KG2021 logo

Støtdemping i kunstgressystemer med organisk ifyll

Hvilken effekt har dempematter, ifyll og temperatur?

Av miljøhensyn blir det stadig større fokus på utfasingen av gummigranulat som ifyll i kunstgressbaner, både nasjonalt og internasjonalt. Dette har skapt et behov for miljøvennlige ifyll, men disse alternativene er kun en bærekraftig løsning hvis de bevarer underlagets funksjon. KG2021 har testet støtdempingen av et kunstgress med seks ulike kombinasjoner av dempematte og miljøvennlige ifyll, i både sommer- og vintertemperaturer. Her kan du lese et populærvitenskapelig sammendrag av en vitenskapelig artikkel som publiseres senere i år.

Kunstgressets oppbygning

Et kunstgressystem består i hovedsak av en matte med kunstgressfiber, et lag med stabiliserende ifyll og et lag med såkalt prestasjonsifyll, med muligheten for bruk av dempematte under matten med kunstgressfiber. Alle disse komponentene kan variere i materiale, størrelse, form og mengde, og det er dermed den totale kombinasjonen som utgjør systemets endelige egenskaper. I praksis sikres disse egenskapene gjennom ulike mekaniske tester som avgjør om en bane kan sertifiseres for bruk [1].

Oppbyggingen av kunstgress: Dempematte, fibermatte, stabiliserende ifyll, prestasjonsifyll, kunstgressfiber
Illustrert eksempel på et kunstgressystem.

Ut med gummigranulat – hva skal inn?

Av miljøhensyn er det flere kommuner i Norge som faser ut bruken av gummigranulat som ifyll i kunstgressbaner [2-3]. Miljødirektoratet har også kommet med krav om strengere sikringstiltak for å redusere utslipp av gummigranulat [4], og Det europeiske kjemikaliebyrå (ECHA) vurderer et mulig forbud mot bruken av gummigranulat i kunstgressbaner [5]. Sistnevnte vil i praksis bety slutten på det mest utbredte prestasjonsifyllet per i dag. Dette har skapt et stort behov for alternative ifyll, men miljøvennlige ifyll er kun en bærekraftig løsning hvis de bevarer underlagets funksjon.

Støtdemping

Blant de viktigste egenskapene for spillerne er støtdempingen [6], som bør være høy nok til å minimere skaderisiko, men ikke så høy at den virker mot sin hensikt og ikke tillater raske bevegelser.

Evnen et underlag har til å dempe støt antas å være direkte relatert til dets evne til å la seg deformere [7-8], noe som i teorien innebærer at større tykkelse gir større potensial for deformasjon, slik at kontakttiden øker og kraften i sammenstøtet fordeles over et større tidsrom.

Eksisterende forskning støtter dette, og viser økt støtdemping både ved bruk av dempematte [9-11], der økt materialtetthet gir økt støtdemping [12], og i kunstgressystemer med høyere gressfiber og tilsvarende større mengder ifyll [6,9,11].

Ifyllets rolle for støtdemping

I kunstgressystemer med gummigranulat bidrar ifyllet til støtdemping [13], sannsynligvis grunnet dets elastiske egenskaper, og det er ikke alltid behov for en dempematte.

Til motsetning er elastisitet en egenskap det er vanskelig å finne i organiske ifyll, og dermed er kunstgressystemer med organisk ifyll i større grad avhengig av en dempematte for å oppnå tilstrekkelig støtdemping.

Laboratorieeksperiment med ulike kunstgressystemer

For å undersøke effekten av ulike dempematter og ifyll ved ulike temperaturer ble støtdempingstester tilsvarende FIFAs sertifiseringstest ("Advanced Artificial Athlete") utført ved NTNU ved bruk av et dropptårn. Utsnitt av én type kunstgress med seks ulike kombinasjoner av dempematte og ifyll ble testet i både simulert sommertemperatur (26°) og simulert vintertemperatur (-11°).

