välissä olevilla rivipanoksilla. Paljonko räjähteitä tarvitsemme? Jos raideleveys on korkeintaan 1,5 metriä niin pärjäämme ehkä vaikutussäteellä W = 1 m kun panos on raiteiden keskellä ja - jollakin täysin käsittämättömällä ihmeen keinolla - sijoitettu metrin syvyyteen ratapölkkyjen alle. Kun panos on riittävän syvällä, voimme käyttää peittämiskerrointa d = 1 .

Voinemme pitää tiivistä radan pohjaa tienpenkereenä jolle lujuuskerroin c = 3 . Rakas kaavamme antaisi kilogrammoina metriä kohti panoksen P = k · c · d · W2 = 1 · 3 · 1 · 12 joka tekee 3 kg/m. Sadan metrin matkalle tarvitsisimme siis yhteensä 300 kg räjähdysainetta eikä sen tarvitsisi olla erikoisen brisanttia. Varsinaisia kiskoja tuskin onnistuisimme räjäyttämään, mutta tokkopa vaan tuota hyvin möyhennettyä rataosuutta ihan äkkiä mikään kiskoilla kulkeva ajoneuvo pystyisi hyödyntämään. Kallistuvakorinen Pendolino kallistuisi siinä kohdassa oikein kunnolla. Olisiko se sovelias raideliikenteen yksityistämisen lähtölaukaus?

Teräksen (poikki) räjäyttäminen ei ole ihan helppoa. Louhintaräjähteistä ei oikein ole teräksen räjäyttämiseen vaan tarvitaan kunnon brisanttia räjähdettä. Palailemme käsittelemään terästen teemaa vielä myöhemmin.

Oletetaanpa esimerkinomaisesti että on katkaistava peittämättömillä brisanteilla pintapanoksilla viisi sillan kannatinpylvästä jotka ovat betonia, 6 metriä leveitä ja 0,8 metrin paksuisia. Rivipanosta tarvitaan yhteensä 5 * 6m = 30 metriä jos panostetaan vain kunkin pylvään toiselle puolelle ja pintapanoksessa vaikutussäde täytyy olla W = 0,8m että se riittäisi katkaisemaan pylvään. Saamme rivipanoksen suuruudeksi kiloina metriä kohti P = k · c · d · W2 = 1 · 10 · 4 · 0,82 = 40 · 0,64 joka tekee 25,6 kg/m. Taulukko pyöristää ylöspäin arvoon 26 kg/m. Rivipanoksen suuruus 30 metrin matkalle olisi siis yhteensä 780 kg.

Toisaalta pylväät voisi räjäyttää poikki molemmilta puolilta jolloin vaikutussäde tarvitsisi olla vain puolet pylvään paksuudesta eli W = 0,4m . Tokihan rivipanosta tarvittaisiin silloin kaksinkertainen pituus 60 metriä, mutta kokonaisuutena kaksipuolinen panostus voisi silti kannattaa. Saamme rivipanokseksi kiloina metriä kohti P = k · c · d · W2 = 1 · 10 · 4 · 0,42 = 40 · 0,16 joka tekee 6,4 kg/m. Taulukko säestää ristiriidatta enkelikuorona taustalla hymisten. Panos olisi siis tässä vaihtoehdossa yhteensä 60 m * 6,4 kg/m = 384 kg eli selvästi vähemmän.

Isoja ovat panokset, mutta luulenpa että viidellä kasapanoksella räjähdysaineen tarve olisi suurempi koska niissä jokaisessa täytyisi olla iso vaikutussäde W = 3 m pylväiden suuren leveyden vuoksi.

Järkevintä olisi tietysti panostaa räjähteet hyvin peitettyinä ja fiksusti sijoitettuna jolloin voitaisin pärjätä murto-osalla näistä määristä. Tärkeissä silloissa luultavasti onkin tarkoitusta varten valmiina olemassa rakoset joihin räjähteet voi sijoittaa edullisesti täysin palvelleen sillan rivakkaa purkamista varten. Esimerkiksi sissit ja laskuvarjojääkärit ovat niistä sillan pikku rakosista ("miinakammio") hyvin tietoisia. Jos vihulainen aikoo edetä voittoisasti strategisesti tärkeän sillan kautta niin on ehkä parempi pamauttaa se silta poikki ja täten pakottaa vainolainen etsimään kiertotietä, hylkäämään raskaat ajoneuvonsa, varautumaan ylittämään vesistö hankalasti muilla keinoin, muuttamaan suunnitelmiaan radikaalisti tai käärimään hihansa ja ryhtymään vaivalloiseen ja hitaaseen sillanrakennustyöhön.

