Yaşam Süreci Değerlendirmesi

LCA (Yaşam süreci değerlendirmesi) bir ürünün kullanım ömrü boyunca çevresel etkilerinin ölçülmesinde kullanılmaktadır. LCA ürünün yaşam ömründe kaynakların elde edilmesinde başlayarak, üretime, kullanmaya, geri dönüşüme ve atıkların imhasına kadar olan süreci dikkate alır. LCA araştırmaları diğerlerini yaratmadan çevresel sorunların engellenmesini amaçlar. LCA’nın şartları ISO 14040:2006 ve ISO 14044-2006’dır. LCA çalışmaları çeşitli amaçlarla kullanılan ürün veya sistemlerin çevresel etkilerinin karşılaştırılmasında da kullanılmaktadır. Örneğin inşaat mühendisliği projelerinin tasarımında iki değişik çözüm karşılaştırılarak çevresel etkisi daha az olan proje seçilebilir

Karbon Ayakizi

Karbon ayakizi Birleşik Krallık Karbon Güvenliği (UK Carbon Trust) tarafından kişiler, organizasyonlar, olaylar ve ürünler yüzünden dolaylı veya doğrudan oluşan Karbon Salınım Emisyonlarının ölçümü için tanımlanmıştır.

Ayakizi, Karbon Salınımı Emisyonları Kyoto Protokolü’nde altı madde olarak dikkate alınmaktadır: karbondioksit (CO₂), metan (CH₄), Nitrojenoksit (N₂O), hidroflorkarbonlar (HFCs), perflorkarbonlar (PFCs), ve sülfürhekzaflorüd (SF₆).

Birleşik Krallık’ta karbon ayakizi ton/karbondioksit eşitliği ile ölçülür. Ton/Karbondioksit değişik karbon gazı salınımlarının karşılaştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bu birim bahsedilen 6 değişik gazın 100 yıllık ısıtma potansiyeli ile çarpılması ile elde edilir.

Birleşik  Krallık iki tip karbon ayakizi tanımlamaktadır:

1. Organizasyonel karbon ayakizi; bir organizasyonun binalarının, endüstri komplekslerinin ve şirket araçlarının aktivitelerinden kaynaklanan emisyonlar.

2.   Tüm kullanım ömrü ve üretimi boyunca bir ürünün yeniden kullanımı, geri dönüşümü veya imhası esnasında ortaya çıkan emisyonlar.

Lakin bu aynı zamanda inşaat mühendisliği yapısında ele alınabilir ve geosentetiklerin kullanıldığı sürdürülebilir kalkınma özellikleri ile geosentetiklerin kullanılmadığı konvansiyonel olmayan çözümlerin karşılaştırılmasında kullanılabilir. Alternatif tasarımların ve inşaat tekniklerinin karbon ayakizi üzerindeki etkisinin anlaşılması inşaat mühendisliğinde geosentetiklerin avantaj sağlayıp sağlamayacağının kontrol edilmesini sağlayabilir.

Alternatif tasarımın karbon ayakizinin ve inşaat tekniğinin potansiyelini anlamak için çeşitli yöntemler vardır. UK’de  WRAP tarafından geosistemlerin (kompozit çalışma sistemleri veya geosentetik içerenlerin) daha geleneksel olan ve betonarme – çelik kullanılan sistemlere göre faydalı olup olmadığı araştırıldı. Çalışmanın amacı geosistem-tabanlı çözümlerin geleneksel tasarımlardan daha az karbon salınımına sebep olup olmadığının incelenmesi için yapıldı. Bünyesel karbon ( veya karbondioksit) inşaat mühendisliği uygulamalarında kullanılan malzemelerin taşınması ve üretiminden kaynaklanan kümülatif enerjinin ve karbon emisyonlarının ölçüsüdür. Betonda bulunan bünyesel karbon mesela; çimento ve agrega bileşenlerinin betonla gerçekleştirdiği özümleme, işleme ve ulaştırma işlemleri ile araziye ulaştırılmasından kaynaklanmaktadır.

WRAP araştırması çeşitli inşaat mühendisliği projeleri için geleneksel yöntemlerle üretilen ve geosentetiklerin kullanıldığı projeleri karşılaştırmaktadır. WRAP raporunda verilen örnekler Tablo 1’de anlatılmaktadır.

