Kar ve Buz ile Mücadele Etmek Amacıyla Geliştirilen Daha Etkili ve Ekonomik Yeni Yöntemler
Perviz Ahmedzade, Mesude Yılmaz, Mehmet Yılmaz
Fırat Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, ELAZIĞ Tel: (424) 2370000/****
pahmedzade@firat.edu.tr
Öz
Kar yağışı ve buzlanma, karayollarında trafik seyri ve güvenlik bakımından önemli sorunlara neden olmaktadır. Kar ve buzun etkili olduğu bölgelerde, sürtünme kuvveti azalmakta, can ve mal kayıplarına neden olan trafik kazaları meydana gelmektedir.
Havaalanlarında ise pist yüzeyindeki kar ve buz ulaşımın aksamasına, çeşitli güçlüklere ve ek masraflara neden olmaktadır. Kar ve buzlanmadan dolayı uçak seferlerindeki ertelemeler ve iptaller, yolcular için gecikme ve zaman kaybı anlamına gelirken pist yüzeyinin temizlenmesi işlemi de havaalanları için ek bir maliyet oluşturmaktadır.
Kar ve buz mücadelesinde en sık kullanılan yöntemler küreme, tuzlama, kum ve kimyasal madde uygulanmasıdır. Ancak bu yöntemler kar yağışı veya buzlanmadan sonra uygulandıklarından kaplama-buz arasındaki bağın çözülebilmesi için daha çok madde gerektirmekte, yollarda tıkanıklığa ve işletme hızında azalmaya neden olduğu gibi insan sağlığı ve çevreyi de olumsuz yönde etkilemektedir.
Bu çalışmada, son yıllarda kar yağışı ve buzlanmaya hemen müdahale edebilmek amacıyla geliştirilmiş olan Buzlanma Önleyici (Anti-acing) Sprey ve Elektrik İletkenli Asfalt Kaplama (Snowfree®) sistemleri, uygulama verilerine dayanılarak geniş bir şekilde açıklanmıştır. Sprey yöntemi, yola belirli aralıklarla yerleştirilen sensörler sayesinde kaplama sıcaklıklarının tespit edilmesi ve bu sıcaklık değerleri kritik değerlere ulaştığı anda buz oluşumuna imkan vermeden otomatik bir sistemle kimyasal maddelerin yola püskürtülmesi esasına dayanmaktadır. Böylece daha az kimyasal madde kullanılarak anında yapılan müdahaleyle buzlanmadan kaynaklanan kaza riski azaltılmaktadır. Snowfree® sisteminde grafit, asfalt karışımına ilave edilerek kaplamanın elektrik iletkenliği arttırılmakta ve kaplama içerisine yerleştirilen kablolar yardımıyla kaplama ısıtılarak yüzeydeki kar ve buzun eritilmesi sağlanmaktadır. Bu sayede kaplama yüzeyinde kar birikimi veya buzlanma oluşmadan anında müdahale edilebilmekte ve böylece ulaşım sistemlerinde gecikmelerin meydana gelmesi engellenmektedir.
Anahtar Sözcükler: Kar, buz, Snowfree®, Otomatik Buzlanmayı Önleyici Sprey
Giriş
Karayollarında kış mevsiminde en çok görülen sorun kar birikmesi ve buzlanmadır.
Kaplama yüzeyinde meydana gelen buzlanma veya kar birikimi, kaplama yüzeyindeki
sürtünme katsayısının azalmasına, bu nedenle güvenlik, ekonomi ve trafik seyri bakımından olumsuzluklarla karşılaşılmasına neden olmaktadır. Karayollarında olduğu gibi havaalanlarında da kar birikimi ve buzlanma büyük sorunlara neden olmaktadır.
Pist yüzeyindeki kar ve buz, havaalanlarında ulaşımın aksamasına, çeşitli güçlüklere ve ek masraflara neden olmaktadır. Kar ve buzlanmadan dolayı uçak seyirlerindeki ertelemeler ve iptaller, yolcular için gecikme ve zaman kaybı anlamına gelirken pist yüzeyinin kar ve buzdan temizlenmesi işlemi de havaalanları için ek bir maliyet oluşturmaktadır.
Karayollarında platform üzerinde kar birikimini önlemek amacıyla rüzgarın hakim olduğu bölgelerde yol kenarındaki araziye kar perdeleri yapılmaktadır. Kar yağışı veya rüzgâr etkisiyle kaplama yüzeyinde kar birikmesi meydana geldiğinde ise küreme veya diğer mekanik işlemlerle karın kaplamadan uzaklaştırılması sağlanmaktadır.
