Hidronik Isıtma Sistemli Asfalt Üstyapılarda Gömülü Boruların Farklı Tabakalarda Yer Aldığı Durumlarda Aşınma Tabakasında Meydana Gelen Gerilmelerin İncelenmesi

Year 2022, Volume: 22 Issue: 2, 324 - 331, 30.04.2022

Hüseyin Akbulut Lale Atılgan Gevrek

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1004772

Abstract

Asfalt betonu yollarda yüzeyde kar birikmesi ve buz oluşumunun önlenmesi için üstyapı içerisinde gömülü bir hidronik ısıtma sisteminin kullanılması geleneksel kar ve buz mücadelesi uygulamalarına alternatif olarak önerilmektedir. Hidronik ısıtma sistemleri, kaplama tabakasında biriken kar ve buzu eritmek için kaplama tabakası altına yerleştirilen bir boru şebekesinden ısıtılmış bir sıvıyı sirküle eder ve bu sayede yol yüzeyinin buzlanması önlenebilmektedir. Güvenilir ve ekonomik olarak uygulanabilir bir hidronik kar eritme sistemi için çeşitli parametrelerin değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada hidronik ısıtma sistemlerinin kullanıldığı esnek üstyapılarda trafik yükü sonucu meydana gelen gerilmeler ile hidronik ısıtma sistemi kullanılmayan esnek üstyapılarda trafik yükü sonucu meydana gelen gerilmelerin sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak karşılaştırılması yapılmıştır. Beş farklı hava sıcaklığında ve üç farklı giriş suyu sıcaklığı kullanılarak değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılan çalışmada gömülü boruların aşınma tabakası, binder tabakası, bitümlü temel tabakası ve alttemel tabakasında yer aldığı durumlarda, aşınma tabakasında meydana gelen gerilmeler incelenmiştir. Ek olarak sistem içinde kullanılan pe-x borularda trafik yükü sonucu meydana gelen gerilmeler de değerlendirilmiştir.

Keywords

Hidronik Isıtma Sistemleri, Buz Önleme, Gerilme Analizi, ANSYS

Investigation of Stress Occurring in the Wearing Layer in Cases of Embedded Pipes in Different Layers in Asphalt Pavements with Hydronic Heating System

Abstract

In order to prevent snow accumulation and ice formation on asphalt concrete roads, the use of a hydronic heating system embedded in the pavement is recommended as an alternative to traditional snow and ice fighting applications. Hydronic heating systems circulate a heated liquid through a pipe network placed under the pavement layer to melt the snow and ice accumulated in the pavement layer, thus preventing the road surface from icing. Various parameters need to be evaluated for a reliable and economically viable hydronic snowmelt system. In this study, the stresses that occur as a result of traffic load in flexible pavements where hydronic heating systems are used and the stresses that occur as a result of traffic load in flexible pavements without hydronic heating system are compared using finite element software. Evaluations were made using five different air temperatures and three different inlet water temperatures. In the study, the stresses occurring in the surface course were investigated when buried pipes are located in the surface course, binder course, asphalt base course and gravel base layer. In addition, the stresses that occur as a result of traffic load in pe-x pipes used in the system were also evaluated.