Ottakaamme seuraavaksi harjoitusesimerkiksi silta jossa Mäntyluodontie ylittää Vähäraumantien. Tehtävä on räjäyttää sillan neljä pyöreää kannatinpylvästä poikki. Betonipylväiden halkaisija on arviolta 0,7 metriä.

Ympyrän ympärysmitta on π eli 3,14159... kertaa sen halkaisija, joten 0,7 metrin halkaisijaisen pylvään ympärysmitta on pyöreästi noin 2,2 metriä. Neljän pylvään ympäröimiseen rivipanoksella menisi siis noin 8,8 metriä rivipanosta ja vaikutussäteenä voisi käyttää pylvään sädettä eli W = 0,35 m josta räjähdysvaikutuksen pitäisi pylvään pinnalta yltää sen keskelle jolloin pylväs ilmeisesti olisi räjäytetty poikki.

Sotilasräjähteellä ilman panoksen peittämistä saamme rivipanokseksi kiloina metriä kohti P = k · c · d · W2 = 1 · 10 · 4 · 0,352 = 40 · 0,1225 eli 4,9 kg/m ja siis 8,8 metriä varten noin 43 kg räjähdettä.

Tosin en tiedä johtaisiko pylväiden katkaisu tässä tapauksessa sillan romahtamiseen. Jänneväli pylväiden ulkopuolella ei vaikuta olevan paljoakaan pitempi kuin pylväiden välissä joten ehkä silta kestäisi ilman näitä pylväitäkin?

Kasapanosten taulukossa näkyy että vaikutussäteiden arvoväli 2,0 ... 2,5 metriä on erikoinen. Laskukaavat eivät ehkä tuolla välillä toimi kovin tarkasti? Taulukko voi olla parempi. Esimerkiksi kovaa maata räjäytettäessä on jokseenkin samantekevää onko vaikutussäde 2,0 metriä vaiko 2,4 metriä.

Erikoista kasapanosten taulukossa on myös muurattujen rakenteiden käyttäytyminen vaikutussäteiden arvoilla 4,5 ... 5,0 metriä. Yleisesti ottaen peittämätön panos (d=4) on oltava suurempi kuin panos jossa peittämiskerroin d=3, mutta esimerkiksi muuratun rakenteen vaikutussäteen arvolla 5 m peittämätön panos vaatii 1100 kiloa ja osaksi peitetty 25 kiloa enemmän. Onkohan tuossa jotakin vilppiä?

Hiukan pitemmässä sillassa olen nähnyt pylväiden yläosassa koukut joihin rivipanoksen voisi mukavasti kiinnittää kunhan pystyy kiipeämään niin korkealle. Ne ovat ehkä jossakin viidessä metrissä? Luulenpa että ne ovat ihan vasiten siihen tarkoitukseen tehtyjä.

Oheisessa kuvassa pylväät ovat huomattavasti paksumpia, varmaan yli metrisiä halkaisijaltaan. Pylväspareja on toistakymmentä ja sillan pituus lie kaikkiaan puolen kilsan luokkaa? Samasta Mäntyluodontiestä tässäkin on kyse. Kaikkia pylväspareja ei varmaankaan tarvitsisi katkaista kun silta jo menisi sellaiseen kuntoon ettei sen päälle ainakaan raskaalla ajoneuvolla uskalla ajaa. Ei sillä ettäkö minulla henkilökohtaisesti mitään se enempiä olisi Mäntyluotoa vastaan.

Puun räjäyttämiseen tarvittava pintapanos kilogrammoina
(räjähdysainekerroin k = 1)
Puun
halkaisija
D (cm)
Pintapanos (kg)
Tavallinen
puulaji
Kova
puulaji
10 0,2 0,2
15 0,3 0,6
20 0,4 0,8
25 0,8 1,2
30 1,0 1,8
35 2,4 2,4
40 3,2 3,2
45 4,0 4,0
50 5,0 5,0
55 6,0 6,0
60 7,2 7,2
65 8,4 8,4
70 9,8 9,8
75 11,4 11,4
80 12,8 12,8

Puun räjäyttäminen

Pystyasentoinen puu yleensä halutaan räjäyttää alhaalta poikki pintapanoksella siten että se kaatuu panoksen puolelle. Pintapanos ei mene koko puun ympäri vaan se kattaa ympärysmitasta noin puolet, vähintään 1/3 ja enintään 2/3.