Havaalanlarında ise pistte sulu karın 1,5 cm, kuru karın 5 cm’yi geçmesi kesinlikle önlenmelidir. Pistte kar kalınlığı 12 mm’ye kadar olduğunda süpürme işlemi yapılmalı;
12 mm’den fazla olduğunda ise kombine araçlarla, küreme, süpürme ve üfleme işlemi aynı anda uygulanarak temizlik yapılması gerekmektedir (Devlet hava meydanları işletmesi genel müdürlüğü, 2006).
Kaplama yüzeyindeki karın trafik yüklerinin etkisiyle sıkışması veya yüzeyde bulunan suyun donması sonucu buzlanma meydana gelmektedir. Karayolu ve havayollarında buzla mücadele etmek amacıyla buzlanmayı engelleyici ve buz çözücü yöntemler geliştirilmiştir. Ayrıca kaplama yüzeyinde sürtünmeyi arttırmak, kaplama yüzeyine yapışan buz tabakasını parçalayarak buzlanma giderici maddelerin etkisini hızlandırmak amacıyla aşındırıcı maddeler kullanılmaktadır. Fakat trafik etkisiyle aşındırıcı maddeler buz yapısının içerisine gömülerek etkisini yitirmekte ayrıca buz eridikten sonra kaplama yüzeyinden temizlenmemeleri durumunda güvenlik açısından büyük sorunlara neden olabilmektedir. Kaplama yapısı üzerindeki buzlanmanın önlenmesi veya giderilmesi amacıyla en sık kullanılan yöntem kimyasal maddelerin yola uygulanması yöntemidir (Allison and Bernard, 2004; Kuloğlu ve Kök, 2005). Bu kimyasallar, uygulanacağı pistin veya yolun nem oranına göre kuru veya çözelti halinde kullanılabilmektedir.
Kimyasal maddeler –500C’ye kadar etkili olabilmelerine rağmen bazıları korozif etki gösterebilmenin yanı sıra çevreye de zarar verebilmektedir.
Son yıllarda kar yağışı ve buzlanmaya hemen müdahale edebilmek amacıyla Otomatik Buzlanma Önleyici (Anti-acing) Sprey ve Elektrik İletkenli Asfalt Kaplama (Snowfree®) sistemleri geliştirilmiştir. Otomatik Sprey Yöntemi, yola belirli aralıklarla yerleştirilen sensörler sayesinde kaplama sıcaklıklarının tespit edilmesi ve bu sıcaklık değerlerinin kritik değerlere ulaştığı anda buz oluşumuna imkan vermeden otomatik bir sistemle kimyasal maddelerin yola püskürtülmesi esasına dayanmaktadır (Minnesota DOT; Monsere,2006). Böylece daha az kimyasal madde kullanılarak anında yapılan müdahaleyle buzlanmadan kaynaklanan kaza riski azaltılmıştır. Snowfree®sisteminde grafit, asfalt karışımına ilave edilerek kaplamanın elektrik iletkenliği arttırılmış ve kaplama içerisine yerleştirilen kablolar yardımıyla kaplama ısıtılarak yüzeydeki kar ve buzun eritilmesi sağlanmıştır. Bu sayede kaplama yüzeyinde kar birikimi veya buzlanma oluşmadan müdahale edilebilmesi amaçlanmıştır (Goodwin. 2003;
Derwin,2003).
Kimyasal Maddelerin Kar ve Buz Mücadelesinde Kullanılması Bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de kar ve buz mücadelesinde en çok kullanılan yöntem kaplamaya kimyasal madde uygulanmasıdır. Kar ve buz mücadelesinde kullanılan kimyasallar sodyum klorür (NaCl), magnezyum klorür (MgCl2), kalsiyum klorür (CaCl2), kalsiyum magnezyum asetat (CMA) ve potasyum asetat (KAc)’tır.
Uygulanacak kimyasalın çeşidi ve miktarı; kar veya buz miktarına, ortam sıcaklığına ve uygulama bölgesine göre değişmektedir. Havaalanlarında ve köprülerde sodyum klorür (NaCl) ve kalsiyum klorür (CaCl2) içerikli kimyasallar çevreye, alt yapıya ve metal parçalara verdiği zararlardan dolayı hareket sahalarında kullanılmamaktadır (Devlet hava meydanları işletmesi genel müdürlüğü, 2006; Caggiano, 1998; Lee, 2000).
