Demiryolu

BALASTLI DEMIRYOLU HATLARINDA GEOGRID KULLANIMININ EKONOMIK AÇIDAN İNCELENMESI

Dünya genelinde bakıldığında balastlı demiryolu hatlarında geogrid malzeme kullanılarak altyapı ve balast tabakasının güçlendirilmesi uygulamalarının proje maliyetlerini düşürmek üzere ortaya çıktığı görülmektedir. Bunun başlıca sebebinin ilgili bölgelerde zemin koşullarının kötü olduğu, tasarım sonucu ortaya çıkan yüksek balast ve alt balast tabakalarının oluşturulması için gereken kırmataş malzemelerin temininin zorluğu ve ancak uzak bölgelerden temin edilebilmesi olduğu söylenebilir. Bu koşullarda nakliye masraflarından dolayı yapım maliyetleri de artmaktadır. Birim maliyet kıyaslamasında balast malzemesine göre daha pahalı olması beklenen geogrid malzemelerin birim ağırlıklarının daha düşük olması ve fabrikasyon ürünler olması sebebiyle istenilen kalitede ürün temini daha kolay olduğundan daha ekonomik çözümler olarak karşımıza çıkmaktadırlar.

Bu bildiride Amerika Birleşik Devletleri’nde Viktoria ve Rosenberg bölgeleri arasında yenilemesi yapılan 91 mil’lik demiryolu hattının günümüz fiyatları ile güncel yaklaşık maliyet hesaplaması ve geogrid malzeme kullanılmaması durumunda ortaya çıkacağı düşünülen yaklaşık maliyet hesapları yapılarak karşılaştırılacaktır. Daha sonra Türkiye’de benzer uygulama bulunmadığından, tasarım olarak hazırlanacak 100 kilometrelik balastlı bir demiryolu hattının alt balast tabakası altına geogrid güçlendirmesi yapılmış ve yapılmamış durumları için yaklaşık maliyet hesapları yapılarak karşılaştırılacaktır. Bu karşılaştırmada yapılması planlanan hatların balast ocağına 100 kilometre ve 300 kilometre mesafede olması durumları da ayrı ayrı düşünülerek balast temini mesafesinin maliyete olan etkisi gözlenecektir.

Uluslararası Uygulama Örnekleri

Ülkemizdeki uygulamaların aksine yurt dışında geosentetiklerin altyapı ve balast tabakası stabilizasyonunda uzun yıllardır kullanılmakta olduğu görülmektedir. Önceleri yalnızca geotekstil malzeme kullanılarak oturmaların düzenli olması, malzeme yapıları korunarak yapı ömrü uzatılmaya çalışılıyor olsa da günümüzde yapılan akademik çalışmaların etkisiyle alt yapı ve balast tabakalarına ve bu tabakalarının aralarına geogrid malzeme yerleştirilerek gerçekleştirilen örnek uygulamalar görülmektedir.

Öte yandan yurt dışında ön plana çıkan geogrid uygulamalarının da çoğunlukla uzun yıllar önce işletmeye açılmış hatlarda yenileme ve onarım çalışmaları kapsamında gerçekleştiği görülmektedir. Buna sebep olarak henüz geogrid malzemenin kullanılmadığı yıllarda imalatı yapılan hatların tamamen sökülerek yenilenmesi yerine, günümüzde yenilenme ihtiyacı duydukça bu uygulamaların yapılması gösterilebilir.[1]

A.B.D. Victoria – Rosenberg Arası Hat Yenileme Çalışmaları

2008-2009 yıllarında Güney Teksas’ta, Victoria-Rosenberg bölgeleri arası kullanımda olmayan 91 mil’lik bir demiryolu hattının(Bkz. Şekil 1) yeniden yapılması istenmiş, yapılan tetkikler sonucunda ilgili bölgede zeminin zayıf olduğu ve mevcut alt balast tabakasının kaybolduğu veya yıprandığı görülmüştür. Bu koşullar göz önünde bulundurularak normal yapım yöntemleri uygulanarak ilgili bölgede 12 inç (30 cm)’lik yeni bir alt balast tabakası oluşturulmasının gerektiği tespit edilmiştir. [2]