Tablo 1

TANIMLAR	CO2 azalımı
	Atık	Dolgu	Yapı	Toplam
1.Çevresel set Orijinal tasarım: Taş getirilmesi ve ağırlık sepeti sistemi Geosentetik tasarım: Saha zemininde güçlendirilmiş zemin kullanımı	100%	67%	96%	87%
2.Yol set Orijinal tasarım: Ayakizini azaltmak için taş getirilmesi Geosentetik tasarım: Saha zemininde güçlendirilmiş zemin kullanımı	58%	36%	Artış	31%

Ürünlerin karbon ayakizi BSI-Karbon Güvenliği- Gıda ve Çevre Departmanı tarafından hazırlanan PAS 2050 (Ref 4) metodu ile hesaplanmıştır.

PAS 2050 karbon ayakizi hesaplamasında temel teşkil etmektedir. Metodoloji ile üretim, modifikasyon, ulaştırma, depolama, kullanma, servis etme, geri dönüşüm veya imha süreçleri için emisyonları hesaplamaktadır.

Ölçümler tedarik zincirinin temel kaynaklarının tanımlanmasını, emisyon azalımı ve düşük karbonlu ürünlerin geliştirilmesi için kullanılmaktadır. Ölçümler aynı zamanda inşaat mühendisliği uygulamalarında geosentetik malzemelerin kullanıldığı veya kullanılmadığı durumların karşılaştırılmasını sağlamaktadır. 

Avrupa Birliği Karbon Salınımı Politikaları

Avrupa Birliği Karbon Salınımı Politikaları

Kyoto Protokolü’nü 1997’de imzalayan 15 AB üyesi 2012’ye kadar karbon salınımını 1990’daki seviyeden %8 azaltmayı kabul etti. AB ek protokollerle daha sonra bu oranı %13’e kadar çıkarmayı planladı. 2020 hedeflerini belirlediler:

·         %20 daha az karbon salınımı (1990 seviyesine göre)

·         %20’ye çıkmış yenilenebilir enerji oranı

·         %20 daha az enerji tüketimi

Geoteknik ve Sürdürülebilirlik

Son 20 yılda mevcut kalkınma modelinin sürdürülemez olduğu anlaşılmıştır. Bir başka deyişle olanaklarımızın ötesinde yaşamaktayız.

Sürdürülebilir kalkınmanın amacı gelecek nesillerin yaşam kalitesini etkilemeden; bütün dünya insanlarının temel ihtiyaçlarının karşılanmasını ve daha iyi bir yaşam kalitesi elde etmektir. Birleşik Krallık hükümeti çalışmalarını dört alana odaklamaktadır:

·         İklim değişimi ve enerji

·         Doğal kaynakların korunması ve çevre iyileştirmesi

·         Sürdürülebilir tüketim ve üretim

·         Sürdürülebilir topluluklar

Daha sürdürülebilir kalkınmanın sağlanması yaşanmakta olan iklim değişiminin derecesini belirleyecektir.  İklim değişimi geçmişte uygulanan karbon salınım emisyonları yüzünden kaçınılmaz olsada; iklim değişiminin çevre, ekonomi ve toplum üzerindeki etkilerini değiştirmek için gelecekte karbon salınım emisyonlarının düşürülmesi gerekmektedir.

Geoteknik Mühendisliği ve Sürdürülebilirlik

Hemen hemen tüm projelerde olduğu gibi sürdürülebilir kalkınma için geoteknik mühendisliğinde de proje hedeflerini gerçekleştirme ile sürdürülebilirliği sağlamada görüş ayrılıkları vardır. Minimum çevresel etki ve yüksek katma değerin ( ekonomik ve sosyal ) hedeflendiği bir çağda, tüm mühendisler sürdürülebilir gelişmeye özellikle dikkat etmelidirler. Bununla birlikte geoteknik mühendisliği sürdürülebilirlik referanslarının şekillenmesi ve sağlanmasında kritik role sahip olmasından dolayı geoteknik uygulamalar maksimum kazanç sağlanırken inşaat projesinin etkilerinin azaltılmasını sağlayabilecektir. Lakin geoteknik dünyasında değişim için hala bir direnç ve gönülsüzlük mevcuttur. Bu makalede sürdürülebilirliğin geoteknik mühendisliği açısından önemine değinilmektedir.

Anahtar kelimeler: Sürdürülebilirlik, geoteknik, geoteknik mühendisliği, çevre.

GEOTEKNİK MÜHENDİSLİĞİNDE SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK NEDEN ÖNEMLİDİR?