Su içinde hızlı ve kolay bir şekilde eriyen CaCl2 ve MgCl2, –29oC’ye kadar düşük sıcaklıkta uygulanabilmektedir. Bütün buz eritici tuzlar iyonlarına ayrışarak kar ve buzu eritmektedir. CaCl2 ve MgCl2 bir Ca ve Mg iyonuna karşılık iki Cl iyonu serbest bırakarak kar ve buzun daha hızlı ve etkili bir şekilde erimesini sağlamakta fakat ortaya çıkan Cl iyonu genel olarak çevreye ve betona zarar vermektedir. Ayrıca CaCl2 ve MgCl2’nin uygulandıktan sonra yol yüzeyinde temizlenmesi zor ve kaygan bir kalıntı bıraktıkları bilinmektedir (Kuloğlu ve Kök, 2005).
Kalsiyum magnezyum asetat (CMA), içme suyu, beton ve bitkiler açısından en güvenli buz eritici kimyasaldır. Korozif olmamakla birlikte yağıştan önce uygulanması durumunda buzun yüzeye yapışmasını etkili bir biçimde önlemektedir. Çok düşük sıcaklıklarda etkili olmayan CMA kaya tuzuna göre de 30 kat daha pahalıdır (Kuloğlu ve Kök, 2005).
Yukarıda sözü edilen bu kimyasallar katı halde uygulanabildikleri gibi solüsyon halinde de kullanılabilmektedir. Bunların sıvı olarak uygulanabilmesi, yüzeye oldukça hızlı ve üniform olarak serilebilmeleri ve kar ile buzun erime işlemini hızlandırma açısından avantaj sağlamaktadır.
Kar ve Buz Mücadelesinde Geliştirilen Yeni Yöntemler
Kar ve buz ile daha hızlı, etkili ve ekonomik bir şekilde mücadele etmek amacıyla teknolojik gelişmelerden faydalanılarak Otomatik Buzlanma Önleyici Sprey ve Snowfree® gibi sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemlerin tam olarak uygulanabilmesi için hava ve kaplama durumu ile ilgili verilerin doğru ve hızlı bir şekilde uygulama merkezlerine iletilmesi gerekmektedir. Kaplama ve hava ile ilgili verilerin toplanması amacıyla Yol Meteoroloji Bilgi Sistemleri (RWIS) geliştirilmiştir.
Yol Meteorolojisi Bilgi Sistemleri (RWIS)
Yağış, sis, buzlanma ve aşırı rüzgar gibi kritik durumlarda araç kullanıcılarını uyarmak ve gerekli tedbirleri almak amacıyla Yol Meteoroloji Bilgi Sistemleri (RWIS) geliştirilmiştir. Yol Meteorolojisi Bilgi Sistemleri’nin amacı yolların durumu hakkında doğru, güvenilir ve güncel bilgiler toplamak ve bunları yorumlamaktır [1]. Bu sistem dahilindeki sensörler ve kameralar sayesinde bilgiler toplanarak merkeze iletilmekte ve
gösterici, dijital mesaj sistemi (DMS)) devreye sokulmakta, müdahale ekipleri yönlendirilmekte veya gerekli olan sistemler aktif hale getirilmektedir.
Özellikle ağır hava şartlarında ulaşımın sorun olduğu metropollerde yada şehirlerarası bağlantı yollarında hızla değişen hava şartlarının neden olacağı olumsuzlukları en aza indirmek için zamanında ve doğru bilgi sahibi olmak ve gerekli müdahaleleri yapabilmek ancak RWIS kullanımı ile mümkün olabilmektedir [2]. Otomatik uyarı sistemlerinin işleyişine örnek Şekil 1’de verilmiştir.
Şekil 1 RWIS Sistemi İşleyiş Şeması [2].
Bu sistem ülkemiz için henüz yeni olmasına rağmen yurtdışında pek çok kez uygulanmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Yüksek kaza riski bulunan Idaho’daki Interstate 84 yolu üzerindeki 100 mil’lik kısma deneme amaçlı otomatik bir buz uyarım sistemi yerleştirilmiştir. Çevresel sensör istasyonları; görüş netliği, rüzgar şiddeti ve kaplama şartlarını belirlemek için kullanılmış, olumsuz durumlar (kar yağışı ve buzlanma gibi) Dijital Mesaj Sistemi (DMS) üzerinde sürücüleri uyarmak amacıyla gösterilmiştir. Sistemin uygulanmasını takip eden sekiz yıllık periyot sonunda kazaların
%35 oranında azaldığı tespit edilmiştir (Monsere, 2006).