Pintapanoksen suuruus P grammoina tavalliselle puulle saadaan kaavasta P = k · D2

Lyhenteiden merkitys:
  • P panos grammoina
  • k räjähdysainekerroin joka huomioidaan vain pintapanoksissa
  • D puun halkaisija (cm)

Reikäpanoksen suuruus on vain 1/4 pintapanoksesta ja reikäpanoksen syvyys on 2/3 puun halkaisijasta. Reikäpanosta käytettäessä puun kaatumissuuntaa ei ehkä pysty varmuudella arvaamaan? Reikäpanoksessa ei tarvitse huomioida räjähdysainekerrointa k.

Kovia puulajeja ovat esimerkiksi koivu ja tammi. Koville puulajeille ja kaikille halkaisjaltaan yli 30 cm puille käytetään hiukan erilaista kaavaa pintapanoksen laskentaan P = 2 · k · D2

Olkoonpa esimerkiksi kaadettava iso kova koivu tai tavallinen mänty jonka ympärysmitta (helpompi mitata) on peräti 250 cm ja halkaisijamitta siten noin 80 cm. Käytetään lepsua louhintaräjähdettä jolle räjähdysainekerroin k = 2.

Lasketaan pintapanos paksun puun kaavalla P = 2 · k · D2 = 2 * 2 * 80^2 = 4 * 6400 ja tulos on peräti 25,6 kg. Huomaa että kaavasta tulee grammoja. Taulukko antaa vain puolet tästä koska siinä k = 1 eli käytetään tiukkoja sotilasräjähteitä.

Kaatamisen idea on sellainen että jos puun halutaan kaatuvan vaikkapa etelään niin pintapanos tulee etelän puolelle. Pohjoisen puolta ei panosteta.

Teräksen räjäyttäminen

Ainoa teräksen räjäyttämiseen kunnolla soveltuva siviiliräjähde on Redex -niminen erikoisdynamiitti jonka räjähdysnopeutta on kasvatettu lisäämällä hexogeniä. REDEX:in räjähdysnopeus on noin 7 kilometriä sekunnissa ja räjähdyslämpö 5,7 MJ/kg. Mitä isompi räjähdysnopeus ja mitä korkeampi räjähdyslämpö, sitä parempi.

Tarkoitus on nimenomaan räjäyttää teräsrakenne täysin poikki niin että se ei voi toimia kantavana rakenteena. Mikä tahansa naarmu tai kosmeettinen pintavaurio ei riitä, olkoon se vaikka mitenkin epämiellyttävä esteettiseti ja ruman näköinen. Tavallinen dynamiitti ei oikein kelpaa tarkoitukseen. Sotilasräjähdysaineet kuten M-heksogeeni, muovailtava pentriitti ja PENO ovat hyvin soveltuvia.

Räjähdysaineen tulisi olla muovailtavaa koska se täytyy saada kiinni teräksen pintaan. Ei saa jäädä ilmarakoa. Panoksen muodolla, koolla ja sijainnilla on suuri merkitys. On pyrittävä suunnattuun räjähdysvaikutukseen. Panoksen muodon tulee olla sellainen että palorintaman etenemä räjähdysaineessa kasvaa räjäytettävää kohdetta kohti.

Panoksen suuruus grammoina : P = k · v · A ( kun poikkileikkauksen pinta-alan yksikkö [A] = cm2 )

Jossa lyhenteiden merkitys on seuraava


Metallimiesten kannattaa huomata että tässä mittayksikkönä usein käytetään senttejä (cm) eikä millejä (mm). Pinta-alat lasketaan helpoiten sentteinä ja kaavassa poikki räjäytettävä poikkipinta-ala A täytyy nimenomaan olla neliösentteinä.

Tavallinen suora levyteräs katkaistaan poikkipinta-alansa A ja tavallisen teräskertoimen v = 25 mukaisesti kaavalla P = k · v · A

Panos (kuvassa keltainen) tulee asettaa tasaisesti koko katkaistavalle matkalle.

Esimerkissä on tarkoitus katkaista 22 mm vahvuinen teräslevy 120 cm matkalta. Poikkipinta-alaksi voidaan siten laskea A = 2,2 cm * 120 cm = 264 cm2

Panoksen suuruudeksi lasketaan P = k · v · A = 1 * 25 * 264 ja tulos on grammoina 6600g joka on esimerkissä pyöristetty ylöspäin seitsemään kilogrammaan. Tässä ei oikein ole mahdollisuutta parantaa tulosta panosta hyvin muotoilemalla.