Şekil 1 Victoria – Rosenberg Arası Demiryolu Hattı

Kırmataş alt balast malzemesi söz konusu yenileme alanına en yakın Meksika veya Arkansas bölgesinden temin edilebileceği için oldukça yüksek bir nakliye maliyeti ortaya çıkmaktadır. Bu sebeple alternatif bir yöntem araştırılması yapılmış ve alt balast tabakasının altına Geogrid (Tensar BX1200) yerleştirilerek bir tasarım oluşturulmuş böylelikle tabaka kalınlığı 6 inç (15 cm)’e kadar indirilerek hem nakliye masraflarından ciddi bir düşüş sağlanmış hem de mevcut altyapı daha sağlıklı ve uzun ömürlü olacak şekilde yenilenmiştir.(Bkz. Şekil 2)[2]

Şekil 2 Viktoria – Rosenberg Demiryolu Hattında Yapılan Geogrid Serimi

Yapılan Yenileme Çalışmalarının Maliyet Açısından Değerlendirilmesi

Victoria-Rosenberg arası kullanıma kapalı halde bulunan 91 mil’lik bir demiryolu hattında gerçekleştirilen bu yenileme çalışmalarını maliyet açısından değerlendirmek üzere ihtiyaç duyulan veriler internet üzerinden yapılan araştırmalar ve yazışmalar ile edinilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri’nde bulunan büyük taşımacılık firmalarının nakliye fiyatları ve kırmataş ocaklarından alınan kırmataş maliyetleri göz önünde bulundurularak ilk yapım maliyetleri yaklaşık maliyet analizleri ile değerlendirmeye alınacaktır. Bu değerlendirme yapılırken aşağıdaki denklemden faydalanılacaktır.

F=MK+NK-MG-NG

Bakım ve ömür hariç ilk yapım maliyetinde edinilen fayda; (F)

Kırmataş maliyetlerinden edinilen kazanç; (MK)

Kırmataş nakliye maliyetlerinden edinilen kazanç; (NK)

Geogrid malzemelerin maliyeti; (MG)

Geogrid malzemelerin nakliye maliyeti; (NG)

  • Kırmataş maliyetlerinden edinilen kazanç(MK);

KCS firmasının bu projesinin değerlendirildiği kaynaklarda toplam kullanılan alt balast malzemesi miktarı 230,000 ton olarak verilmektedir. Bu bilgi ışığında geogrid ile güçlendirilen zeminde alt-balast tabaka kalınlığının %50 azaltılarak imalat yapıldığı belirtildiğinden toplam malzeme kazancı da yaklaşık olarak 230,000 ton olarak karşımıza çıkacaktır.

MK= 230.000 ton x 27$/ton = $6.210.000

  • Kırmataş Nakliye maliyetleri;

Bölgede yapılan çalışmalarda gerekli kırmataş malzemesi Cerro Colorado, Mexico ve Hatton, Arkansas bölgelerinden yük vagonlarıyla getirilmiştir. Her iki kaynak da en yakın oldukları Rosenberg’e yaklaşık 400 mil mesafede bulunmaktadır. Toplam malzeme tasarrufu 230.000 ton olarak alınacaktır.

Kömür taşımacılığı fiyatları 2009 verileri esas alınırsa raylı sistem ile malzemenin 1 ton’u yaklaşık olarak $0,014/mil’ a taşınmaktadır. [3]

Yapılmış olan çalışmanın yaklaşık kırmataş nakliye maliyeti kazanımı;

(NK)= 0,014$/ton*mil x 230.000ton x 400mil = $1.288.000

  • Geogrid malzemelerin maliyeti; (MG)

Geogridlerin demiryollarında kullanımı ile ilgili AREMA tarafından hazırlanan inceleme raporlarında 1 mil demiryolu için yapılan geogrid imalatının maliyeti $27,000 olarak verilmektedir. [4] Yapılan yenileme çalışması toplam 91 mil üzerinden yapıldığı ve bu maliyet verisi göz önünde bulundurulduğunda;

MG= 91mil x 27.000$/mil = $2.457.000

  • Geogrid malzemelerin nakliye maliyeti; (NG)

1 m2 geogrid malzemenin yaklaşık olarak 0,5 kg’a tekabül ettiği kabul edilmektedir. Toplam kullanılan toplam geogrid miktarı KCS firmasının bu projesinin değerlendirildiği kaynaklarda 237,000 m2 olarak verilmektedir.

