Kitkat vai nastat on mielipidekysymys

Jokatalvista keskustelua kitka- ja nastarenkaiden paremmuudesta käydään täydellisen asiantuntemattomuuden tuomalla varmuudella. Mitä sanoo tiede? Kitkatutkijallakaan ei ole yksiselitteistä vastausta.

– Se on mielipidekysymys, Ari Tuononen toteaa.

Tilastot eivät todista kummankaan paremmuudesta. Kitkarenkailla ajetaan kuolonkolareita samassa suhteessa kuin niitä on autojen alla.

– Keskimääräinen ajosuorite on tosin kitkarenkailla suurempi, Tuononen muistuttaa.

Aalto-yliopiston autotekniikan tohtori Tuononen on yksi alansa auktoriteeteista maailmassa. Tuonosen tutkimusryhmä tekee perustutkimusta auton kumitassujen alaisesta maailmasta.

– Renkaiden kehitystä on rajoittanut se, ettei oikeastaan tiedetä, mitä renkaan ja tien välissä tapahtuu.

Fysiikantuntien kitkaopit eivät riitä

Kitka on yksi fysiikan vanhimpia ongelmia, mutta fysiikantuntien kitkaopeilla ei päästä pitkälle nykyrenkaiden suunnittelussa. Tuononen näyttää esimerkkinä kuivan lasilevyn alta kuvattua suurnopeuskameran kuvaa luistavasta renkaasta. Hidastettu kuva paljastaa, että renkaan kumi on luistaessaankin suuren osan ajasta tien pintaan nähden paikallaan.

– Lepo- ja liukukitkan raja ei ole kovin selkeä, Tuononen kertoo.

Tuonosen tiedeartikkeli aiheesta oli pari vuotta sitten Tribology International -tiedelehden vuoden ladatuin artikkeli yli 7 000:lla latauksella. 

Kun tien pinnalla on vettä, tilanne monimutkaistuu. Mutkikkainta on jääkitkan tutkimus, sillä jään karheus ja sitä voiteleva vesikerros muuttuvat jatkuvasti renkaan vieriessä jäisellä tiellä. Tuonosen ryhmän työkaluja jäisen pinnan tutkimukseen ovat jopa 120 000 ruutua sekunnissa kuvaava suurnopeuskamera, lämpökamera joka kertoo jään lämpötilan ennen ja jälkeen rengaskontaktin sekä interferometri, joka mittaa jäänpinnan karkeutta. 

Apuna ovat myös laskennalliset menetelmät. Renkaan ja tien välisen kontaktin mallinnus panee nykytietokoneiden laskentatehon koetukselle. Ongelman ratkaisevat uudet monimittakaavaiset fraktaalimallit, jotka yksinkertaistavat ongelmaa tietokoneille laskettavaan muotoon.

Vesi liukastaa jään

Jääkitkan saloja Tuononen lähti tutkimaan kaksi vuotta sitten käynnistyneessä Suomen akatemian hankkeessa. Tutkijoita hämmästytti se, että talvirenkaan ja jään välisen kontaktin on ajateltu sulattavan jäätä, mutta missä ovat vesipisarat? Mikään mittalaite ei havainnut jälkiä sulamisesta.

– Lähdimme haastamaan käsitystä siitä, että jääpinnan tekevät liukkaaksi kumin ja pinnan välissä olevat vesipisarat.

Tutkijoiden uusi mittalaitehankinta, pinnankarkeusmittari, ei sekään näyttänyt jälkiä vesipisaroista – kunnes sen suurennos ruuvattiin aivan äärimmilleen. Jään pinnalle syntyvät mikroskooppisen pienet pisarat näkyivät vasta voimakkaasti suurennetussa kuvassa. Kitka todella sulattaa jäätä, mutta kitkaa heikentävät pisarat ovat paljon luultua pienempiä.

Jää on itse asiassa varsin pitävä alusta, kunnes sulava vesi voitelee pinnan liukkaaksi. Kun lämpötila on lähellä nollaa, tuovat nastat lisää pitoa jäisellä tiellä. Keskivertoautoilija tosin kohtaa tällaiset olosuhteet vain muutamana päivänä vuodessa.

– Jääpito on kitkarenkaillakin hyvä. Varsinkin -10 pakkasastetta kylmemmällä säällä kitkarenkaat pitävät jopa paremmin kuin nastarenkaat peililiukkaalla jäällä, Tuononen kertoo.

Ilmiön selittää se, että kylmissä oloissa sulaminen jään pinnassa on vähäisempää, eivätkä nastat enää pysty pureutumaan kovaan jäähän.

– Nastarenkaan pito heikkenee, kitkarenkaan pito paranee kun pakkanen kiristyy, Tuononen summaa.

Nastat kuluttavat tiet

Automiesten rengaskeskusteluissa jankataan usein rengastyyppien paremmuudesta.

– Liikenneturvallisuusnäkökulmasta nastat vastaan kitkat -keskustelu on aika turhaa. Renkaiden väliset erot ovat suurempia kuin rengastyyppien väliset erot, Tuononen toteaa.

Ääriolojen pitokyvyn sijaan katse kannattaa tutkijan mielestä kiinnittää esimerkiksi renkaiden teitä kuluttavaan vaikutukseen tai vierinvastukseen.

– Jos nasta- ja kitkarenkaiden paremmuus on mielipidekysymys, päällysteen kuluminen nastarenkaiden alla on fakta, Tuononen toteaa.

Tutkijan mukaan yli 80 prosenttia suomalaisista käyttää nastarenkaita, vaikka niiden turvallisuushyödyistä on tieteellisissä julkaisuissa hyvin vähän näyttöä.

Seurauksena on teiden nopea kuluminen. Vilkkaasti liikennöidyillä moottori- ja kehäteillä asfalttityömaat ovat jokakesäinen näky.

Jos nykyistä suurempi osa suomalaisista ajaisi kitkarenkailla, vähenisi niin melu, katupöly kuin renkaiden kuluminen.

– Nastojen takia Suomen asfalttipäällysteissä käytetään niin isoa kivikokoa, että renkaiden vierinvastus kasvaa ja asfaltin ilmarakoihin jäätyvä vesi lisää pakkasvaurioita, Tuononen lisää.