Intuitiivisesti lie helpostikin arvattavissa että levyteräksen lujuusominaisuudet ovat heikot kun sitä taivutetaan muussa suunnassa kuin siinä tasossa jonka se muodostaa.

Muototeräkset lienevät yleisemmin kyseeseen tulevia poikki räjäytettävissä teräsrakenteissa. I-palkkia varten löytyy myös taulukko.

I -palkki eli "ii-palkki" on yleisesti käytetty kantavan teräsrakenteen muoto. Ala- ja yläpään viivoilla täydennetty iso-ii eli I -kirjain havainnollistaa sen poikkileikkauksen muotoa. Muodon tarkoituksena on tarjota hyviä lujuusominaisuuksia kohtuullisen massaisessa palkissa monessa suunnassa. Palkin uuman korkeuden johdosta se kestää hyvin kuormaa pystysuunnassa ja vaakasuorat laipat tarjoavat jäykkyyttä vaakatasossa. Vääntöjäykkyyskin on parempi kuin vastaavalla teräslevyllä.

I -palkin poikkileikkauksen pinta-alan A laskentakaava on hiukan erikoinen A = t * ( 2*b + 0,6 * h ) jossa t on laipan keskipaksuus, h palkin korkeus ja b laippojen leveys. Kaavassa lasketaan yhteen laippojen poikkipinta-alat ( 2 * t * b ) ja uuman poikkipinta-ala ( 0,6 * t * h )

Palkit ovat mittasuhteiltaan säännöllisiä koska ne on suunniteltu samanlaisiin konstruktioteknisiin tarkoituksiin. Laipan paksuus on melko vakiosuuruinen suhteessa palkin mittoihin. Ainevahvuus uumassa voidaan olettaa olevan noin 0,6 kertaa laipan ainevahvuus jos sitä ei pysty suoraan mittaamaan (palkin pää ei ole aina näkyvissä).

I -palkki voidaan katkaista joko erillisten laippapanosten kanssa tai ilman niitä. Teräskerroin v on erilainen sen mukaan käytetäänkö erillisiä laippapanoksia vaiko ei.

Normaalipanostuksella v = 40 ja tällöin räjähdyspanos asetetaan palkin katkaisukohtaan oheisen kuvan mukaisesti yhtenäisesti palkin "sisään" siten että panos jatkuu ylemmästä laipasta uuman kautta alempaan laippaan. Toisella puolella oleviin laippoihin ei siis tule panostusta. Isomman teräskertoimen on määrä pitää huolta siitä että palkki katkeaa siitä huolimatta. Panoksen asettaminen pelkästään laippojen ulkopuolelle on ilmeisesti huono ajatus?

Esimerkissä palkin korkeus on 50 cm eli 500 mm ja laippojen leveys 30 cm eli 300 mm. Laipan paksuus on 2,8 cm eli 28 mm. Teräspalkin poikkileikkauksen pinta-alaksi on laskettu A = 252 cm2. Sotilaallista räjähdettä käytettäessä (k=1) antaa kaava panokseksi P = k · v · A = 1 · 40 · 252 = 10080 joka on grammoja eli kiloina panoksen suuruus olisi noin 10 kg.

Jos samankokoinen palkki panostetaan laippapanoksin, käytetään teräskertoimelle pienempää arvoa v = 25. Tällöin pärjätään huomattavasti pienemmällä panosmäärällä 6,3 kg. Tällöin siis myös toisella puolella olevat laipat saavat omat panoksensa jotka nekin asetetaan palkin sisäpuolelle.

Jos laipan leveys on yli 14 cm, käytetään erillisiin laippapanoksiin 10% lasketusta panoksesta, kuitenkin vähintään 400 grammaa.

Jos katkaistavana on umpinainen pyöröteräs, on teräskerroin v = 75. Pyöröteräksen poikkileikkauksen pinta-ala voidaan ratkaista säteen r avulla A = π·r2 tai suoraan halkaisijan d avulla A = π·d2 / 4 ja sädehän on puolet halkaisijasta eli r = d / 2

Oheisessa esimerkissä massiivisen pyöröteräksen halkaisija on peräti 80 mm eli 8 cm ja säde on siis r = 4cm. Poikkileikkauksen pinta-alaksi saadaan A = 50,3 cm2 (kuvassa näkyvä yksikkö m2 on virheellinen).

Panoksen suuruudeksi esimerkissä saadaan kaavalla P = k · v · A = 1 · 75 · 50,3 joka tuottaa noin 3770 grammaa eli katkaisuun riittävä panoksen suuruus on noin 3,8 kg.