İnşaat mühendisliği uygulamaları hem kaynak hem yakıt tüketimine yol açmaktadır. İnşaat sanayii her yıl küresel enerji kaynaklarının ve kum,çakıl ve taş kaynaklarının %40’ını tüketmektedir (Dixit ve diğ., 2010) . İnşaat faaliyetleri iklim değişimine, ozon hasarına, toprak erozyonu ile hava ve su kirlililiğine yol açmaktadır (Kibert 2008). Geoteknik inşaat projeleri sadece yukarıda değinilenleri etkilemekle kalmayıp aynı yüzlerce yılda şekillenen yeryüzü tabakalarında değişimler ile toplumların sosyal ve etik değerlerini de etkilemektedir. Bundan dolayı geoteknik uygulamalar sürdürülebilir gelişmenin sağlanması açısından sosyal, çevresel ve ekonomik faktörler ile ilişkilidir.

Sürdürülebilir gelişme mevcut ve gelecek kuşakların yaşam kalitesini geliştirmeyi amaçlamaktadır. En çok kullanılan sürdürülebilirlik tanımlamasına göre (Brutland Raporu, 1987); sürdürülebilir gelişme insanların potansiyellerinin farkına varmalarına ve yaşam kalitelerini arttırmalarına eş zamanlı olarak dünyanın yaşam destek sistemlerinin korunması, arttırılmasıdır. Sürdürülebilir gelişmeyi tanımlamanın bir diğer yolu da ekonomi, çevre ve insanların olduğu   bir üçlüdür.

Son elli yılda sürdürülebilir gelişmeyi sağlamak için yeni çözümler geliştirilmeye çalışılmıştır. Birleşmiş Milletler Çevre ve Gelişme (UNCED) Konferansı’nda ( Rio d Janeiro, 1992) 179 devlet Agenda 21’i imzalamıştır. Bu tarihten sonra sürdürülebilir gelişme pek çok ülkeyi kapsayan politik bir hedefe dönüşmüştür.

Günümüz toplumunun karşılaştığı zorluklar oldukça karmaşıktır ve sürdürülebilir gelişmenin dikkate alınmamasının pek çok neticesi vardır. Sürdürülebilir gelişmede karşılaşılan zorluklara dikkat çekmek için toplumun bütün kesimlerini kapsayan küresel ve yerel angajmanlara ihtiyaç vardır. Mesela inşaat mühendisleri toplumda altyapı, ulaşım ve binalardan sorumlu oldukları için kilit bir role sahiplerdir. Faaliyetlerinde sürdürülebilir gelişmeyi dikkate almaları olumlu sonuçlara yol açarak yol gösterici olabilir.

Geoteknik mühendisleri, doğrudan inşaat mühendisliği ile bağlantılı olarak sürdürülebilir gelişmede önemli bir rol oynayabilirler. Geoteknik mühendisliği projelerin ilk safhalarından itibaren çevresel etkileri azaltarak ve sosyoekonomik değerler yaratarak sürdürülebilirlik açısından büyük bir potansiyele sahiptir. Geoteknik mühendisliğinin sürdürülebilir gelişmeyi nerede ve nasıl etkileyebileceğini anlamak önemlidir.

Geoteknik mühendisliği inşaat sanayii’nin önemli bir kısmı olmasından dolayı sürdürülebilir gelişmede büyük etkiler sağlayabilecek bir potansiyele sahiptir. Geoteknik işleri büyük miktarda enerji kullanarak büyük miktarda zeminin yer değiştirmesinden ile dikkate değer miktarda doğal kaynak ve insan gücü kullanımından sorumludur (Jefferis;2005).  Geoteknik mühendisleri ulaşım, altyapı ve bina projeleri için yeryüzünün değiştirilmesinden ve yer seçiminden sorumlu olmalarından dolayı; tabii çevre ve su kaynakları üzerinde büyük bir etkiye sahiplerdir. Geoteknik mühendisliğinde sürdürülebilirliğe dikkat çekmek inşaatlarda sürdürülebilirliği sağlamak için ana koşuldur. İnşaat zincirinde ilk halka olmasından dolayı geoteknik mühendisliği inşaat kaynaklı zararlı etkilerin azaltılmasında ve çevresel etkilerin azaltılmasında büyük bir potansiyele sahiptir.

Geoteknik ve Geosentetiklerin Kullanımı İle Karbon Ayakizi Azalımı Örnekleri

Son yıllarda inşaat mühendisliği projelerinde geosentetiklerin kullanılmasının karbon ayakizini azaltması hakkında yayınlanan makaleler artmıştır.

WRAP raporlarından altı durum geçmişi geoteknik mühendisliği projelerinde CO₂  salınımının azaltılmasının hesaplamalarını göstermektedir. Örnek durumlar tablo 1 a ve 1b de görülmektedir.

