BORU MALZEMELERİ

ALTYAPI

Boru ailesinin atasını M.Ö.5000’li yıllarda Çin’de kullanılmaya başlanan içi oyulmuş ahşap ve ağaç (bambu gibi) borular teşkil eder. İlk kil boru örneklerine antik şehir Babil’de (M.Ö. 4000) rastlanılmıştır. Bakır boru tarihi M.Ö. 3000’lere dayanmaktadır (Mısır). Kurşun boru M.Ö. 2500’lere, mermer boru M.S. 300’lere uzanır. Bugün bile kullanımda olan dökme demir boruların (düktil demir borunun atası) tarihi 1500’lere uzanır. Beton borular 1840’lı yıllarda, düz yüzlü çelik borular 1880’lerde uygulamaya alınmıştır. İlk çelik takviyeli beton kompozit boru 1905 yılında üretilmiştir. 1920’li yıllar dikişli çelik boruların çevrime girdiği zamanı gösterir. İlk PVC boru fabrikası 1930’da kurulmuştur. Bir dönemin en popüleri olan asbest çimento boru üretimi 1940’lara dayanır. 1950’ler termoset plastik kompozitlerin (CTP) devreye girdiği dönemdir. İlk termoplastik yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE/HDPE) boru üretimi 1960’da gerçekleştirilmiştir. Düktil demir borular 1970’lerde yoğun olarak üretilmişler ve su iletiminin ana gereci olmuştur. Selüloz fiber takviyeli beton borular 1980’lerde devreye girmiştir (atıksu iletimi). Günümüzde küresel ticarete konu olan boru türleri malzeme yönüyle 10’ un katları mertebesindedir. Boruların sektörlere göre önem ve kullanım sıraları değişmektedir.

altyapi_boru-malzemeleri-1

1960’lı yıllarda metal ve alaşımlar tüketim oranlarıyla (toplamın % 65 –70’i) en büyük paya sahiptiler. Bugün bu oran %40’lara kadar düşmüş olup, diğer malzeme gruplarının (polimerler, seramikler ve kompozitler) oranı göreceli olarak artmıştır. Örneğin bugün PVC, polietilen ve polimer matrisli kompozit borular ve bağlantı elemanları; beton ve vitrifiye kil yanında dökme demir, çelik ve pirinç gibi rakiplerinin de yerini almaktadır. Su-atıksu boruları çapları ve kullanım yerlerine göre çeşitlilik gösterir. 20. yy.’ ın ikinci yarısında beton ve kil borular yoğun olarak kullanılmış olup dökme demir (kısmen düktil demir) ve beton borular ikinci sırayı almışlardır. Bu iki malzemeye 20. asrın son çeyreğinde başta PVC olmak üzere polimerik malzemeler eşlik etmeye başlamıştır. Bugün itibariyle PVC borular (diğer polimerlerle beraber) küçük çaplarda (100 mmaltı) birinci sırayı almışlardır. Nüfus büyüklüğü bize benzeyen Almanya’nın su-atıksu iletiminde bu üç malzeme için verilen tüketim rakamları örnek alınırsa önemli ipuçları elde edilir [2005 yılı yaklaşık değerleri ile vitrifiye kil boru (seramik): 200 bin ton, PVC boru (polimer): 250 bin ton, düktil demir boru (metal): 250 bin ton’ dur]. Bu sonuç Şekilde verilen seramik, plastik ve metalik malzeme göreceli önem ve kullanım oranları ile uyum içindedir. Ülkemizde kil boru üretimi ve tüketimi yoktur yerine takviyesiz beton borular (seramik) belediyelerce yoğun olarak kullanılmaktadır.

altyapi_boru-malzemeleri-2

Borular, üretim şekline (döküm, kaynak, ekstrüzyon vb.), fiziksel özelliklerine (geçmeli, dikişli, yivli vb.), kullanıldığı yerlere (su, atıksu, gaz ve petrol boruları vb.), akışkan durumlarına (basınçlı, cazibeli vb.) ve çaplarına göre (100’lük, 300’lük vb.) sınıflandırılmaktadırlar. En doğru ve geçerli sınıflandırma malzeme yapısına dönük olanıdır. Malzeme yapılarına göre borular 4 grupta ele alınabilir:

  1. Demir-çelik ve metal borular (çelik, düktil demir, bakır ve alaşımları gibi),
  2. Plastik borular (PVC, PE, YYPE/HDPE, PP gibi),
  3. Seramik borular (Beton, vitrifiye kil gibi),
  4. Kompozit borular (Takviyeli beton, CTP gibi).