Kuvan osapanosten erikoinen asettelu pyöröteräksen eri puolille johtaa ajattelemaan että tässä koetetaan räjähdyksen avulla saada aikaan leikkausjännitys joka voisi osaltaan avittaa katkaisussa?

Eri suuntiin vaikuttavat osapanokset leikkaavat pyörötangon poikki kuin saksien terät?

Jospa teräsputki onkin ontto niin katkaisu pitäisi olla helpompaa koska ytimessä ei ole terästä.

Voidaan menetellä esimerkin kuvaamalla tavalla. Esimerkissä putken ulkohalkaisija on 36 cm ja seinämän ainevahvuus 4 cm. Säde on siten ulkopuolella R = 18 cm ja sisäpuolella r = 14 cm.

Tarkasti teräsputken poikkipinta-ala saadaan vähentämällä ulkohalkaisijan mukaan lasketusta pinta-alasta putken onton sisäosan halkaisijan mukainen pinta-ala.

Vaihtoehtoisesti poikkileikkauksen pinta-ala saadaan likimääräisesti kertomalla putken mitattu ympärysmitta seinämän ainevahvuudella.

Ehkä helpottaa ajatella putki avatuksi ja levitetyksi suoraksi. Tällöin sen ympärysmitasta tulee levyn pituus joka levyn paksuudella kerrottuna tuottaa likimääräisen poikkipinta-alan suuruuden. Vaikka eihän se aivan sama ole. Nyrkkisääntö tuottaa isomman pinta-alan ja sitä myöten isomman panoksen, mutta ainakin panos on riittävän suuri.

Putken poikkileikkauksen pinta-alaksi on laskettu A = 400 cm2 ja teräskertoimen arvona käytetään teräkselle normaalia v = 25

Jos onton teräsputken seinämän vahvuutta ja putken sisämittaa ei tunneta, voidaan olettaa että seinämän vahvuus on 1/30 putken ympärysmitasta.

Jos putki ei olekaan ontto, vaan se on täytetty betonilla, räjäytetään se kuten teräsbetoni.

Kettingin ja teräsköyden (eli vaijerin) panostamiseen esimerkit tarjoavat ratkaisut.

Teräskerroin on eri paksuisille teräsköysille erilainen, ohuemmille v = 100. Kuvan esimerkissä näyttäisi että teräsköysi pyritään saamaan poikki leikkausjännitystä apuna käyttäen osapanosten erikoisella asettelulla jos se ei ole tuettu toiselta puolen.

Tuloksia on esimerkeissä pyöristetty selvästi ylöspäin. Kettingille näköjään käytetään pyöröteräksen teräskerrointa v = 75. Sekä vaijerin että kettingin paksuus on esimerkeissä 3 cm joten säde on puolet siitä eli 1,5 cm. Tällä perusteella on laskettu se poikkipinta-ala A joka on räjäytettävä poikki että rakenne antaisi myöten.

Paksut teräsvaijerit ovat pirullisen vaikeita katkaista räjäyttämällä koska niille teräskerroin v = 200.

Muototerästen räjäyttämisessä tarvittavien panosten määrittäminen
h = palkin korkeus
b = laipan leveys
t = laipan paksuus
HE A
DIMEL
HE B
DIP
HI B
DIMAX
Levy-
teräs
Panos-
koko
h
mm
b
mm
t
mm
h
mm
b
mm
t
mm
h
mm
b
mm
t
mm
h
mm
b
mm
t
mm
t P
(kg)
160 74 10 96 100 8 100 100 10       2 0,6
180 82 10 133 140 9 120 120 11       3 0,8
220 98 12 152 160 9 140 140 12       4 1,0
240 106 13 171 180 10 160 160 13 120 106 20 5 1,2
260 113 14 190 200 10 180 180 14       5 1,4
280 119 15 211 220 11       140 126 21 6 1,6
300 125 16       200 200 15 160 146 22 7 1,8
330 131 17 230 240 12 220 220 16 180 166 23 8 2,0
360 143 20 270 280 13 260 260 18 200 186 24 10 2,5
400 155 22 290 300 14 280 280 18 220 206 25 12 3,0
425 163 23 330 300 17 320 300 21 240 226 26 14 3,5
450 170 24 390 300 19 360 300 23       16 4,0
500 185 27 440 300 21 400 300 24 270 248 32 18 4,5
      490 300 23 500 300 28 310 288 33 20 5,0
550 200 30 590 300 25 600 300 32       24 6,0
600 215 32 690 300 27 700 300 30 395 308 40 28 7,0
      890 300 30 800 300 33 572 306 40 32 8,0
      990 300 31 1000 300 36 716 304 40 36 9,0
                  910 302 40 40 10,0
                  1008 302 40 44 11,0
                        48 12,0
                        52 13,0
                        56 14,0
                        60 15,0