Tablo 1

TANIMLAR	CO2 azalımı
	Atık	Dolgu	Yapı	Toplam
1.Çevresel set Orijinal tasarım: Taş getirilmesi ve ağırlık sepeti sistemi Geosentetik tasarım: Saha zemininde güçlendirilmiş zemin kullanımı	100%	67%	96%	87%
2.Yol set Orijinal tasarım: Ayakizini azaltmak için taş getirilmesi Geosentetik tasarım: Saha zemininde güçlendirilmiş zemin kullanımı	58%	36%	Artış	31%

Setler ve toprak dolgular

WRAP durum geçmişinde ilk örnekte (Tablo 1) atıklarda bünyesel CO2 %100 azaltılmıştır. Bu kötü zeminlerin sahadan uzaklaştırılmak yerine zeminin geosentetik malzemelerle birlikte yeniden kullanılması (genelde dolgularda) ile sağlanmaktadır.

Orijinal tasarımda zeminin sahadan uzaklaştırılmasına ek olarak granüler dolgu için ham agrega da getirilmesi gerekmekteydi. Geosentetik çözüm saha dolgusunun kireçle sahada modifiye edilmesi ile bünyesel karbondioksitin % 67 azalmasını sağladı.

Bu durum geçmişinde, yapısal bileşen orijinal kum sepetinden geosentetik donatıya dönüştürüldü ve bu da bünyesel karbondioksitin %96 azalmasını sağladı. İncelenen tüm altı durum geçmişi içinde en büyük karbondioksit azalımı %87 ile bu durum için gözlemlendi.

İkinci WRAP durum geçmişi (Tablo.1’de 2)’ da görülmektedir. Orijinal tasarımda köşeli kırmataş toprak dolgu için kullanılacaktı ve killi malzemenin sahadan uzaklaştırılması gerekmekteydi. Revize edilmiş tasarımda sahada bulunan killi zeminin geogrid donatı eklenerek dolgularda kullanılması sağlandı. Bu projede kazı miktarının çokluğu nedeniyle atık malzemelerde yalnızca %58 karbondioksit azalımı sağlanabildi.

Geosentetik malzemelerin dolgularda kullanılması bünyesel karbondioksitte artmaya neden oldu çünkü orijinal dolgu tasarımında böyle bir malzeme dikkate alınmamıştı. Lakin geogrid donatı ve yeniden kullanılan kilin sayesinde bünyesel karbondioksit %31 azaldı.

Duvarlar

Sıradaki iki WRAP durum geçmişi (Tablo 2’de 3 ve 4) güçlendirilmiş betonarme duvarların ikiside geosentetikler ile güçlendirilmiş ızgara duvar ve modüler blok duvar ile değiştirilmesi ile elde edilmiştir.

Tablo 2

TANIMLAR	CO2 azalımı
	Atık	Dolgu	Yapı	Toplam
3.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Betonarme istinat duvarı Geosentetik tasarım: Izgara dayanma duvarı	73%	73%	70%	70%
4.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Betonarme istinat duvarı Geosentetik tasarım: Modüler blok duvar	100%	100%	81%	85%
5.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Palplanş duvar Geosentetik tasarım: Çelik şerit donatılı zemin	-	-	84%	84%
6.İstinat duvarı Orijinal tasarım: Boşluklu beton blok drenaj Geosentetik tasarım: Geokompozit drenaj	-	Artıl	82%	73%

Birinci durumda (3) atıkların sahadan uzaklaştırılması ve uygun dolgu malzemesinin getirilmesi ile %73 CO₂ azalımı sağlanmıştır. Ek olarak geleneksel güçlendirilmiş betonarme duvar yerine geosentetikle güçlendirilmiş ızgara duvar kullanımı ile bünyesel CO₂ bu projede %70 azalmıştır.

İkinci durumda (4), modüler blok duvar kullanımı ile %100 bünyeselem CO₂ azalımı sağlanmıştır. Çünkü bu tasarımda orijinal tasarımdan farklı olarak atık ürün uzaklaştırılması ve dolgu malzemesi getirilmesi gerekmemektedir.

Bu durum orijinal dolgu malzemesinin kullanışsız olduğunun ve yüksek dereceli dolgu malzemesinin getirilmesi gerektiğinin varsayılmasından kaynaklanmaktaydı. Geogrid donatıların ve modüler blok kaplamaların getirilmesi gerekmekteydi.  Orijinal tasarımdan farklı olarak çelik donatı ve betonarme yerine  geogrid donatı ve modüler blok kaplamaların kullanılması  bünyesel CO₂ 81% azalmaya, ve toplam  CO₂ azalımının da of 85% olmasını sağlamıştır.