Nakliye maliyetleri yukarıda belirtilen geogrid malzemesi kurulum dâhil fiyatı içerisinde yer aldığından bu maliyet ayrıca toplam maliyet hesabında değerlendirilmeye alınmayacaktır ancak bilgi karşılaştırması açısından hesabı yapılmıştır.

Bu durumda;

Toplam ağırlık = 0,5 kg/m2 x 237.000 m2 = 118.500 kg

Olarak karşımıza çıkmaktadır. Nakliye maliyetleri ise yük hesabıyla, agrega malzemesi ile aynı şekilde demiryolu ile ve vagonlarla taşınıldığı düşünülürse;

NG= Toplam Ağırlık x Birim Nakliye Ücreti x Kaynağa olan uzaklık = 118.5ton x 0,014$/ton*mil x 400mil = $663,6

Bütün bu veriler ışığında Viktoria–Rosenberg arasındaki 91 mil uzunluğundaki demiryolu hattının yenilenmesi projesinin yapım maliyetinde edinilen fayda;

F=MK+NK-MG

=$6.210.000 + $1.288.000 – $2.457.000 = $5.041.000

Olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu kazanım üzerinde yorum yapmak üzere projenin toplam maliyeti hakkında araştırma yaparsak, KCS Firmasının bu yenileme projesi için Federal Demiryolları idaresinden $100 milyon kredi başvurusunda bulunduğu görülmektedir. [5] Yaklaşık olarak 100 milyon dolar maliyete sahip olması düşünülen bir projenin yapımında tasarrufla kazanılan 5 milyon dolar, oldukça yüksek bir rakam olarak karşımıza çıkmaktadır.

Bunun yanı sıra demiryolu alt balast ve balast tabakasında geogrid kullanımının yapı ömrünü uzattığı ve bakım maliyetlerini düşürdüğü de göz önünde bulundurulmalıdır.  Bu durumda Viktoria–Rosenberg arasında yapılan bu yenileme çalışmasında geogrid malzemelerin kullanılması ile işletme maliyetleri için de karlı bir çözüm yolunun izlenmiş olduğu görülmektedir.

Türkiye’de Balastlı Demiryolu Hattının Geogrid Güçlendirme İle Oluşturulması

Ülkemiz demiryolu sektöründe geogrid malzeme ile balast ve alt balast tabakasının güçlendirme çalışmalarına ait mevcut bir uygulama bulunmamaktadır. Bu bölümde, ülkemiz koşullarına uygun olarak kendi kabullerimiz ile tasarladığımız bir demiryolu hattının geogrid malzeme ile güçlendirme uygulanarak ve güçlendirme uygulanmaksızın yalnızca balast malzemesi ile oluşturulması ve bu durumlar için yaklaşık yapım maliyetlerinin kıyaslaması yapılacaktır. Edinilen veriler ışığında bu uygulamanın ülkemizde yapılacak demiryolu inşaatlarında kullanılabilirliği değerlendirilecektir.

Türkiye’de yapılacak örnek bir demiryolu inşaatının yapım maliyetleri

Bu bölümde tasarlanacak örnek demiryolu projesi Oxford Üniversite’sinde oluşturulan ve şekil 3’de görülen deney düzeneğinin şartlarına sahip olduğu varsayımı yapılarak oluşturulacaktır.

Şekil 3 Oxford Üniversite’sinde gerçekleştirilen testler neticesinde oluşturulan tabakalar[1]

Bu örnek demiryolu kesiti uygulandığında, güçlendirme yapılmamış balast tabakası yaklaşık 30 cm yüksekliğinde olacak ve teşkil edilecek alt balast tabakası da yine aynı şekilde 30 cm olarak oluşturulacaktır. Geogrid malzeme ile güçlendirme yapılmış hat kesitinde ise, balast tabakası kalınlığı 23 cm’e ve alt balast tabakası kalınlığı ise 18 cm’e düşecektir.

