Havalimanı asfaltında çatlama direncini ölçmek için delikli numuneye dayanan yeni test geliştirildi

Yollar ile havalimanı pistleri üzerindeki yükler birbirinden çok farklı olsa da bu yüzeylerin yapıldığı asfaltı inceleyen yöntemler birbirine benziyor. Karayolu asfaltı için geliştirilmiş birkaç özel yöntem var. Havalimanı kaplamaları için ise standartlaşmış bir yöntem bulunmuyor. Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign'deki Grainger Mühendislik Fakültesi'nden araştırmacılar bu boşluğu doldurmayı amaçlayan, daha basit ve uygulanabilir bir test ile analiz yöntemi önerdi. Bulgular International Journal of Pavement Engineering dergisinde yayımlandı.

Yol ile pist neden aynı değil?

Havacılık mühendisliği bölümünden Prof. John Lambros, çalışmanın çıkış noktasını Federal Havacılık İdaresi'nin (FAA) havalimanı asfaltına özgü bir yöntem istemesi olarak anlatıyor. Lambros'a göre yollar sürekli kullanılır ve trafik çoğunlukla aynı hat boyunca akar. Havalimanlarında trafik daha seyrektir. Buna karşılık asfaltın taşıdığı yükler çok daha yüksek olabilir ve farklı düzenlerde gelir.

Lambros ile inşaat ve çevre mühendisliği bölümünden Prof. Imad L. Al-Qadi'nin ele aldığı sorunlardan biri, mevcut dayanım testlerinin karmaşıklığıydı. Bazı geleneksel testler numuneyi yalnızca sıkıştırıyor. Bazıları ise numunede birkaç kesik açılmasını gerektiriyor. Numuneler, çapı 150 milimetre olan silindirlerden alınan dilimlerden oluşuyor. Kesik ya da çentik, performans testinde çatlağı başlatan noktayı oluşturuyor.

DONUT nasıl çalışıyor?

Lambros, sahada asfalta testere ile kesik açmanın zor olduğunu, matkabın ise çok daha kolay kullanıldığını söylüyor. Ekip de yuvarlak asfalt diliminin tam ortasından bir delik açarak yapay bir gerilim yoğunlaşması yarattı. Gereken tek alet matkap, ama sonuçta hasarı başlatan yoğun bir nokta elde ediliyor.

Yöntemin adı Disc with O-Notch for Uniaxial Testing, kısaca DONUT. Buna bir çatlama indeksi de eşlik ediyor. Testte numune giderek daha fazla sıkıştırılıyor. Delik, verilen enerjiyi çevresinde toplayarak kırılmaya yol açıyor. Araştırmacıların paylaştığı bir video, sıkıştırma ilerledikçe deformasyonların nasıl geliştiğini gösteriyor.

Hangi numunelerle doğrulandı?

Yöntem önce, laboratuvarda ya da fabrika ortamında karılıp sıkıştırılmış dokuz asfalt betonu numunesinde denendi. Al-Qadi'nin doktora öğrencisi Akash Bajaj, ABD'nin farklı yerlerindeki kaplamalardan dokuz asfalt karışımı topladı. Bunlardan biri otoyol karışımıydı. Sekizi ise yedi havalimanından alınan pist karışımlarıydı: Newark Liberty, Teterboro, Tampa, Reno Stead, Sacramento, San Francisco ve Chicago O'Hare. Ayrıca Illinois Üniversitesi'ne bağlı Willard Havalimanı, Kansas City Uluslararası Havalimanı ve Ulusal Havalimanı Kaplama ve Malzeme Araştırma Merkezi'nden sahada alınmış karot numuneleri de kullanıldı.

Lambros, numunelerin ülkenin dört bir yanından gelmesinin önemli olduğunu belirtiyor. Çünkü oradaki havalimanı kaplamaları farklı sıcaklık ve nem koşullarına, farklı uçak boyutlarına ve trafik yoğunluklarına maruz kalıyor.

Son doğrulama, FAA'nın New Jersey'deki hızlandırılmış kaplama test tesisinde yer alan deneme şeritlerinden alınan çok sayıda karotla yapıldı. DONUT indeksi, hızlandırılmış testte çatlayan şeritlerle çatlamayan şeritleri başarıyla birbirinden ayırdı.

Neden önemli?

Asfalt kaplamalarda çatlak, genellikle tekrarlanan yükler, sıcaklık değişimleri ve malzemenin yaşlanmasıyla birlikte ortaya çıkar. Çatlayan bir pist yüzeyi bakım maliyetini ve işletme risklerini artırabilir. Bu yüzden karışımın çatlamaya karşı direncini, yapım öncesinde ve sırasında güvenilir biçimde ölçebilmek mühendisler için büyük değer taşır.

Standart bir testin olmaması, farklı kurumların farklı yöntemlerle çalışmasına yol açıyor. Sonuçların birbiriyle karşılaştırılması da zorlaşıyor. Laboratuvarda ya da sahada kolay uygulanan, ekipman gereksinimi düşük bir test, rutin kalite kontrolde kullanılma şansını artırır. Ayrıca farklı iklimlerdeki havalimanlarında karışım seçimini daha tutarlı hale getirebilir.

Sırada ne var?

Lambros ve Al-Qadi on yılı aşkın süredir karayolu asfaltı için test protokolleri geliştiriyor. İki araştırmacının yollar için önerdiği esneklik indeksi, Illinois eyaleti tarafından standart olarak kabul edildi. Ekip, DONUT yöntemi ve indeksine ilişkin nihai rapor önerisini diğer bulgularla birlikte FAA'ya sundu. Lambros yöntemin bilimsel ve teknik olarak sağlam olduğunu vurguluyor. Benimsenip benimsenmeyeceğine ise FAA karar verecek.

Lambros bunun ilk öneri olduğunu da hatırlatıyor. Yöntem standartlaştırılacaksa, ölçütün iyi bir gösterge olduğundan tam emin olunabilmesi için daha fazla çalışma gerekecek. Yine de sonuçları umut verici buluyor. DONUT indeksinin sonuçları, Illinois'in benimsediği karayolu esneklik indeksine benzer çıktı.