Amerika’da Cascade Dağları ile Snoqualmie Geçidi arasındaki yolun kış mevsimi yıllık kaza ortalamasının Washington ortalamasının dört katı seviyelerinde olduğu tespit edilmiş ve bu yolda bulunan 40 mil’lik bölgeye bir uyarı sistemi yerleştirilmiştir.
Sistem; Çevresel sensör istasyonu (ESS), radar araç dedektörleri, DMS ve uyarı işaretlerinden oluşturulmuştur. Sıcaklık ve nem oranı gibi hava şartları tespit edilerek veriler merkezi bir bilgisayar sistemine iletilmiş, bu veriler değerlendirilerek güvenli hız sınırları ve gerekli mesajlar sürücüleri uyarmak amacıyla DMS ve uyarı işaretleri üzerinde belirtilmiştir. Bu sistemin uygulanması ile ortalama taşıt hızlarının %13 oranında azaltılması sağlanmıştır (Monsere, 2006).
Kar ve buz ile mücadele etmek amacıyla geliştirilmiş iki yeni yöntem olan Otomatik Buzlanmayı Önleyici Sprey ve Snowfree® Yöntemleri’nde uygulama bölgelerine yerleştirilen RWIS elemanları yardımıyla gerekli bilgiler edinilmiş ve müdahaleler yapılmıştır.
Otomatik Buzlanmayı Önleyici Sprey Yöntemi
Kar ve buz mücadelesinde kullanılan kimyasallar buzlanmayı önleyici (anti-icing) ve buz çözücü (de-icing) olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Otomatik Buzlanma Önleyici Sprey Yöntemi’nin temel prensibi, uygulama bölgesine yerleştirilen sistemle kaplamaya buzlanmayı önleyici kimyasalların püskürtülmesi ve bu sayede buzla kaplama yüzeyi arasında kimyasal bir tabaka oluşturularak buzun kaplamaya yapışmasını engellemektir (Goodwin, 2003).
Buz mücadelesinde geçmişten günümüze kadar kullanılan buzlanmayı önleyici kimyasalların yola uygulanma yöntemlerinden farklı olarak Otomatik Buzlanma Önleyici Sprey Yöntemi’nde RWIS’den faydalanılmaktadır. Bu sayede kar yağışı ve kaplamada buz oluşumu ile ilgili veriler toplanmakta ve sistem devreye sokularak uygulama bölgesine yerleştirilen sprey ağızlıklarıyla kaplamaya kimyasalların püskürtülmesi sağlanmakta ve anında müdahale ile buz oluşumu veya buzun kaplamaya yapışması önlenmektedir (Goodwin, 2003).
Otomatik buz önleme sistemi bütün yol tiplerine uygulanabilmesine rağmen özellikle köprülerde kullanılmaktadır. Buz önleme sistemi kış bakım işlemlerine karşı avantajları bakımından incelendiğinde kullanılan kimyasalların optimum miktarda olduğu, çevre bakımından genellikle daha az zehirli olduğu ve araçlar ile yola zarar vermeleri bakımından olumsuz bir etkilerinin bulunmadığı belirlenmiştir. Aynı zamanda bu sistem otomatik olduğundan buzlanma veya kar yağışı başladığı anda kaplamadaki sistem hızlı bir şekilde devreye girmektedir.
Minnesota Ulaştırma Departmanı tarafından 1999 yılında Minneapolis şehir merkezi yakınında bulunan Interstate 35 yolu üzerindeki 594 metre uzunluğunda ve 8 şeritli köprü üzerine otomatik bir buzlanmayı engelleyici sistem uygulanmıştır. Otomatik buzlanmayı engelleyici sistem; depolama tankları, pompa, depolama tanklarını ve pompayı koruyan etrafı kapalı bir oda, dağıtım sistemi, çevresel sensörler, 4 adet parlama feneri ile sürücü uyarı işaretleri ve bölge ofisine yerleştirilmiş bir kontrol bilgisayarından oluşturulmuştur (Goodwin, 2003; Monsere, 2006).