Türkiye boru sektörü yıllık çift rakamlı bir hızla büyümektedir. Küresel üretimdeki ve ticaretteki payımız giderek artmaktadır. Üreticilerimizin pazar çeşitlemesi ve ürün çeşitlemesine gitmeleri zorunludur. Firmalarımız finans, teknoloji ve lobi güçlerini arttırmalıdırlar.

Boru malzeme seçimi; kazı şartları (jeolojik şartlar), korozyon, sıcaklık, güvenlik gerekleri ve maliyete bağlıdır. Ana boru karakteristikleri, korozyon direnci (iç ve dış), temizleme faktörü, sızdırmazlık ve hidrolik özellikleri kapsar.

Boru malzeme seçimi, toprağın yapısına ve yeraltı suyunun kimyasına göre olmalıdır. Bölgenin topografisi de borunun yerleşimini ve yerleşim derinliğini etkileyecektir. Aşağıda verilen listenin ışığında hangi borunun uygun olacağına karar verilebilir:

  1. Maksimum basınç koşulları
  2. Dinamik ve statik yükler, aşırı yüklenme
  3. Boru uzunlukları
  4. Toprak koşulları, toprak kimyası, topraktaki su seviyesi, toprağın kararlılığı
  5. Birleştirme malzeme gerekliliği
  6. Yerleştirme ekipman ihtiyacı
  7. Atık suyun fiziksel ve kimyasal özellikleri
  8. Bağlantı sıkılığı/güvenilirliği kontrolü
  9. Boyut aralığı değişim gerekliliği
  10. Saha ve atölye fabrikasyon durumları
  11. Kurulu sisteme uyumu
  12. Bacalar, küçük bacalar ve sistemdeki diğer yapıların durumu
  13. Vanalar (sayı, boyut ve maliyet)
  14. Korozyon/katodik koruma gerekliliği
  15. Tamirat ihtiyacı

Petrol, doğalgaz, su-atıksu iletimi yanında, otomotiv, kimya, inşaat, mobilya ve güç istasyonu gibi alanlar küresel boru talebini sürekli arttırmaktadır. Yukarıda verilen alanlarda kaydedilen büyüme, boru sektörüne de tümüyle yansır. Artan küresel ticaret ve şehirleşme ile artan altyapı gereksinimi de boru talebini arttırmaktadır. Eskiyen sistemlerinin onarım gereksinimi yanında yeni yatırımlar boru eksenli ihtiyacı büyütmektedir. Küresel ölçekte önümüzdeki 10 yıl boru talep artışı sürecektir. Fiyat aralığı, rekabet şartları ve girdi maliyetlerine bağlı kalacaktır.

Ekonomik özellikler, mekanik özellikler, mekanik olmayan özellikler, yüzey özellikleri, üretim özellikleri, estetik özellikler karşılaştırmada kullanılan başlıca ölçütlerdir. Ekonomik özellikler fiyat ve elde edilebilirliği içerir. Bir malzeme için en önemli özelliklerin başında bunlar gelir. Malzeme özellik bakımından ne kadar zengin olursa olsun elde edilmesi zor veya maliyeti çok yüksekse kullanılması mühendislik açısından akılcı olmaz. Mekanik özellikler ise sertlik, mukavemet, yorulma ve sürünme direnci gibi birçok özelliği kapsar. Boru malzemelerinin maruz kalacağı etkilere karşı optimum özellikte olması istenir. Yüzey özelikleri ve estetik değerler de boru seçiminde önemlidir. Özet olarak, yüksek mukavemet değeri, yüksek aşınma dayanımı, korozyona dayanıklılık, uzun ömür, sızdırmazlık, gaz ve sıvı geçirgenliğine direnç, hijyen, sıcağa dayanıklılık, sürünmeye dayanıklılık, yanmazlık, iyi ses yalıtımı, deprem/trafik yüklerine direngenlik, bakım gerektirmeme (veya az bakım), şebekelerdeki basınç oynamalarını tolere etme gibi özellikler içme su dağıtım şebekelerinde kullanılan borularda aranır.

Borulardaki maliyetlerin karşılaştırılmasında malzeme maliyetine ek olarak konstrüksiyon ve montaj maliyetlerini de dahil etmek gerekmektedir. Boru maliyeti genel olarak birim uzunluktaki maliyeti (ABD doları/metre) kapsar. Fiyata, fittingler, bağlantılar, birleştirmelerin maliyetleri de eklenebilir. Konstrüksiyon maliyetleri; kazı tipi gereksinimleri, özel alan ekipman ihtiyacı ve mevcut alanda bütçenin veya ödeneğin izin verdiği sistem değişikliklerine bağlı olacaktır. Baca ölçüleri boru boyutuna bağlı olduğundan boru sistemlerinin geçiş yerleri de önemli bir maliyet unsuru olacaktır.

