Türkiye'deki uluslararası havaalanlarının kızaklama risk değerlendirmesi
Aquaplaning risk assessment at international airports in Turkey
Yazar: EVRİM HEZEK
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH HİLMİ LAV
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kayma dayanımı = Shear strength ; Kızaklama = Aquaplaning ; Risk değerlendirmesi = Risk assesment ; Uluslararası hava taşımacılığı = International air transportation

Özet:
Havayolları günümüzde ulaşım açısından sıklıkla tercih edilmektedir. Bunun sebebi hızlı olmasının yanı sıra diğer ulaşım araçlarından daha güvenli olmasıdır. Fakat uçaklarda da kaza riski her zaman vardır. İstatistiksel verilere göre uçaklarda kazaların önemli bir bölümü iniş aşamasında olmaktadır. İniş aşamasında kazaya sebebiyet verecek önemli olaylardan biri de kızaklamadır.
Pist üzerinde belli miktarda su birikintisi olduğunda ve uçak belirli iniş hızına ulaştığında su tarafından uçak lastiklerine bir kaldırma kuvveti uygulanır. Bu kaldırma kuvveti belirli bir büyüklüğe ulaştığında uçak, pist yüzeyinden tamamen ayrılır. Bu durumda frenleme ve viraj alma yeteneği kaybolur ve uçak hızlı bir şekilde pistten çıkar. Bu olay kızaklama olarak adlandırılmaktadır.
Kızaklama ilk olarak 1960'lı yıllarda NASA çalışmalarında keşfedilmiş ve konuyla ilgili birçok deneysel çalışma yapılmıştır. Günümüzde de bu konunun sebepleri ve alınacak önlemler ile ilgili çalışmalar devam etmektedir.
Bu tez çalışmasında kızaklama olayı ayrıntılarıyla ele alınmıştır. Kızaklama türleri (dinamik kızaklama, viskoz kızaklama ve tersine kauçuk kızaklama) incelendikten sonra, kızaklama olayına sebep olabilecek faktörler incelenmiştir. Kızaklamayı etkileyecek etkenlerin başında pist yüzeyinde biriken suyun derinliği gelmektedir. Bundan dolayı özellikle çok yağış alan bölgelerde kızaklama riski de fazla olmaktadır. Kızaklamayı etkileyecek bir diğer faktör ise pist kaplama yapısıdır. Pist yüzeyindeki parçacıkların türü, pistin kaplama türü (asfalt veya beton) gibi etkenler de kızaklama riskine etki eder. Pist yüzeyindeki makro dokunun varlığı yüksek hızlarda kızaklama riskini azaltırken, düşük hızlarda mikro doku kızaklama riskini azaltır. Ayrıca pistin eğimi de pist yüzeyinde biriken suyun ulaştığı derinliği etkileyerek kızaklama riskini etkilemektedir. Bunların dışında lastik yapısı, tasarımı ve lastik iç basıncı da kızaklama riskini etkileyen önemli bir parametredir. Özellikle lastik diş derinliği kaplama yüzeyi ile lastik arasındaki suyun tahliye edilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Lastik iç basıncının artması da kızaklama riskinin azalmasına sebep olur. Bu etkenlerin dışında uçağın operasyonel parametreleri (iniş ağırlığı, iniş hızı), mevsimsel koşullar ve çevresel etkiler de kızaklamaya sebep olabilecek faktörlerdendir.
Kızaklamanın gerçekleşme riskini azaltmak için bir takım tedbirler alınmalıdır. Örneğin pist yüzeyinde yağış sırasında birikebilecek suyun tahliyesi için drenajın etkin bir şekilde yapılması kızaklama riskini önemli oranda azaltmaktadır. Bunun yanı sıra pist bakımları da standartlara uygun ve zamanında yapılmalı, gerekli durumlarda pist üzerine suyun daha iyi tahliyesi için oluklar açılmalıdır. Bazı durumlarda oluk açmak yerine gözenekli sürtünme tabakası (PFC) uygulaması da tercih edilmektedir.
Bununla birlikte kızaklama olayı gerçekleştiğinde olası etkilerini hafifletmek için de alınması gereken tedbirler vardır. Bunların en önemlisi pist sonu emniyet alanlarının (RESA) varlığıdır. Pist sonu emniyet alanları olası bir kızaklama durumunda uçağı pist dışına çıktığında yeterli sürtünme sağlayarak durdurmak üzere pistin hemen dışına inşa edilmiş yapılardır. Bazı durumlarda RESA inşa etmek için yeterli alan olamayabilir. Bu durumlarda ise mühendislik malzemesi durdurma sistemi (EMAS) adı verilen sistemler pist sonuna yerleştirilir.