Köprü üzerine kaplama ve bariyerlere monteli olmak üzere toplam 76 adet kimyasal madde püskürtme ağızlığı yerleştirilmiştir. Kaplamaya, gidiş ve dönüş yönünün merkezine uygulanmak üzere 16,8 metre aralıklarla toplam 68 adet püskürtme ağızlığı yerleştirilmiş, 8 adet püskürtme ağızlığı ise köprünün giriş bölgelerinde bariyerlere monte edilmiştir. Sistem dahilindeki ağızlıklarla kaplamaya potasyum asetat püskürtülerek buzlanma veya buzun kaplamaya yapışması engellenmektedir (Şekil 2).
Şekil 2 Kaplamaya Yerleştirilen Ağızlıklarla Kimyasal Madde Uygulanması.
Köprüye yerleştirilen çevresel sensörler yardımıyla kaplamanın ıslak veya kuru olduğu, hava sıcaklığı belirlendiği gibi yüzeydeki suyun donması için kaplama sıcaklığının yeterince düşük olduğu da belirlenebilmektedir. Otomatik Buzlanma Önleyici Sprey Yöntemi’nin uygulanış şekli ve sistem elemanları Şekil 3’te verilmiştir (Goodwin, 2003; Monsere, 2006).
Şekil 3 Buzlanmayı Önleyici Sprey Yöntemi Elemanları (Goodwin, 2003; Monsere, 2006, Ağar ve Kutluhan).
Otomatik Buzlanma Önleyici Sprey Yöntemi’nin uygulanmasından bir yıl sonra kış mevsiminde meydana gelen kazalar % 68 oranında azalmıştır. Fayda/maliyet oranı 3,40 olarak belirlenmiştir. Utah’da uygulanan benzer bir çalışma ve sistem sonucunda kaza oranında % 64’lük bir azalma meydana geldiği tespit edilmiştir (Monsere, 2006).
Buz önleme sistemine başka bir örnek de, New York Ulaştırma Departmanı tarafından Brooklyn Köprüsünün bir bölgesine uygulanan sistemdir. Sistemde her 93 m2’ye 1,9 lt potasyum asetat uygulanmış, ayrıca meydana gelen buzlanma DMS üzerinde gösterilerek sürücülerin uyarılması sağlanmıştır (Goodwin, 2003).
Washington Ulaştırma Bölümü tarafından Interstate 90 yolunun bir bölümüne otomatik buz önleme sistemi ve RWIS uygulanarak üç yıllık bir süre için maliyet-fayda analizi yapılmış, fayda/maliyet değeri 2,36 olarak bulunmuştur. Net fayda miktarının ise 1.179.274$ olduğu belirlenmiştir (Monsere, 2006).
Snowfree® Yöntemi Kullanılarak Kaplama Yapısının Isıtılması
Karayolu veya havaalanlarında buzlanma oluşumunu sürekli olarak engellemek, kaplamaya kimyasal madde uygulanması ile sağlanabilmektedir. Kimyasal miktarını veya değişimini devamlı olarak kontrol etmek ayrıca mevcut buzu eritmek zaman alıcı ve zor olduğundan Superior Graphite Şirketi ile Amerikan Federal Havacılık İdaresi (FAA), Flood Test Laboratuarları’yla ortak bir çalışmayla Snowfree® Sistemi’ni geliştirmişlerdir. Bu sistem sayesinde hem yağıştan önce ve yağış sırasında kaplama yüzeyini temiz tutabilmekte hem de yağış sonrası uygulandığında kaplamaya yapışık halde bulunan kar ve buzun erimesi sağlanabilmektedir (Derwin ve diğ., 2003).
Grafit, asfalt ve elektrik kullanılan Snowfree® (elektrik iletkenli asfalt kaplama sistemi) Sistemi, asfalt karışımın elektrik iletkenliğini arttırarak, uygulanan elektriğin ısı enerjisine dönüştürülmesi ve bu ısı ile kaplama yüzeyindeki kar ve buzun eritilmesi prensibine dayanmaktadır. Özgün bir kaplama sistemi olan Snowfree® Sistemi, karlı ve buzlu pistlerin aşırı derecede probleme neden olduğu Amerika’daki O’Hare Uluslararası Havaalanında bir taksiyoluna uygulanarak FAA tarafından test edilmiştir (Derwin ve diğ., 2003).