Räjähdysaineet, äärimmäisen intresantti substanssi

Ruudithan eivät ole varsinaisia räjähdysaineita, eivätkä räjähdysaineet kelpaa ampuma-aseiden ruudeiksi. Vanha keksintö mustaruuti syttyy helposti kipinästä ja se on käyttökelpoinen aine esim. porareiässä kiven halkaisemiseen (kiviruuti). 1800-luvun lopulla yleistyneet savuttomat ruudit tarvitsevat kunnollisen nallin syttyäkseen. Ne palavat huomattavasti nopeammin kuin mustaruuti. Jos ampuma-ase on mitoitettu mustaaruutia varten niin se voi hajota savuttomalla ruudilla ammuttaessa. Varsinainen räjähdysaine hajottaisi minkä tahansa ampuma-aseen.

Dynamiitit ovat perinteisesti perustuneet nitroglyseroliin, mutta nykyisin enemmänkin nitroglykoliin (yhdessä nimeltään NG-räjähdysaineet). Dynamiitti kestää hyvin kastumista sillä kumpikaan räjähdysöljy ei liukene veteen. Käsittelyvarmuus on parantunut 1960-luvun jälkeen, mutta jotakin asiasta varmaan kertoo se että louhintaräjähdysaineet on perinteisesti jaettu kahteen päätyyppiin, dynamiitteihin ja varmuusräjähdysaineisiin. Dynamiitteja ei siis nimitetä varmuusräjähdysaineiksi. Kipinöitä on vältettävä koska ne voivat sytyttää dynamiitin. Dynamiittia on leikattava terävällä veitsellä puualustan päällä, ei esim. saksilla tai kiven päällä joka aiheuttaa räjähdysvaaran.

Suurta julkisuutta nauttivat ammoniumnitraattiin perustuvat räjähdysaineet. Anfo on tehdasvalmisteista ja Ano sekoitetaan työpaikalla. Yleensä käytetään "prillattua", huokoista ammoniumnitraattia. Palavana aineena on polttoöljy. Tasalaatuisuutta kontrolloidaan väriaineella. Anfo tarvitsee voimakkaan aloitepanoksen. Tavallinen Anfo ei kestä kastumista. "Heavy Anfo" on vedenkestävää, mutta se ei ole puhdasta Anfo-räjähdysainetta.

Aniitti on suomalainen erikoisuus, koostuu ammoniumnitraatista, TNT:stä, alumiinista sekä kovettumisen ja kosteuden estoaineista. Sitä tuskin muualla maailmassa käytetään? Kosteuden kesto ei ole erittäin hyvä.

Suuressa mittakaavassa louhintaräjähteinä käytetään yleisesti enemmän-vähemmän nestemäisiä aineita joita voi pumputa porareikään. Tuollainen aine voi olla esimerkiksi emulsio joka syntyy komponenteistaan vasta panostettaessa ja muodostuu räjähteeksi tyypillisesti vasta 10 - 20 minuutin kuluttua. Komponentit sinänsä eivät ole räjähtäviä aineita. Nämä tarvitsevat voimakkaan aloitepanoksen (esim. Redex -erikoisdynamiitti). Nestemäisessä muodossa olevaa räjähdettä on tietenkin hankala käyttää monissa tapauksissa.

Vesigeeliräjähdysaineita eli slurryja (öljy vedessä -emulsio) on kaksi päätyyppiä: 1) seokset jotka sisältävät räjähdysaineita kuten TNT, MAN ja 2) seokset jotka eivät sisällä lainkaan räjähdysaineita. Räjähdysaineilla on gelatinoitu koostumus. Vesigeeliräjähdysaine voi sisältää nitraatteja, öljyjä, vettä ja lisäaineita. Nämä vaatinevat melko ison porausreiän. Vedenkestävyys on hyvä.

Bulk-emulsioräjähdysaineita (vesi öljyssä -emulsio) pidetään tulevaisuuden [louhinta-]räjähdysaineina. Seososasten suuruus on hiukan molekyyliä suurempi. Hapen antajana on esim. hyvin pieni pisara ammoniumnitraattia. Palava aine on öljyn ja vahan seos. Kontaktipinta-ala on erittäin suuri seososien pienen koon vuoksi. Emulsioräjähdysaineet saadaan räjähtämään lähes täydellisesti ilman varsinaisen räjähdysaineen herkistävää vaikutusta. Räjähdyskaasut ovat melkoisen puhtaita. Olomuoto voi vaihdella juoksevasta melko jäykkään plastiseen. Vedenkestävyys on hyvä. Teho lähestyy NG-räjähdysaineita.