Keywords

Hydronic Heating System, Anti-icing, Stress Analysis, ANSYS

References

• Akbulut, H. ve Woodside, A. R., 2019. Traffic Safety and Unprotected Road Users in Low and Middle Income Countries. Jiciviltech, 1, 1-9.
• Akbulut, H., Gürer, C., Yıldız, A., Gevrek, L., 2018. Karayollarında Buzlanma Önleyici Sistem Olarak Jeotermal Enerjinin Kullanımı. Yayın Yeri: IV. Jeotermal Kaynaklar ve Doğal Mineralli Sular Sempozyumu ve Sergisi, Afyonkarahisar.
• Bağdatlı, M. E. C. ve Yıldırım, M. Ş., 2017. Karayolu Üstyapılarındaki Bozulmaların Bakım Maliyetlerine Etkisi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6, 102-111.
• Chen, M., Wu, S., Wang, H., Zhang, J., 2011. Study of Ice and Snow Melting Process on Conductive Asphalt Solar Collector. Solar Energy Materials and Solar Cells, 95, 3241-3250.
• Cheng, Y., Yu, D., Gong, Y., Zhu, C., Tao, J., Wang, W., 2018. Laboratory Evaluation on Performance of Eco-Friendly Basalt Fiber and Diatomite Compound Modified Asphalt Mixture. Materials, 11, 2400.
• Diallo, A. O., Akpınar, M. V., 2020. Mechanıstıc Responses Of Asphalt Concrete Overlay Over Joınted Plaın Concrete Pavement Usıng Fınıte Element Method. The Baltıc Journal Of Road And Brıdge Engıneerıng, 15, 80-93
• Falchetto, A. C., Moon, K. H., Wang, D., Riccardi, C., Wistuba, M. P., 2018. Comparison of Low-Temperature Fracture and Strength Properties of Asphalt Mixture Obtained from IDT and SCB Under Different Testing Configurations. Road Materials and Pavement Design, 19, 591-604.
• Fay, L., Volkening, K, Gallaway, C., Shi, X., 2008. Performance and Impacts of Current Deicing and Antiicing Products: User Perspective versus Experimental Data. Presented at 87th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington D C., 08-1382.
• Feng, J., Yin, G., 2019. Thermal Analyses and Responses of Bridge Deck Hydronic Snow Melting System. Advances in Civil Engineering, Article ID 8172494, 14.
• Houssain, S. M. K., 2014. Optimum De-Icing and Anti-Icing for Snow and Ice Control of Parking Lots and Sidewalks. The degree of Doctor of Philosophy in Civil Emgineering. The University of Waterloo, 186. Canada.
• Hunter, R. N., Self, A., Read, J., 2015. The Shell Bitumen Handbook (Sixth Edition). ICE Publishing, 514.
• Liu, P., Wang, D., Oeser, M., 2017. Application os Semi-Analytical Finite Element Method to Analyze Asphalt Pavement Response Under Heavy Traffic Loads. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 4, 206-214.
• Mirzanamadi, R., Hagentoft, C. E., Johansson, P., Johnsson, J., 2018. Anti-icing of Road Surfaces Using Hydronic Heating Pavement With Low Temperature. Cold Regions Science and Technology, 145, 106-118.
• Özcanan, S. ve Akpınar, M.V., 2014. Esnek Üstyapılarda Kritik Tekerlek ve Aks Konfigürasyonların Mekanistik Analizlere Göre Tespit Edilmesi. İMO Teknik Dergi, 25, 6625-6654.
• Sun, Y., Wu, S., Liu, Q., Hu, J., Yuan, Y., Ye, Q., 2018. Snow and İce Melting Properties of Self-Healing Asphalt Mixtures with İnduction Heating and Microwave Heating. Applied Thermal Engineering, 129, 871-883.
• Tan, Y. Q., Kang, F. Y., Liang, L. Y., Chi, Z., 2018. Responses of Snow-Melting Airfield Rigid Pavement Under Aircraft Loads and Temperature Loads and Their Coupling Effects. Transportation Geotechnics, 14, 107-116.
• Tan, Y., Zhang, L., Xu, H., 2012. Evaluation of Low-Temperature Performance of Asphalt Paving Mixtures. Cold Regions Science and Technology, 70, 107-112.
• Taşdemir, Y. ve Ağar, E., 2005. Bitümlü Kaplamalarda Düşük Sıcaklık Çatlaklarının İncelenmesi. İtü dergisi/d mühendislik, 4, 59-70.
• Taşdemir, Y., 2003. Bitümlü Kaplamaların Termal Davranışının Performans Testleri İle İncelenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul, 237.
• Tunç, A., 2004. Kaplama Mühendisliği ve Uygulamaları. Asil Yayınevi, 1.Baskı, Ankara.
• Wang, H., Zhao, J., Chen, Z., 2008. Experimental İnvestigation of İce and Snow Melting Process on Pavement Utilizing Geothermal Tail Water. Energy Conversion and Management, 49, 1538–1546.
• Xu, H., Tan, Y., 2015. Modeling and Operation Strategy of Pavement Snow Melting Systems Utilizing Low-Temperature Heating Fluids. Energy, 80, 666-676.
• Ye, Q., Su, X., Chen, F., Shang, P., Jiao, H., 2018. Analysis of the Mechanical Properties of the Snow Self- Melting Pavement. AIP Conference Proceedings, 1995, 1, 020002.
• Zhu, X., Zhang, Q., Chen, L., Du, Z., 2021. Mechanical Response of Hydronic Asphalt Pavement Under Temperature–Vehicle Coupled Load: A Finite Element Simulation and Accelerated Pavement Testing Study. Construction and Building Materials, 272, 121884.
• Zeng, H., 1995. On The Low Temperature Cracking of Asphalt Pavements. TRITA-IP FR 95-07. Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 167.
• İnternet Kaynakları 1.https://www.firat.com/cmsfiles/certificates/9896/pex-metal-brosuru.pdf, (14.01.2021)