Isıtmalı kaplama sistemi, kaplama tabakaları arasında yalıtılmış elektrik iletkenli asfalt ile sandviç bir yapı oluşturmuştur. Yalıtkan tabaka üzerine belirli aralıklarla kablolar uygulanmış, kabloların üzerine elektrik iletkenliği arttırılmış grafit içeren karışım uygulanmış bu karışımın etrafı yalıtkan normal asfalt karışımla kaplanarak Snowfree®
sistemi oluşturulmuştur. İletken asfalt, kabloların ve temel tabakasının üst yüzeyine 2 inç (5 cm) kalınlığında serilmiştir. Normal asfaltın diğer bir 2 inç’lik (5 cm) tabakası ise iletken tabakanın kenarlarını ve üstünü kaplayarak pist yüzeyini oluşturmaktadır (Şekil 4). Kablolara elektrik yükü uygulanması ile elektrik yüklü kablolardan nötr kablolara doğru bir elektrik akımı meydana gelmekte ve akım iletken kaplamadan geçerken iletken kaplamanın iç direnci sayesinde ısı oluşmaktadır. Oluşan bu ısı iletken kaplamanın üzerinde bulunan normal asfalt kaplama tabakasını ısıtarak yüzeyde bulunan kar ve buzun erimesi sağlanmaktadır (Derwin ve diğ., 2003; Caggiano, 1998 ).
Snowfree® Sistemi’nde elektrik iletkenli kaplama tabakası elde edebilmek amacıyla normal agrega yerine %25 oranında grafit kullanılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda Snowfree® Sistemi uygulanan kaplama kısmının tekrarlı ağır yüklerin ani etkisine dayanabilecek yeterli durabilite ve sertliğe sahip olduğu ayrıca normal kaplama yapılarıyla dayanım bakımından benzer özellikler gösterdiği tespit edilmiştir (Derwin ve diğ., 2003).
Uygulamada, pist yüzeyinde kar birikimi veya buzlanma meydana gelmeden sistem devreye sokulmakta ve kaplama yüzeyi ısıtılmaktadır. Sistem, kaplama sıcaklığı 25°F’ye (-3,9°C) düştüğünde devreye girerek 45 watt/ft2 lık (500 watt/m2) bir güç girişi ile yaklaşık 2,5 saat içerisinde kaplama yüzey sıcaklığını 34°F’ye (1°C) yükseltmektedir. Yüzey sıcaklığı 34°F’ye (1°C) ulaştığında hava şartları göz önünde bulundurularak güç azaltılmakta veya kaplama yüzeyi kuruyuncaya kadar sistem çalıştırılmaya devam ettirilmektedir (Derwin ve diğ., 2003).
Şekil 4 Snowfree® Sistemi Enkesiti ve Uygulama Sonucu Karın Eritilmesi [9].
1994 yılının kasım ayında O’Hare Uluslararası Havaalanında Snowfree® Sistemi uygulanmıştır (Derwin ve diğ., 2003). Sistemde ayrıca 120 volt’luk bir elektrik kaynağı ve kaplamaya monte edilmiş yüzeydeki nem ile sıcaklık hakkında bilgi veren otomatik sensörler de kullanılmıştır. Sistem, 1998 yılının mayıs ayında taksiyolunun bir kısmının yeniden yapılması sırasında kaldırılmış fakat sistemin uygulandığı kaplama kısmı aradan geçen 3,5 yıl içerisinde durabilite, güvenlik, performans ve ekonomiklik bakımından test edilmiştir. 70x97 feet (21,3x29,6 m) boyutunda ısıtılmış bir alanı kapsayan tasarımda, 7 adet kablo 16 feet (4,9 m) aralıklarla taksiyolu boyunca yerleştirilmiş ve uygulanan 120 volt’luk elektrik ile Snowfree® uygulanan kısımda karın eridiği görülmüştür (Şekil 4).
O’Hare’de uygulanan iletken kaplama kısmı, sıcaklığın -100F’a (-12°C) ulaştığı 4 kış mevsimi ve bazı günler sıcaklığın 1000F’ı (37,8°C) aştığı 3 yaz mevsimi süresince denenmiş ve bu süre içerisinde çeşitli çevresel ve iklimsel gerilmelere maruz kalmıştır.
Uçak trafik seyirlerine dayanılarak yolun 200.000’den fazla uçak hareketine maruz kaldığı belirlenmiştir. Isıtılmış kısım üzerinde asfalt kaplamanın diğer kısımlarında görülenden farklı önemli çatlaklar gözlenmemiştir. 1995 yılının mayıs ve aralık aylarında, uçak trafiğinden kaynaklanan tekerlek izi veya ötelenmeden dolayı kaplama profilinde oluşan deformasyonları belirlemek amacıyla profilometre testleri uygulanmıştır. Profil grafikleri, ısı dalgalarının uygulandığı periyot süresince yüzeyde herhangi bir hareket olmadığını göstermiştir. 1998 yılında sistem kaldırılıncaya kadar, kaplamanın görsel denetimine devam edilmiş ve önceki verilerle birleştirilerek iletken asfaltın normal karışımlarla benzer durabiliteye sahip olduğu belirlenmiştir(Derwin ve diğ., 2003). Ayrıca sistem çalıştığı sürece yapılan ölçümler sonucunda yüzeyde insan sağlığını ve çevreyi önemli oranda etkileyecek elektrik kaçağının bulunmadığı belirlenmiştir.
