Birçok beton yapıda çelik iskelet paslanır. Pahalı hasar veya çökme riski vardır. Sensörler tehlikeyi algılamalı

Beton, modern dünyayı kelimenin tam anlamıyla bir arada tutuyor: köprüler nehirleri ve vadileri geçiyor, istinat duvarları ve tüneller toprağı ve molozları uzak tutuyor. Onlarca yıldır. Ancak bazı binalarda bu işlevi ne kadar süreyle sürdürebileceklerini merak ediyorsunuz. Çatlaklar görünüyorsa, malzeme dökülüyorsa veya hatta paslı su sızıyorsa: hala dayanacak mı?

Betonarme yapıların içindeki donatılar olarak adlandırılan çelik iskeletin durumuna, kullanım ömrü büyük ölçüde bağlıdır. Bu iskelet, betonun tek başına taşıyabileceğinden çok daha büyük çekme kuvvetlerine dayanabilir. Bu sayede geniş açıklıklı köprüler inşa edilebilmektedir.

Çelik beton içerisine alınırsa, bu onu paslanmaya neden olan su ve çevresel etkilerden korur. Öte yandan kaplama, olası korozyonun erken aşamada tespit edilmesini engelliyor. Eğer yüzeyde görünüyorsa, içerideki ayrışma genellikle çoktan ilerlemiş demektir ve kapsamlı bir iyileştirme gereklidir. Cenova veya Dresden'deki köprüler gibi çökmüyorsa. İsviçre de bu sorundan muaf değil; burada da birçok binanın durumu kötüleşti.

Şüphe üzerine tüm eski binaları çelik yapıyı kontrol etmek için delmek anlamsız ve masraflı olacaktır. Bunun yerine bilim insanları, yıkıma yol açmadan durumu tespit edecek yöntemler üzerinde çalışıyorlar. Bu alanda dronelar, sensörler ve yapay zeka büyük ilerlemeler vaat ediyor.

Uzmanların çalışma tarzını örneğin Berlin'deki Federal Malzeme Araştırma ve Test Enstitüsü'nde gözlemlemek mümkün. Beton ve ön gerilimli çelik korozyonu konusunda uzman olan Gino Ebell, beyaz önlüğü dalgalanarak laboratuvara koşuyor. Bu, bir televizyon dizisinin tıp bölümünü andırıyor ve aslında ortak bir nokta var. Doktorların kemikleri ve dokuları ultrason veya X ışınları kullanarak incelemesine benzer şekilde, Ebell'in ekibi de beton numunelerini elektrotlar kullanarak analiz ediyor. Bu şekilde elektrokimyasal potansiyel denilen şey belirlenir. Bu, malzemenin korozyon nedeniyle nerelerde hasar gördüğünü gösteren bir ölçüdür.

Ebell, betondaki ince bir çatlak üzerinde hareket etmek için el sondajını kullanıyor. Ölçüm cihazının ekranı hemen değişiyor. Ebell numuneyi ters çevirir. Arka tarafta, ekrandaki okumaya sebep olan paslı bir takviye çeliği parçası görülüyor.

Ebell, “Bu tür ölçümler doğrudan binalar üzerinde de alınabilir” diyor. Korozyon şüphesi olan çelikten numune alınarak çevredeki betonun korozyona karşı ne kadar koruma sağladığı dikkatlice incelenir. Çelik ayrıca detaylı bir şekilde incelenerek, örneğin kesitinin hangi kısmının paslandığı tespit edilir.

Bulgular, örneğin bir köprünün hala kullanılıp kullanılamayacağını veya kapatılması gerekip gerekmediğini belirler. Hasarın boyutuna bağlı olarak tamiri mümkün olmayabilir. Ebell, "Bazen o bölgedeki betonu değiştirmek veya suyun ve buz çözücü tuzun daha fazla nüfuz etmesini önleyen bir kaplama uygulamak yeterli oluyor" diyor.

Ancak elektrokimyasal potansiyelin ölçülmesi her yerde işe yaramıyor. Bazı beton yapılarda metal kılıf içerisinde gergi telleri yer alır. Ölçüm işlemi sırasında tellerin görünmez olmasını sağlayan bir Faraday kafesi oluşturur. Bu özellikle Almanya'da bir sorun. 1950'li ve 1970'li yıllar arasında ve doğuda 1990'lı yılların başına kadar, özel bir ön gerilimli çelik türü kullanılarak çok sayıda köprü inşa edildi.

Ebell, özellikle kükürt dioksit olmak üzere yoğun hava kirliliğinin nemle birleşerek, harçla kaplanmadan önce kullanılan çeliğe zarar verdiğini söyledi. Tellerin üzerinde gizlice ince çatlaklar oluşmuş. Onlarca yıl sonra, artık ilerleme kaydediyorlar. Çok fazla gergi teli koparsa, kalanlar artık çekme kuvvetlerine dayanamaz.

Örneğin Dresden'deki Carola Köprüsü 2024'te kısmen çöktü . Benzer yapılarda en kötüsü kapatmalarla önlendi. Bunun trafik açısından sonuçları dramatik oluyor; trafik sıkışıklıkları ve büyük sapmalar yaşanıyor. Bu, kapatma veya faaliyete devam etme kararı verirken ortaya çıkan ikilemi gösteriyor: Herkes güvenlik istiyor, ancak aynı zamanda kullanılabilir bir altyapı da istiyor.

Ebell, “Hasar görebilecek çok sayıda köprü var” diyor. “Bunların hepsinin kısa sürede yeni bir binayla değiştirilmesi mümkün değil.” Mühendisin dediği gibi, çoğu zaman geriye "palyatif bakım"dan başka pek bir şey kalmıyor. Yapılar titreşimleri ölçen sensörlerle donatılacak. Gerilim tellerinin kopup kopmadığını ve nerede koptuğunu "duyabilirsiniz".