Raaka-aine voi olla ns. matriisi joka on hapettava aine. Panostuksessa matriisiin sekoitetaan kaasutusliuosta joka herkistää matriisin räjähdysaineeksi noin 15:ssa minuutissa. Matriisi herkistyy räjähdysaineeksi vasta porausreiässä.

Selkeästi on pääteltävissä että emulsioiden ja geelien kemia on tärkeää näille uusille räjähdysaineille. Arvata sopii että ns. muoviräjähteillä on niihin jonkinlainen sukulaisuussuhde. Elokuvien mukaan kuka tahansa pystyy rakentamaan muovipommin kaupasta ostetuista tavallisista siivoustarvikkeista ja puhdistuskemikaaleista?

Tokihan on näin että sotilaalliset räjähteet ovat niitä kaikkein käyttökelpoisimpia. Ainakin sytyttimet kannattaa yleensä hankkia valmiina koska niiden valmistaminen itse on vaikeaa/vaarallista. Räjähteen tulisi detonoida vasta sitten kun se on sijoitettu kohteeseen, ei ennemmin.

Mediaseksikkäintä varmaankin olisi jonkin kauppakeskuksessa, verovirastossa, sosiaalitoimistossa, ulosottomiehen luona tai SPR:n monikulttuurisessa veronmaksajien kiltisti (tahtoen tai tahtomattaan, heiltä kun ei tarvitse kysyä) rahoittamassa toimipisteessä räjäytettävän pommin tai kranaatin pohdiskelu. Varsinaisen räjähteen rakentaminen sellaiseen tarkoitukseen ei lie erikoisen vaativaa. Jos aine (ruudin kaltainen) ei pala erikoisen nopeasti, niin se täytyy sulkea esim. päistään tulpatun metalliputken sisään niin että se voi rauhassa kehittää riittävän paineen. Kuitenkin siihen tarvittaisiin myös luotettava tehdasrakenteinen sytytin joita ei lie supermarkettien hyllyillä yleisölle vapaasti tarjolla. Itsesuojeluvaisto useimmissa tapauksissa ehkä suosisi sytytintä jonka voi laukaista turvallisen välimatkan päästä. Pommin tehoa suojautumattomiin pehmeisiin maaleihin (kuten ihminen) parantaa sen ryydittäminen esim. pienillä rautanauloilla tai muilla kovilla esineillä jotka saavat pommista hyvän lähtönopeuden ja ulottavat vaikutuksen kauemmas kuin itse räjähdyspanos. Kranaatteja ampuvan aseen kehittäminen puhtaalta pöydältä ei taida olla aivan yksinkertaista. Aerodynaamisesti pätevän lentopomminkin suunnittelu on vaikeampaa kuin äkkipäätä luulisi.


Vihulaisen putkipalkit sen tuhannen päreiksi?

Edellä on käsitelty I-palkin katkaisemista räjäyttämällä. Nykyisin vaikuttaa siltä että monet teräsrakenteet hitsataan mieluummin kokoon suorakaiteen muotoisesta putkipalkista. Miten se oikeaoppisesti pitäisi räjäyttää tuhannen ulkosynnyttimen palasiksi? Tällainen putkipalkki on siis ontto palkki jonka poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen, joskus neliökin.

Elementtimenetelmän (FEM) perusteiden kurssilla teimme koulussa SolidWorks-ohjelmalla simulaatioita mm. kattotuolin ja paalivaunun jännityksistä tietyissä kuormitustilanteissa. Käytetään sovittua varmuuskerrointa, eli aivan riskirajoille ei ole tarkoitus kuormittaa rakenteen mitään osaa. Graafisesta tulostuksesta yleensä on helppoa löytää rakenteen eniten kuormittuva kohta jota täytyy ehkä jollakin tavalla vahvistaa. Tai kenties jännitykset ja muodonmuutokset ovat niin pieniä että rakenteita pystyy hiukan keventämään?

Kattotuoli on siis esim. teollisuushallissa se rakenne joka kantaa vesikaton rakennuksen päällä. Kattotuolin tulee oman painonsa lisäksi kantaa kunnialla mm. katon päälle talvella kertyvä lumikuorma. Lähtökohtana on se rakennuspaikan mukainen normi lumikuorma per kattopinta-ala jonka kunkin kattotuolin tulisi kantaa. Paalivaunulla maajussit kuljettelevat valkoiseen muoviin käärittyjä heinäpaaleja ("traktorin munia") jotka painavat ehkä noin 500 kg kappale. Niissä on kai myös AIV-liuokset mukana?