Sistemin uygulanması ile çevresel zararın azaltılması ve güvenliğin arttırılmasının yanı sıra maliyetin azaltılması bakımından da fayda sağlanmaktadır. Sistem tasarımında grafit içeren bir asfalt üstyapı, bakır kablolar, trafolar ve anahtar takımları normal asfalt kaplamaya göre ilk yapım maliyetini 1ft2 (0,09 m2) başına yaklaşık 25 $ arttırmıştır.
Fakat her bir uçuş iptali için yaklaşık 4.000 $, her bir sapma için 15.000 $ ve her bir erteleme için dakikada 50 $ zarar edildiği göz önüne alındığında sistemin kısa bir sürede ilk yatırım maliyetini amorti edeceği söylenebilmektedir. 45 watt’lık maksimum güç uygulanması durumunda kaplamadaki 1ft2 lik alanı ısıtmak için saatte 2.400 $
harcamaktadır. 1999 yılında O’Hare Havaalanında sadece kar temizleme işlemi için 15 milyon $’ın üzerinde bir para harcanmıştır. Bu veriler sistemin ekonomik açıdan uygun olduğunu göstermektedir(Derwin ve diğ., 2003).
Sonuç ve Öneriler
Kar yağışı ve buzlanma, karayollarında trafik seyri ve güvenlik bakımından önemli sorunlara neden olmaktadır. Havaalanlarında ise pist yüzeyindeki kar ve buz ulaşımın aksamasına, çeşitli güçlüklere ve ek masraflara sebep olmaktadır. Karayolu ve havaalanı kaplamalarında kar birikimini engellemek amacıyla kombine araçlarla, küreme, süpürme ve üfleme işlemleri birlikte uygulanmaktadır. Günümüzde buz mücadelesinde ise genellikle Sodyum klorür (NaCl), magnezyum klorür (MgCl2), kalsiyum klorür (CaCl2), kalsiyum magnezyum asetat (CMA) ve potasyum asetat (KAc) gibi kimyasal maddeler kullanılmaktadır. NaCl, CaCl2 ve MgCl2’nin korozif etkisi ve CMA’nın ekonomik yönü dikkate alındığında buz mücadelesinde kullanılan kimyasallar içerisinde en uygun olanının potasyum asetat (KAc) olduğu söylenebilmektedir. Bu kimyasalları daha ekonomik ve etkili bir şekilde kullanmak, buzlanmaya anında müdahale edebilmek amacıyla Otomatik Buzlanma Önleyici Sprey Yöntemi geliştirilmiştir. Kaplamaya buzlanmayı önleyici kimyasalların püskürtülerek buzla kaplama yüzeyi arasında oluşan kimyasal bir tabakanın buzun kaplamaya yapışmasını engellemesi prensibine dayalı olarak çalışan bu yöntemde RWIS sisteminden faydalanılmaktadır. Bütün yol tiplerine uygulanabilen bu sistem özellikle köprü ve köprülü kavşaklarda kullanılmaktadır. Bu sistemin uygulandığı bölgelerde kar ve buzlanmadan kaynaklanan trafik kazalarının belirli bir miktarda azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca maliyet-fayda analizi sonucunda sistemin rantabl olduğu belirlenmiştir.
Kar ve buz mücadelesinde ilave malzeme, ekip ve ekipmanlar kullanmamak, etkin ve hızlı bir çözüm bulmak amacıyla Snowfree® (elektrik iletkenli asfalt kaplama sistemi) adı altında bir sistem geliştirilmiştir. Sistem iki tabakadan oluşturulmuştur. Alttaki tabakada normal asfalt karışımların elektrik iletkenliği düşük olduğundan karışıma grafit ilave edilerek kaplama yapısının elektrik iletkenliği artırılmıştır. Bu tabaka içerisine kablolar yerleştirilmiş, ikinci tabaka ise iletken tabaka üzerine normal asfalt karışımın uygulanması sonucu elde edilmiştir. Kablolardan birine elektrik yükü uygulanırken yanındakine uygulanmamıştır. Böylece çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru bir elektrik akımı elde edilmiştir. Asfalt kaplamaya grafit ilave edilmesiyle iletkenlik artmasına rağmen kaplamanın iç direncinden ötürü iletken kaplama yapısında ısı meydana gelmiştir. Elde edilen bu ısı üstteki normal asfalt tabakaya iletilerek yüzeydeki kar ve buzun engellenmesi veya eritilmesi sağlanmıştır.