Bugün gelinen noktada, her yönü ile mükemmel olan ve ticarileşen bir boru türü yoktur. Buna rağmen boru ailesinin herhangi bir üyesini çok mükemmel diyerek reklamlamak ve pazara sunmak rutin olmuştur ve yanlıştır. Tedarikçilerin sadece katalog bilgilerini referans alarak malzemeyi işletmeye almak, istenmeyen maliyet artışlarına yol açabilir. Her malzemenin artıları ve eksilerinin olduğu unutulmaması gereken bir gerçek olarak karşımıza çıkmaktadır.

Altyapı ve Kazısız Teknolojiler Derneği, boru malzemesi seçimi ve üretimi konusunda tüm üretici, kullanıcı ve araştırmacılara en uygun çözüm yöntemlerini sunmak için ulusal ve uluslararası çalışmalarını sürdürecektir.

Altyapı Yönetimi

a) Ömür çevrim analizi

Altyapı hizmetlerinin yenilenmesi pahalı ve emek yoğun bir iştir. Bu sebepten ötürü altyapı iletim hatlarının uzun servis sürelerine sahip olması istenmektedir. Mevcut hatlara uygulanan tamir, bakım ve rehabilitasyon uygulamaları ile bu sistemlerin kullanım ömürleri uzatılmaktadır. Hatların tamir-bakımı ve rehabilitasyonu için önceliklerin belirlenmesinde ömür çevrim analizi en önemli yaklaşımdır. Boru hattının kamuya olan maliyeti, bu hizmetlerin servis süreleri boyunca oluşan toplam maliyettir. Servis sistemlerinin kullanım süreleri boyunca yapılan tamir-bakım ve rehabilitasyon maliyetleri de bu toplam maliyetin içindedir. Buna bağlı olarak altyapı hizmetlerinin kurulumları kolay tamire ve rehabilitasyona imkân verecek şekilde dizayn edilmelidir. Böylece altyapı sistemlerinin servis süreleri boyunca toplam maliyeti minimuma düşürülebilir. Boru hattının ilk kurulum maliyetleri makul olabilmesine karşın maliyetli tamiratların sıklığı ve bundan dolayı ileri malzeme ve teçhizatların kullanımının gerekliliğinden dolayı kullanım ömrü üzerindeki toplam maliyet çok yükselecektir.

Boru hatları ve ilgili drenaj hizmetlerinin dizaynı, kurulumu ve rehabilitasyonu önemli bir mühendislik alanı olmaktadır. Bütün mühendislik bilimlerinde olduğu gibi bu alandaki projelerin hazırlanması malzemeye ve/veya sistem seçimine bağlı olarak yapılmalıdır. Hidrolik yapıların kurulumu esnasında farklı kriterlerin bir arada düşünülmesi doğru dizayn için önemlidir ve gereklidir. Bu kriterler; hidroloji, hidrolik esaslar, uzun kullanım ömrü, malzeme-mukavemet ilişkisi, standartlar-şartnameler, planlama, yönetim, kontrol, istatistiksel veriler ve toplam maliyettir. Hazırlanan projelerde genellikle ilk kurulum maliyeti göz önünde bulundurulur ve dayanımı yüksek ileri malzeme uygulamaları ihmal edilir. Sistemde oluşan hasarlara bağlı olarak uygulanacak tamir ve rehabilitasyon sonucu oluşacak maliyetler göz önünde bulundurulmaz. Netice olarak da mevcut sistemin servis ömrü boyunca oluşan toplam maliyet çok yükselecektir. Ömür çevrim analizinde ilk kurulum maliyeti, sistem ömrü boyunca toplam maliyeti oluşturan etkenlerden en az öneme sahip olanıdır.

b) Sosyal maliyet

Sosyal maliyet, bir projenin yürütülmesi için yapılan bütün eylemlerin yan etkisi şeklinde tanımlanabilir. Bu eylemlerdeki birçok kalem proje maliyeti olarak hesaplanmasına karşın bu hesabın içinde bulunmayan eylemler ve bu eylemlerin de bir maliyeti bulunmaktadır. Bu maliyetin tümü topluma yansımaktadır. Toplumsal maliyetin h cesaplanması kolay değildir. Örneğin sosyal maliyetin bir bölümünü projede kullanılacak malzeme ve ekipmanların taşınması oluşturmaktadır. Uygulanacak bir projenin topluma olan maliyeti de göz önünde bulundurulması gerekmekte olup en asgari düzeyde toplumun etkilenmesi sağlanmalıdır. Sosyal maliyeti oluşturan sosyal gruplar beş bölüme ayrılmıştır. Bunlar trafik, çevre, ticaret, endüstri, kentsel ve toplumsaldır.