Tässä kattotuoli-harjoitelmassa taitaa olla jänneväliä peräti 16 metriä. Pystysuorat kannatinpylväät (eivät näy kuvassa) tukevat ylimpien lähes vaakasuorien putkipalkkien päitä. Niistä alaviistoon lähtevissä palkeissa on suuri jännitys koska niissä näkyy punertavaa väriä. Alempi vaakasuora palkki ei siis tukeudu kannatinpylväisiin suoraan, vaan se roikkuu ristikkorakenteen muodostavien lyhyiden putkipalkkien varassa yläpalkista. Reunimmaiset palkit ovat paksumpaa ainetta, mutta eivät ehkä aivan riittävän paksua, sillä niihin kohdistuu kova kuormitus.

Varsinaisesti aika isoa roolia rakenteen kestävyydessä näyttelee se tapa jolla palkit on liitetty toisiinsa, mutta sellainen problematiikka eristetään esim. hitsausteknilliseksi osaongelmaksi tai kenties pultti/ruuvi/mutteri-liitosten käsittelyksi. FEM-käsittelyssä ei harkita palkkien liittämistapaa lainkaan, vaan oletetaan että palkkien väliset liitokset ovat lujuuden kannalta ongelmattomia ja rakenteen kestävyyden määrää palkkien lujuusominaisuudet. Hiukan irrationaalinen kuvio ehkä?

Paljon ei lisärasitetta tarvittaisi kun rakenne voisi jo punertavasta kohtaa pritkahtaa rikki. Väri ei tosin kerro onko rasitus vetoa vai puristusta. Luulisin että kovassa vetorasituksessa oleva osa hajoaisi parhaiten. Reunoilla täytynee olla vetorasitus. Ja kun jokin osa kantavaa rakennetta rikkoontuu niin muukin rakenne voi lähteä hajoamaan kuin korttitalo. Raskaasti kuormitetun palkin pettäminen lisää rakenteen muiden palkkien kuormaa.

Vihollisen paalivaunun rungon turmelemisen strateginen vaikutus ei ehkä olisi kovin suuri? Jännityksiä esittävässä kuvassa muodonmuutokset näkyvät kovasti liioiteltuna. SolidWorks yrittää vaan mahdollisimman havainnollisesti esittää missä kohdin muodonmuutokset olisivat suurimmat. Jos palkkien muoto oikeasti muuttuisi kuormituksessa noin paljon niin rakenne olisi jo peruuttamattomasti pilalla. Tässä on pelkkä runkorakenne, ei esim. akseleita ja pyöriä jonka päällä koko komeus kulkee tai noin kahden metrin levyistä lavaa jonka päälle paalit tulisivat.

Tjaah, viimeisenä epätoivoisena yrityksenä pitää jännitykset kurissa olen tässä itse asiassa valinnut paalivankkureiden poikkittais-suuntaisiin palkkeihin I -profiilin, eli ne eivät ole poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoisia. Ei ole mitenkään optimaalinen ratkaisu. Monimutkaisemmalla rakenteella epäilemättä pääsee hyviin lujuusominaisuuksiin pienemmällä kokonaismassalla. Rakenteen tukeminen pystysuunnassa eri tasolla olevilla vaakasuorilla palkeilla pituussuunnassa vankkureiden tyyliin voisi olla hyvä ajatus koska se vähentäisi vääntöä isossa pitkittäispalkissa. Materiaali maksaa ehkä noin yhden euron per kilo?

No jaa, putkipalkit ovat yleensä aika ohutta ainetta, vaikka ulkomitat voivatkin olla suuret, joten niiden rikkominen räjäyttämällä ei lie erikoisen vaikeaa. Näissä harjoituksissa tuskin oli yli 6 milliä paksua terästä missään kohdin. Toisaalta alle 3 milliä paksua terästä on vaikea hitsata tasalaatuisesti, joten en usko että konstruktööri sellaista valitsee konstruktioonsa.

Esimerkiksi kuormituksen alla olevan kattotuolin hajottaminen ei käytännössä vaadi putkipalkin täydellistä katkaisemista. Kunhan rakenteen hajoaminen saadaan hyvään alkuun niin kuormitus hoitaa loput, siitä lähtee repeäminen alkuun?


Galleria