Tasarımları yapılan demiryolu hattının maliyetlerinin karşılaştırılması

Optimum balast tabakası yüksekliğinin 25-30 cm olması göz önünde bulundurularak balast tabakası kalınlığı 30 cm olarak alınarak yapılacak tek hatlı, 1435 mm ekartman açıklığına sahip bir demiryolu hattının oluşturulması için gerekli balast miktarı Tablo 1 göz önünde bulundurularak hesaplanacaktır.

Tablo 1 Demiryolu hatları için gerekli balast miktarı[6]

Hat Tipi Hat Genişliği Dever Km’de Gerekli Balast
[mm] [mm] [ m3] [ton]
Tek Hat 1435 0 2100 3050
Tek Hat 1000 0 1320 1920
Tek Hat 1435 150 2260 3280
Çift Hat 1435 0 4640 6780
Çift Hat 1435 150 5700 8260

Bu tabloya göre ekartman genişliği 1453 mm olan, aliyman üzerinde çift hatlı bir demiryolunun yapımı için gerekli balast malzemesi miktarı 2100 m3 ve 3050 ton olmaktadır. Bu bilgiler ışığında 100 km’lik bir demiryolu inşaatı için gerekli balast malzemesi miktarı;

MB= 3050ton/km x 100km = 305.000 ton (210.000 m3) olacaktır.

Eğimsiz yapıda olan kesit hacminin yanı sıra daha ince daneli zemin barındırdığından balast tabakası ile aynı kalınlığa sahip alt balast tabakasının yaklaşık olarak balast tabakasıyla aynı ağırlığa sahip olacağı düşünülebilir. Bu kabul ile alt balast tabakası için gerekli olan malzeme,

MA= MB= 305.000 (210.000 m3) ton olacaktır.

Geogrid malzeme ile güçlendirme yapılması durumunda ise, balast tabakası kalınlığı

23 cm’e düşerken alt-balast tabakası kalınlığı 18 cm’e düşmektedir. Bu durumda 100 km hat için gerekli balast ve alt balast malzemesi miktarı yaklaşık olarak;

(MB)⃰ =  305000 / 30 * 23 = 283.000 ton

(MA)*= 305000 / 30 * 18 = 183.000 ton olacaktır.

Güçlendirme işlemi için alt balast tabakasının altında kullanılacak geogrid malzeme genişliği 2 metre olarak alınırsa, proje için kullanılması gereken toplam geogrid malzeme miktarı;

MG= 2 * 100000= 200.000 m2 olacaktır.

Projenin maliyetlerinin karşılaştırılması yapılırken hesaplaması yapılan bütün maliyetler göz önünde bulundurulacak ve her iki tasarımın da yaklaşık toplam maliyetleri hesaplanarak karşılaştırmaları yapılacaktır. Balast ve alt balast malzemelerinin nakliye ücretleri hesaplanırken TCDD ‘nin 2014 yılı içerisinde yayınladığı yük taşımacılığı ücret tablosundan faydalanılacak ve projenin balast, alt balast ocağına uzaklığı 100 kilometre ve 300 kilometrede olacak şekilde iki farklı mesafeye göre hesaplama yapılacaktır.

Güçlendirme için uygulanan geogrid malzeme için Tip 2 Geogrid malzeme seçilmiş, yaklaşık birim maliyeti 5,6 TL/m2 olarak alınmıştır.

  • Geogrid malzeme ile güçlendirme yapılmayan hat;

∑M= MB x FB + MA x FA + (MB + MA) x N

∑M: Güçlendirme yapılmayan hattın yaklaşık toplam maliyeti (TL)

MB: Güçlendirme Yapılmayan hatta gerekli balast miktarı (ton)

FB: Balast ocağında teslim balast birim fiyatı (TL/ton)

MA: Güçlendirme Yapılmayan hatta gerekli alt balast miktarı (ton)

FA: Balast ocağında teslim alt balast birim fiyatı (TL/ton)