Dropptårn i lab slippes ned på kunstgressmatte
Eksempel på utsnitt av kunstgressystem plassert i dropptårn.

Dempemattene var en 30 mm gummimatte av resirkulert gummigranulat og kunstgressfiber, en 25 mm gummimatte av resirkulert gummigranulat og en 12 mm prefabrikkert skummatte. Ifyllet var enten kun sand eller sand og oppmalt olivenstein, som ble tilført kunstgresset i tilpassede mengder etter produsentens instruksjoner.

For å simulere vintertilstander ble ferdigpreparerte kunstgressprøver nedsenket i vann i minst én time, så fikk de renne av fritt i maks 30 minutter før de ble plassert i fryserom på -11°.

Fra kraftmålinger av sammenstøtene ble de primære støtdempingsvariablene fra FIFAs sertifiseringstest regnet ut:

  • Støtdemping (som en prosentverdi sammenlignet med en referanseverdi som representerer betong)
  • Vertikal deformasjon (hvor langt ned i underlaget sammenstøtet går)
  • Energirestitusjon (hvor stor andel av energi som er bevart etter sammenstøtet)
Tre dempematter for kunstgress
Dempemattene som ble inkludert i eksperimentet. Fra venstre mot høyre: 30 mm gummimatte av resirkulert gummigranulat og kunstgressfiber, 25 mm gummimatte av resirkulert gummigranulat, 12 mm prefabrikkert skummatte.

Resultater – og hva de betyr

Generelt sett ble de ulike støtdempingsvariablene i størst grad påvirket av dempematte og i liten grad påvirket av ifyll ved både varm og frossen temperatur. Med ett unntak ga frossen temperatur som forventet dårligere demping enn varm temperatur. Sammenligning med standardiserte grenseverdier for sertifisering er gjort der det er aktuelt, men merk at resultatene ikke nødvendigvis kan sammenlignes direkte på grunn av mindre ulikheter i testgjennomføring og beregninger.

Støtdempingen var lavere med en 12 mm prefabrikkert skummatte (ca. 30%, under grenseverdier) enn 25-30 mm gummimatter (ca. 57%, innenfor grenseverdier) ved varm temperatur, men effekten var motsatt ved frossen temperatur, der skummatten ga høyest støtdemping (ca. 45% vs. henholdsvis 21% og 33%, alle under grenseverdier).

Vertikal deformasjon viste heller ikke konsekvent respons for begge temperaturer. Det var ingen forskjell mellom dempematter ved varm temperatur (ca. 14 mm, alle over grenseverdier), men ved frossen temperatur var vertikal deformasjon lavere med dempematten med høyest tetthet (25 mm gummimatte; ca. 8 mm, innenfor grenseverdier) enn med den tykkeste dempematten (30 mm gummimatte med fiber; ca. 11 mm, over grenseverdier).

Også for energirestitusjon førte temperaturene til ulikt utfall, tilsvarende resultatene for støtdemping. Energirestitusjon var lavere med en 12 mm skummatte (ca. 78%) enn en 25 mm gummimatte (ca. 89%) ved varm temperatur, men effekten var motsatt ved frossen temperatur, der skummatten ga høyest energirestitusjon (ca. 55% vs. 39%).

Gummigranulat har tidligere blitt vist å bidra mer til støtdemping enn sand [13]. Et tilsvarende resultat ble ikke funnet i dette eksperimentet. Den lille forskjellen mellom ifyll av kun sand og ifyll av sand og oppmalt olivenstein støtter antakelsen om at olivenstein i liten grad bidrar til støtdemping og at kunstgressystemer med organisk ifyll heller må løse dette med dempematter.

I likhet med tidligere forskning [12] antyder resultatene at ikke bare tykkelse, men også tetthet er viktig for støtdempingsfunksjonen til dempematter.

