Kendini Onaran Beton Yollar
Yolların sürekli onarılmaya ihtiyacı varmış gibi görünüyor. Luna Lu, betona “konuşma” ve hatta kendi kendini iyileştirme yeteneği veriyor.
Lu’nun Purdue Üniversitesindeki laboratuvarı, beton kaplamalı köprü ve otoyolların onarıma ihtiyaçları olduğunda bunu daha iyi belli etmelerini ve potansiyel hasara yanıt veren malzemelere sahip olmalarını sağlayacak bir teknoloji geliştiriyor.
Purdue Üniversitesi Lyles İnşaat Mühendisliği Fakültesinde doçent olan Lu, “Yapay zekâ ve büyük verilerden yararlanan malzeme ve sensörler kullanarak altyapıdaki sorunları nasıl ele alabileceğimize bakıyoruz. Fikir, altyapıyı uyarlanabilir, sürdürülebilir ve dayanıklı hâle getirmektir.” diyor.
Amerikan Karayolu ve Ulaştırma Üreticileri Derneğinin 2020 tarihli raporuna göre, ABD’deki köprülerin üçte birinden fazlasının onarıma ihtiyacı bulunuyor. Örneğin, yeni betonun yoğun trafik almaya ne zaman hazır olacağı hakkında daha iyi bir fikir edinmek, yolların çok erken açılmasından kaynaklanan çatlakları önleyebilir. Çatlakların önlenmesi, betonu yenisiyle değiştirmek için yapılacak daha az onarım projesi anlamına geliyor ve bu da genellikle bu projelerden kaynaklanan trafiği azaltacaktır.
Lu, 2019 yılında Indiana Ulaştırma Başkanlığı ile iş birliği yaparak laboratuvarının geliştirdiği sensörleri Indiana’da bulunan üç kara yoluna yerleştirdi. Bu kara yolları, Indianapolis yakınlarındaki Interstate 465, Plainfield yakınlarındaki I-70 ve Batesville yakınlarındaki I-74’tür.
Sensörlerden gelen veriler, yeni bir kaplama veya yama projesinden sonra trafiğin açılması için en iyi zamanı tavsiye etmeye ve betondaki gelişmeyi sürekli olarak izlemeye yardımcı oluyor. Lu’nun ekibi, bu beton sensörlerini diğer eyaletlerde de uygulamaya koymak için Federal Karayolu İdaresi ile birlikte çalışıyor.
Betonu konuşturmanın yanı sıra, Lu ve laboratuvarı, betonun kendini onarabileceği bir yöntem geliştiriyor. Kendi kendini onaran beton, sert kışlar süresince özellikle faydalı olacak. Orta Batı ABD’de sert kış koşullarında yollardaki beton sürekli bir donma ve erime döngüsündedir. Sıcaklık O ℃ altına düştüğünde, yol yüzeyindeki su molekülleri donar ve genişleyerek betonu çatlatır. Bu çatlaklar birkaç kış sonrasında yarıklara yol açar.
Lu’nun laboratuvarı, beton karışımına eklemek için “iç kür malzemeleri” adı verilen oldukça geçirimli, kum benzeri malzemeler üzerinde araştırmalar yapıyor. Beton çatladığında, kür malzemeleri suyu emer ve bu suyla kimyasal reaksiyonları besler. Bu reaksiyonlar çatlağı kapatan, betonu “iyileştiren” katı maddeler üretir. İyileştirme işlemi aynı zamanda suyun betona sızarak çelik veya çubuk donatıları aşındırmasını da önler.
Amerikan Beton Kaplama Derneği üyesi ve Beton Kaplama ve Malzeme Bilimi araştırmacısı olan Lu, “Bu kendi kendini iyileştiren malzemeleri kullanarak, altyapıları sıcaklık değişimine uyumlu bir hâle getirebiliriz.” diyor.
Lu ve diğer araştırmacılar, akıllı altyapının insan davranışını nasıl etkileyebileceğini ve ona nasıl uyum sağlayabileceğini düşünüyor.
Lu, “Trafik her zaman yön ile ilgilidir. Basmakalıp bir çözüm olarak, fazladan şerit eklemek düşünülebilir, ancak yapay zekâ ve büyük veriler az kullanılan bir şeridi belirleyebilir ve trafiği bu yöne kaydırabilir. Fazla şerit eklemeden trafiğin daha iyi kontrol edilmesini sağlayacak bir teknoloji geliştiriyoruz.” diyor.
Akıllı altyapı yeni bir alan. Lu, diğer üniversitelerle ortaklıklar yoluyla, bu tür bir altyapıyı büyük ölçekte sağlamak için gereken araştırmacı ve kaynakları bir araya getirmek için çalışıyor.
Lu, Purdue Üniversitesinden araştırmacıların uzmanlıkları ile malzeme, algılama ve yapay zekâ gibi çeşitli disiplinleri birleştiren Akıllı Altyapı Merkezini yönetiyor. Ayrıca birkaç devlet ulaşım dairesi ile ortaklık kurarak ilk Orta Batı akıllı altyapı konsorsiyumunun kurulmasına yardımcı oluyor.
Lu, “Birlikte, altyapıyı daha güvenli ve esnek hâle getirmenin en iyi yollarını belirlemek için daha da fazla veri çekebiliriz. Gelecekte altyapıdaki güvenlik açıklarını gösteren algoritmalar geliştirebiliriz ” diyor.