N1: 1-150 km arası taşıma ücreti: 8,90 TL/ton

N2: 281-300 km arası taşıma ücreti: 22,38 TL/ton

∑M1= 610000 x (20 + 8,9) = 17.629.000 TL

∑M2= 610000 x (20 + 22,38) = 25.851.800 TL

  • Geogrid malzeme ile güçlendirme yapılmış hat;

(∑M)*= (MB)* x FB + (MA)* x FA + (MB + MA)* x N + MG x FG

(∑M)*: Güçlendirme yapılmış hattın yaklaşık toplam maliyeti (TL)

(MB)*: Güçlendirme Yapılmış hatta gerekli balast miktarı (ton)

(MA)*: Güçlendirme Yapılmış hatta gerekli alt balast miktarı (ton)

MG: Güçlendirme için gerekli geogrid malzeme miktarı (m2)

FG: Güçlendirme için kullanılacak geogrid malzeme birim fiyatı (TL/m2)

N1: 1-150 km arası taşıma ücreti: 8,90 TL/ton

N2: 281-300 km arası taşıma ücreti: 22,38 TL/ton

∑M1= 466000 x (20+8,9)+200000*5,6+100 x 8,9 = 14.588.290 TL

∑M2= 466000 x (20+22,38)+200000*5,6+100 x 22,38  =  20.871.318 TL

İlk yapım maliyetlerinde malzeme temini göz önünde bulundurularak hesaplaması yapılan 100 km’lik demiryolu hattının yaklaşık maliyetleri yukarıda görülmektedir.

Mevcut hesaplamalar neticesinde;

  • Agrega ocağına 100 km uzaklıkta olan 100 km uzunlukta bir demiryolu hattı projesinin, alt balast tabakası altına geogrid malzeme yerleştirilerek, 17.629.000 TL yerine 14.588.290 TL maliyetle, %17 karlılık oranı ile,
  • Agrega ocağına 300 km uzaklıkta olan 100 km uzunlukta bir demiryolu hattı projesinin ise, alt balast tabakası altına geogrid malzeme yerleştirilerek, 25.851.800 TL yerine 20.871.318 TL maliyetle ve yaklaşık olarak %20 karlılık oranı ile imalatının yapılabileceği ön görülmektedir.

Malzeme temini ve nakliye ücretleri göz önünde bulundurularak yapılan yaklaşık maliyet hesaplarına uygulama ücretlerini de yansıtmak mümkündür. Geogrid malzemelerin serimi balast tabakasının oluşturulması işlemine göre çok daha pratik bir işlemdir. Bu sebeple uygulama maliyetleri de balast ve alt balast malzeme uygulamalarına göre daha düşük olacak ve geogrid malzeme ile güçlendirme yapılarak imal edilen demiryollarının yalnızca balast ve alt balast malzeme kullanılarak oluşturulan demiryollarına göre karlılık oranları çok daha yüksek olacaktır.

SONUÇ

Geogrid malzeme kullanılarak altyapı ve balast tabakasının güçlendirilmesi uygulamalarının genel anlamda demiryolu projelerinde yapım maliyetlerini düşürmek üzere ortaya çıktığından önceki bölümlerde bahsetmiştik. Bu bilgi ışığında Amerika Birleşik Devletleri’nde Viktoria ve Rosenberg bölgeleri arasında kullanım dışı olan bir demiryolu hattı yenileme projesinde geogrid malzeme kullanılarak yapılan hat stabilizasyonu çalışması incelenmiştir. Bu proje için gerekli balast malzemesi ancak 600-700 kilometre mesafeden sağlanabildiğinden nakliye masraflarını ve dolayısı ile yapım maliyetlerini düşürmek üzere alternatif olarak geogrid malzeme kullanılmış ve balast tabakası kalınlıkları azaltılmıştır. Yapılan araştırmalarda, tüketilen balast ve geogrid malzemelerinin temin ve nakliye bedelleri ile geogrid kullanılmaması durumunda karşılaşılacak muhtemel maliyetler yaklaşık olarak hesaplanarak kıyaslamaları yapılmış ve geogrid malzeme kullanılarak yapılan iyileştirme çalışmasının toplam maliyette yaklaşık %5 düşüş sağladığı görülmüştür.