Det mest oppsiktsvekkende funnet er den uventede oppførselen til den tynne, prefabrikkerte skummatten ved temperaturendring fra varm til frossen, der støtdemping var lav ved varm temperatur og så ble forbedret ved frossen temperatur. Dette er vanskelig å forklare og verdt å utforske videre, og bør tas hensyn til ved valg av dempematte for kunstgressystemer i regntunge og kalde klima.

Interessert i hele artikkelen?

Artikkelen vil etter hvert bli tilgjengelig i helhet, og lenke vil legges her.

Om KG2021

KG2021 er et innovasjonsprosjekt og et samarbeid mellom fylkeskommuner, kommuner, idrettslag, industrielle aktører og forskningsmiljø, som skal bidra til kunnskap om nye og bærekraftige konsept for planlegging, bygging og drift av kunstgressbaner. KG2021 eies av Viken fylkeskommune, Trøndelag fylkeskommune og Vestland fylkeskommune. Prosjektet finansieres av disse tre fylkeskommunene, samt Kultur- og likestillingsdepartementet og Norges Fotballforbund. NTNU SIAT er prosjektleder.

Referanser

1.    Fédération Internationale de Football Association (16. mars 2020). FIFA Quality Programme for Football Turf. Handbook of Requirements. October 2015 edition. Åpnet 5. februar 2021.
2.    Oslo kommune (25. september 2019). Budsjettforslag 2020 og økonomiplan 2020-2023, kapittel: 11. Kultur, idrett og frivillighet, underkapittel 11.11 Idrett. Åpnet 6. februar 2021.
3.    Trondheim kommune (5. november 2019). Bistand til fotballklubbene vedrørende håndtering av gummigranulat på kunstgressanlegg. Åpnet 6. februar 2020.
4.    Miljødirektoratet (2. juli 2020). Kunstgressbaner får strengere krav. Åpnet 6. februar 2021.
5.    European Chemicals Agency (9. desember 2020). Scientific committees: EU-wide restriction best way to reduce microplastic pollution. Åpnet 20. januar 2021.
6.    Encarnación-Martinez A, García-Gallart A, Gallardo AM, Sánchez-Sáez JA, & Sánchez-Sánchez J (2018) Effects of structural components of artificial turf on the transmission of impacts in football players. Sports Biomech, 17(2):251-260.
7.    Shorten MR & Himmelsbach JA (2002). Shock attenuation of sports surfaces. I: Ujihashi S, Haake SJ, red. Engineering of Sport 4; 3.-6. september, 2002; Kyoto, Japan. Oxford: Blackwell Publishing; 2002:152-159.
8.    Stiles V & Dixon S (2007). Biomechanical response to systematic changes in impact interface cushioning properties while performing a tennis-specific movement. J Sports Sci, 25(11):1229-1239.
9.    McGhie D, Ettema G. (2013). Biomechanical analysis of surface-athlete impacts on third-generation artificial turf. Am J Sports Med, 41(1), 177-185.
10.    McNitt A, Landschoot PJ, & Petrukak D (2004). Evaluation of the playing surface hardness of an infilled synthetic turf system. I: Nektarios PA, red. Proceedings of the 1st International Conference on Turfgrass Management and Science for Sports Fields; 2.-7. juni, 2003; Athen, Hellas. Leuven, Belgia: International Society for Horticultural Science; 2004:559-596.
11.    Sánchez-Sánchez J, Gallardo-Guerrero AM, García-Gallart A, Sánchez-Sáez JA, Felipe JL, & Encarnación-Martinez A (2019). Influence of the structural components of artificial turf systems on impact attenuation in amateur football players. Sci Rep, 9(1):7774.
12.    Allgeuer T, Torres E, Bensason S, Chang A, & Martin J (2008). Study of shockpads as energy absorption layer in artificial turf surfaces. Sports Technol, 1:29-33.
13.    Alcántara E, Gámez J, Rosa D, Sanchis M (2009). Analysis of the influence of rubber infill morphology on the mechanical performance of artificial turf surfaces for soccer. J Sports Engng Technol, 223:1-9.