Şekil. Altyapı rehabilitasyonlarında meydana gelen toplam maliyetler

Şekil. Altyapı rehabilitasyonlarında meydana gelen toplam maliyetler

Trafik açısından

Mevcut bir yolun bazı bölümleri veya tamamı kazı nedenli kesildiği zaman, trafikte aksamalar meydana gelecektir. Yolların kapalı olması nedeni ile trafik ara yollardan akacak ve böylece daha çok yakıt tüketimi olacaktır. Yol kenarlarında yürütülen projeler çeşitli kazalara da neden olabilir. Alternatif olarak kullanılan yollar geniş ve uzun süreli kullanıma elverişli olmadıkları için hasara uğrarlar. Yapılan bazı kazılarda ölümle sonuçlanabilecek çeşitli kazalar olabilir. Bu durumda oluşan maliyetler sosyal maliyete dâhil edilir.

Şekil. Altyapı hatlarının tamiri ile yolların hasar görmesi ve mevcut trafiğin aksaması

Şekil. Altyapı hatlarının tamiri ile yolların hasar görmesi ve mevcut trafiğin aksaması

Çevre açısından

Proje esnasında oluşan faktörler çevrenin de zarar görmesine neden olabilmektedir. Bu zararlar, ağaçların veya köklerinin kesimi, iş makinelerinin çevreye zararları, kazı sırasındaki suya karışan yabancı maddeler ve kullanılan araçların yakıt depolarında olabilecek sızıntı çevresel maliyeti oluşturmaktadır.

Ticaret ve endüstri açısından

Depolara veya fabrikalara giriş ve çıkışların kazılar nedenli durması finans ve emek kayıplarına neden olabilmektedir. Rehabilitasyon uygulaması esnasındaki kazı ve inşaat çalışmaları nedenli işletmelere girişin olmaması ticarette satış kaybı ve endüstride üretilecek ürün kaybına neden olabilmektedir.

Kentsel ve toplumsal açıdan

Altyapının kullanılamayacak duruma gelmesi ve buna bağlı olarak toplumun ve toplum hizmetlerinin etkilenmesi nedenli maliyettir. Örnek olarak açık kazılar, projenin tamamlanmasının ardından hasarlı yol yüzeyleri tamiratı için ilave kamusal maliyet oluşmaktadır.

Şekil. Mevcut altyapı rehabilitasyonları ile günlük aktivitelerin aksaması

Şekil. Mevcut altyapı rehabilitasyonları ile günlük aktivitelerin aksaması

Sağlık ve güvenlik

Altyapı rehabilitasyon stratejileri bölgesel yerlerin tamiratından astarlamaya ve yeni boruların eskisinin yerine yerleştirilmesine kadar çeşitlilik gösterir. İş güvenliği her yöntemde birincil önemli konudur. İnsan girişlerinin gerektiği uygulamalar bulunmakla beraber uzaktan kumanda ile kontrol edilen görüntüleme yöntemleri de mevcuttur.

İşçiler boru içinde çalışmak durumunda oldukları zaman belirli tehlikelerle karşı karşıyadır. Boru içinde çalışan işçinin güvenliği için takip edilmesi gereken adımlar belirlenmeli ve uygulanmalıdır. Çalışma başlamadan önce çalışılacak bölgenin tehlike potansiyeli araştırılmalıdır. Atık su hatlarının rehabilite edilmesinde kullanılan epoksi ve kimyasal sıvalarda kullanılan bazı maddeler insan sağlığını etkileyebilmektedir (stren gibi). Bu malzemeler deri ile temasları ve soluma olduğunda ciddi sağlık problemleri yaratabilmektedir. Hatta uzun süreli hastalıklara bile neden olabilmektedir. Boru hattında meydana gelebilecek toksik teması ve solumasının engellenmesi gerekmektedir. Bunun için koruyucu elbise kullanılması ve havalandırma koşullarının oluşturulması dikkate alınmalıdır.

Altyapı ve Kazısız Teknolojiler Derneği, altyapı sistemlerinin ve inşaat tekniklerinin gelişimi yönünde tüm üretici, kullanıcı ve araştırmacılara en uygun çözüm yöntemlerini sunmak için ulusal ve uluslararası çalışmalarını sürdürecektir.