Ülkemizde demiryolu altyapısında geogrid malzeme kullanılarak balast tabakası kalınlıklarının azaltılmasına ait bir uygulama örneği olmadığından, tasarımsal olarak seçilen özelliklerde balastlı bir demiryolu hattında geogrid malzeme kullanılarak yapılacak iyileştirme çalışması ile balast tabakası kalınlığı düşürülmüştür. Güçlendirme işlemi öncesinde gerekli görülen balast tabakası kalınlığı akademik araştırmalarda ön görülen optimum balast tabakası kalınlıkları esas alınarak seçilmiş, daha sonra Oxford Üniversitesi’nde geogrid malzeme kullanılarak balast tabakası güçlendirme çalışmaları neticesinde saptanan tabaka kalınlıkları kullanılarak balast tabakası kalınlıklarındaki değişikliklere göre maliyet mukayeseleri yapılmıştır.

Yapılan bu çalışmada kullanılacak balast ve geogrid malzemelerinin proje sahasına 100 kilometre uzaklıktan temin edildiği varsayılarak yaklaşık temin ve nakliye fiyatları ile geogrid güçlendirme işlemi yapılmaması durumunda kullanılacak balast malzemesi maliyetleri kıyaslanmış ve geogrid malzeme kullanımının balast tabakası oluşturma maliyetinde yaklaşık %23 karlılık sağladığı görülmüştür. Daha sonra malzemelerin temininin proje sahasına 300 kilometre mesafeden yapılması durumu incelenmiş ve balast tabakası oluşturma maliyetinde yaklaşık %35oranında kar edinilebileceği görülmüştür. Bu tespit ile altyapısında geogrid güçlendirme uygulaması yapılacak demiryolu projesinin balast ocağına olan uzaklığının da yapım maliyetinde edinilen karlılık oranını etkilediği ve balast malzemesinin daha uzak mesafelerden temin edilebileceği projelerde geogrid malzeme kullanılarak edinilen kar oranının daha yüksek olacağı ortaya konulmuştur.

Kaynakça

[1]     Ay, İ. (2014). Geosentetik Malzemelerin Demiryollarında Kullanımı Ve Balast- Alt Balast Tabaka Kalınlıklarının Azaltılması.

[2]     <http://www.engr.utk.edu/mse/Textiles/Geotextiles.htm>, 2014

[3]     <http://www.eia.gov/coal/transportationrates/trend-coal.cfm>, 2014

[4]     Das, B. M., Penman, J., Anderson, P. R. (2006). R. P., Use of Geogrid in Subgrade-Ballast System of Railroads Subjected to Cyclic Loading for Reducing Maintenance, 1st International Conference on Railway Foundations.

[5]     <http://www.businesswire.com/news/home/20070605006151/en/KCS-Applies-RRIF-Loan-Rehabilitate-Important-Victoria#.U1zqsZ9ixF8>, 2013

[6]     Öztürk, Z.Arlı, V. (2006). Demiryolunda Koruyucu Tabakaların İşlevleri ve Uygulanma Prensipleri, International Railway Symposium.

İsmail Ay

1989 yılında Konya'da doğdu. 2011 yılında İTÜ İnşaat Mühendisliği bölümünde tamamladığı lisans eğitimi sonrasında, 2014 Ulaştırma Mühendisliği yüksek lisans programını, 2021 yılında Anadolu Üniversitesi Web Tasarım ve Kodlama ön lisans eğitimini tamamladı. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Ulaştırma Mühendisliği Doktora programı tez çalışmasına ve İstanbul Üniversitesi Adalet ön lisans eğitimlerine devam etmektedir. 2012-2018 yılları arasında İBB iştiraklerinden Metro İstanbul AŞ.'de, 2018-2020 Yılları arasında Etüt Proje şefi olarak görev aldığı İSPARK AŞ.’de görev aldı. 2020 yılı itibari ile, APCO Altınok müşavirlik hizmetleri bünyesinde, Gayrettepe ve Halkalı-İstanbul Havalimanı projesinde kontrol şefi olarak görev almaktadır.

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Göz Atın
Kapalı
Başa dön tuşu