Üstteki tabaka elektrik iletmediğinden elektrik akımının yüzeye ulaşarak canlılara zarar vermesi engellenmiştir. Bu sistem sayesinde bakım masrafları ve kar birikmesiyle oluşan uçuş iptallerinin veya ertelemelerin neden olduğu masraflar azaltılabilmektedir.
Sonuç olarak, bu iki yeni yaklaşımın ülkemizde kullanılması durumunda havaalanı, köprü, tünel, köprülü kavşak ve viyadük gibi kritik noktalara anında müdahale edilerek buzlanmanın önlenmesi, hizmet seviyesinin korunması, seyir güvenliğinin sağlanması ve yatırım maliyetlerinin azaltılması bakımından klasik yöntemlere göre avantaj sağlanacağı düşünülmektedir. Bolu Dağı Tüneli’nin açılışından on üç gün sonra viyadüklerde meydana gelen buzlanmadan ötürü kapanması kar ve buz mücadelesinde etkin yöntemlerin kullanılmasının önemini bir kez daha göstermiştir. Yüzölçümü
bakımından büyük bir çoğunluğunda karasal iklimin hüküm sürdüğü ülkemizde karayolu ve havayollarında ulaşımı aksatmadan güvenli bir şekilde sağlayabilmek amacıyla kar ve buz mücadelesinde teknolojik gelişmelere bağlı olarak geliştirilen etkin ve ekonomik yeni yöntemlerin denenmesi, uygun bulunması durumunda gerekli alt yapının oluşturulup yaygınlaştırılması büyük önem arz etmektedir.
Kaynaklar
Ağar, E., Kutluhan, S., Karayollarında kış bakımı – kar ve buz kontrolü, İstanbul İnşaat Mühendisleri Odası Bülteni, 76. sayı, 6 s.
Allison E. K. and Bernard N. S. (2004), Effects of highway deicing chemicals on shallow unconsolidated aquifers in Ohio—Final Report, Scientific Investigations Report 2004-5150, p. 199.
Caggiano, M. F. and Bentley, M. (1998), Route 130 Bridge Snowfree installation electrical analysis and recommendations- final report, FHWA 1998 – 008, pp. 11.
Derwin, D., Booth, P., Zaleski, P., Marsey, W., Flood Jr., W., (2003), Snowfree®
heated pavement system to eliminate ıcy runways,
http://217.172.161.215/ktml2/images/uploads/news/FAATALKFINAL.pdf
Devlet hava meydanları işletmesi genel müdürlüğü (2006), Hava alanları kar mücadele yönergesi, Yönerge no:11, 18 s.
Goodwin, L. C., (2003) Best practices for road weather management Version 2.0 FHWA-OP-03-081
http://ops.fhwa.dot.gov/weather/best_practices/CaseStudies/011.pdf
Kuloğlu N. ve Kök B. V. (2005), Karayollarında kar ve buz mücadelesinde kullanılan tuzun beton asfalt kaplamaya etkisi, F.Ü. Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17 (1), s. 87 – 96.
Lee, H., Cody, R. D., Cody, A. M. and Spry P.G., (2000), Effects of various deicing chemicals on pavement concrete deterioration, Mıd-Contınent Transportatıon Symposıum Proceedıngs, pp. 151-155.
Monsere, C. M., Bertini, R. L., Bosa, P. G., Chi, D., Nolan, C., El-Seoud T. A., (2006), Determining optimum safety countermeasures for speed related crashes Volume 2:
Comparison of identification and ranking methodologies for speed-related crash locations, Oregon Department of Transportation Research Unit, pp. 99.
United States Environmental Protection Agency (2000), Preliminary data summary airport deicing operations, EPA-821-R-00-016, pp. 447.
İnternet Kaynakları
[1] http://www.ultra.com.tr/turkish/download.htm#dload5
[2] http://www.tetasbilisim.com.tr/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=17