Beşinci durumda (5) palplanş istinat duvarının, yerinde döküm  çelik şerit donatılı betonarme paneller ile değiştirilmesinin sonuçları görülmektedir. Bu durumda iki tasarımda da atık veya getirilen dolgu malzemesinde bir azalma görülmemektedir çünkü her iki tasarımda da aynı büyüklükler söz konusudur. Lakin revize edilmiş tasarımda yapısal bileşenlerde %84 CO₂  azalımı gerçekleşmiştir.

Son WRAP durum geçmişi (6) 4m yüksekliğinde betonarme donatılı istinat duvarının sonuçlarını göstermektedir. Orijinal tasarımda boşluklu betonarme malzeme kullanılarak drenaj sağlanmıştır. Revize edilmiş tasarımda bu geokompozit ile sağlanmıştır. Geokompozit betonarme bloklardan daha ince olduğu için, kalınlık farkını gidermek için bir miktar dolgu kullanılması gerekmiştir ve buda bünyesel CO₂ de artışa neden olmuştur. Lakin beton drenaj bloklarının geokompozit drenaj sistemi ile değiştirilmesi ile %73 bünyesel CO₂ azalımı sağlanmıştır. Üstelik bu geokompozit drenaj malzemesinin İngiltere’ye Almanya’dan ithal edilmesine rağmen sağlanmıştır.  

İnşaat mühendisliği projelerinde konvansiyonel teknikler ile geosentetiklerin karşılaştırılması için bir teknik de Heerten tarafından kullanılmıştır (Reference 8). Heerten biriken enerji talebini (CED) ve CO₂ emisyonlarını hem geleneksel betonarme donatılı istinat duvarı ve geosentetik donatılı istinat duvarları için hesaplamıştır.

Geogrid donatılı  yol dolgularının inşaatlarda kullanılması %40 daha fazla zemin kazılımını gerektirse de , geosentetik çözümde getirilen ve yer değiştirilen dolgu malzemesi CED’de %70 ve CO₂ emisyonlarında %82 azalım sağlamıştır.

Bu hesaplamalardan yola çıkarak WRAP  uzun dönemli çevresel faydalarından dolayı konvansiyonel teknikler yerine geosentetik malzemelerin kullanılmasının daha uygun olduğunu rapor etmiştir.

Yollar

Heerten tarafından verilen ikinci örnek yol inşaat tasarımlarında kireç stabilasyonu ile geogrid donatının zeminlerde kullanımını karşılaştırmaktadır.  Zemin altı stabilizasyonu için çok az geogrid gerekmesinden dolayı  kireç kullanımı ile kıyaslandığınd (81%) CED ve %96 CO₂  azalımı gözlemlenmiştir. Bu da geosentetiklerin kullanılmasının faydalarını gösteren bir diğer örnektir.

Sonuç:

Geosentetiklerin kullanılması çok faydalı olabilir.İthal edilen malzemeler ve atıklardan kaynaklanan masrafların azaltılmasının dışında, nakliye  kolaylığı , gürültü ve hava kirliği azalımı gibi kısa dönem çevresel etkileri ve sosyoekonomik faydaları vardır. Ek olarak LCA ‘nın da gösterdiği gibi inşaat mühendisliği projelerinde geosentetiklerin kullanıldığı tasarım ile bünyesel CO2 azalımı sağlanabilmektedir.  

Geosentetiklerin Kullanımı İle Sürdürülebilir Kalkınma

İnşaat mühendisliği uygulamalarında çoğunlukla ithal edilen malzemelerin maliyetini düşürmenin getirdiği finansal avantajlar, atık maliyetlerini düşürmek ve genellikle zemin, beton veya çeliğin kullanıldığı geleneksel çözümlere göre daha etkili olmalarından dolayı geosentetikler kullanılır. Ek olarak çevresel faydaları da vardır. Örneğin geosentetik malzemelerin kullanılması, duvarlarda bulunan doğal malzemelerin performansını dikkate değer oranda arttırabilir. Bununla birlikte diğer çevresel faydalar inşaat mühendisliği projesinin tüm yaşam devri dikkate alınması ile sağlanabilir. Bu makale de Birleşik Krallık ve geri kalan avrupada geosentetiklerin ve sürdürülebilirliğe olan etkileri değerlendirilmektedir. 

İlgili makaleler: 

1) Sürdürülebilir Kalkınma

2) Avrupa Birliği Karbon Salınımı Politikaları

3) Karbon ayakizi

4) Geosentetiklerin kullanımı ile karbon ayakizi azalımı örnekleri

5) Sonuçlar