En ufak deformasyonları bile algılayan sensörler de mevcut. "Verilere dayanarak durumun stabil kalıp kalmadığını ya da kötüleşip tam bir kapatma gerekip gerekmediğini hızla belirlemek mümkün" diyor.

İsviçre'de de çok sayıda köprü ve istinat duvarı eskimişliklerini gösteriyor. ETH Zürih'te Malzemelerin Dayanıklılığı Profesörü olan Ueli Angst bu sorunu çok iyi biliyor. "Sadece yol altyapısında, aşınan yapıların önlenmesi ve onarımı yılda yarım milyar franktan fazla maliyete yol açıyor" diyor. Yaklaşımı, hasarı daha erken tespit etmek ve ideal olarak binanın ne kadar süre kullanılabilir kalacağına dair bir tahminde bulunmaktır.

Araştırmacı, standart prosedürün genellikle yılda bir kez yapılan görsel incelemeler olduğunu açıklıyor. Ancak dezavantajları da var. Birincisi, müfettiş korozyonun içeride çok ilerlemiş olduğu durumlarda, sadece dışarıdaki belirtileri görebilmektedir. İkincisi, test çok fazla personel gerektiriyor. Kapalı şeritler ve köprünün altını incelemek için de kullanılabilen çalışma platformu gibi özel ekipmanlar maliyetleri daha da artırıyor.

Ueli Angst liderliğindeki bir ekip, drone'larla birleştirilebilen tahribatsız ölçüm sensör sistemi geliştirdi. Binaların az eforla ve büyük engellere takılmadan denetlenebilmesini sağlar. Örneğin, bir drone bir köprü ayağına doğru uçuyor ve bir sensör kullanarak bir şebekedeki önceden belirlenmiş noktalardaki elektrokimyasal potansiyeli belirliyor. Araştırmacı, bunun korozyonun erken tespit edilmesini sağladığını söylüyor. Bu da tadilat maliyetini azaltır.

Drone'larla yapılan denetimler şu anda optimize ediliyor. Diğer yöntemler de halihazırda piyasaya sürüldü. Bunların arasında ETH'nin yan kuruluşu Duramon'a ait sensörler de yer alıyor. Bunlar betonun farklı derinliklerine yerleştirilerek düzenli olarak sıcaklık, nem, asitlik ve tuz içeriğini ölçüyor. Uzmanlar, verilerden yola çıkarak donatı çeliğinin saldırıya uğrayıp uğramadığını veya hala yeterince sağlam betonla çevrili olup olmadığını görebiliyor.

Ueli Angst'a göre temel araştırma işe yarıyor. "Artık yapıda korozyon riskinin artmasına ve büyük yenilemelerin gerekli olmasına ne kadar zaman kaldığını tahmin edebiliyoruz" diyor. Bu, örneğin yol yetkililerinin inşaat önlemlerine öncelik vermelerine ve mali kaynakları etkili bir şekilde kullanmalarına yardımcı olur. Sensörler hem yeni hem de mevcut binalarda kullanılabilir.

Geleceğe yönelik vizyonunda, kurulan sondajlardan ve insansız hava araçlarından gelen çeşitli ölçüm verileri birbirine bağlanacak ve ilgili binanın dijital ikizini oluşturmak için kullanılacak. "Mühendisler VR gözlükleri kullanarak sanal yapı içerisinde hareket ediyor; örneğin ölçülen değerlerin zaman içinde nasıl değiştiğini görebiliyor ve bunu risk altındaki alanları belirlemek için kullanabiliyorlar" diye açıklıyor. Yapay zeka yöntemleri aynı zamanda büyük miktardaki verinin etkili bir şekilde değerlendirilmesi konusunda da vaat veriyor.

Teorik olarak inşaat mühendislerinin korozyonla uğraşmak istemiyorlarsa bambaşka bir seçeneği daha var: Paslanmaz donatıyı kullanabilirler. Ancak paslanmaz çelik bunun için çok pahalıdır. Bir diğer alternatif ise karbon fiberdir.

Bunun pratikte nasıl göründüğünü Berlin Teknik Üniversitesi'ndeki bir test salonunda görmek mümkün. Burada Mike Schlaich liderliğindeki bir ekip bir yol köprüsünün maketini inşa etti. Açık alana konulduğunda boyutunun yarısı kadardır. Dışarıdan bakıldığında beton görünüyor, ancak içeride siyah karbon fiber demetleri geriliyor. Schlaich, bu tür yapıların fiyatının, özellikle geleneksel ön gerilimli betona kıyasla rekabetçi olduğunu belirtiyor.

"Birkaç ton ağırlığındaki ağırlıklarla iki milyon yük çevrimini simüle ettik ve deformasyonun ne kadar büyük olduğunu ve titreşim davranışının değişip değişmediğini ölçtük" diyor. Ona kalsa yarın da bu köprüler kurulabilir. Ancak bu yeni tip için bir standart bulunmaması nedeniyle inşaatçılar tereddüt etti. Sonra bireysel durumlarda sözde bir rıza gerekiyor ki, bu da zaman alıyor. Birçok kişi bu çabayı göstermekte isteksizdi.

Siyah liflerin, potansiyel olarak paslanacak çelik iskeletlerin yerini ne zaman ve nerede alacağı şu an için tahmin edilmesi zor bir konu. Dolayısıyla korozyon uzun bir süre daha inşaat sektörünün sorunu olmaya devam edecektir.

« NZZ am Sonntag »'dan bir makale