Kızaklama sebebiyle gerçekleşen oldukça fazla kaza vardır. Bu tez çalışmasında Şili ve Norveç'te kızaklama nedeniyle gerçekleşen iki adet kaza örneğine yer verilmiştir.
Uygulama kısmında ise ülkemizdeki uluslararası havalimanlarının potansiyel kızaklama risk değerlendirmesi yapılmıştır. Potansiyel kızaklama riski değerlendirilirken kullanılan faktör yıllık yağış miktarıdır. Asfalt ve beton kaplama arasında sürtünme katsayısı açısından farklılık olduğundan dolayı asfalt ve beton kaplamaya sahip havalimanlarının potansiyel risk değerlendirmesi ayrı ayrı yapılmıştır. Kızaklamayı etkileyen diğer faktörler arasında havalimanlarına göre belirgin bir farklılık olmadığı kabul edilmiştir. Örneğin uçak lastiklerinin yapısı ve tasarımı, uçak iniş hızları ve uçakların iniş ağırlıkları arasında belirgin bir farklılık bulunmadığı, pist bakımlarının ve drenajın standartlara uygun yapıldığı gibi varsayımlara dayanmaktadır.
Yapılan potansiyel risk değerlendirmesinde kızaklama açısından en riskli havalimanı Rize-Artvin Havalimanı'dır. Bunun sebebi yıllık yağış miktarının diğer illere göre çok daha fazla olmasıdır.
Sadece potansiyel kızaklama risk değerlendirmesi yapmak kızaklamanın etkisini araştırmak için yeterli bilgi vermemektedir. Bundan dolayı, yıllık yağış miktarına göre potansiyel kızaklama riski belirlendikten sonra risk etki alanları değerlendirmesi yapılmıştır. Bunun anlamı olası bir kızaklama olayından ne kadar uçuşun ve ne kadar yolcunun etkilendiğini görmektir. Yıllık uçuş ve yıllık yolcu sayısı verilerine göre bu etki alanı değerlendirmesi yapılmıştır.
Uçuş sayısına göre kızaklama riski etki alanı ve yolcu sayısına göre kızaklama risk etki alanı en fazla olan havalimanı İstanbul Havalimanı'dır. İstanbul Sabiha Gökçen Havalimanı ve Antalya Havalimanı da yolcu ve uçuş trafiği bakımından oldukça yoğun havalimanlarıdır. Bu iki havalimanının da uçuş sayısına göre kızaklama riski etki alanı ve yolcu sayısına göre kızaklama risk etki alanı İstanbul Havalimanı'ndan sonra en yüksek değerlerdedir.
Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden alınan yağış verilerine göre 38 havalimanının bulunduğu illerden 21 tanesinin en fazla yağış aldığı ay Aralık ayıdır. Ayrıca uçuş ve yolcu yoğunluğu yüksek olan Muğla, İstanbul ve Antalya gibi iller için de bu durum böyledir. Bundan dolayı özellikle Aralık ayında kızaklama riskine karşı daha dikkatli olunmalı ve ilave tedbirler alınmalıdır.

Abstract:
Airlines are frequently preferred in terms of transportation today. The reason for this is that it is not only fast, but also safer than other means of transportation. But there is always a risk of accident in airplanes. According to statistical data, a significant portion of aircraft accidents occur during the landing phase. One of the important events that will cause an accident during the landing phase is aquaplaning.
When there is a certain amount of water on the runway and the airplane reaches a certain landing speed, a lift is applied by the water to the airplane tires. When this lift reaches a certain magnitude, the airplane is completely separated from the runway surface. In this case, braking and cornering ability is lost and the aircraft quickly leaves the runway. This phenomenon is called aquaplaning.
Aquaplaning was first discovered in NASA studies in the 1960s and many experimental studies were conducted on the subject. Today, studies on the causes of this issue and the measures to be taken continue.
In this thesis, aquaplaning is discussed in detail. After examining the types of aquaplaning (dynamic aquaplaning, viscous aquaplaning, and reverse rubber aquaplaning), the factors that can cause aquaplaning are investigated.
One of the factors that will affect aquaplaning is the depth of the water accumulating on the runway surface. Therefore, the risk of aquaplaning is high, especially in regions with heavy rainfall. Another factor that will affect aquaplaning is the runway pavement structure. Factors such as the type of particles on the runway surface, the type of pavement (rigid or flexible) of the runway also affect the risk of aquaplaning. The presence of macro texture on the runway surface reduces the risk of aquaplaning at high speeds, while reducing the risk of micro-texture aquaplaning at low speeds. Apart from these, tire structure, design and tire inner pressure are also important parameters that affect the risk of aquaplaning. In particular, the tread depth of the tire plays an important role in evacuating the water between the pavement surface and the tire.
The increase in tire inner pressure also reduces the risk of aquaplaning. Apart from these factors, the operational parameters of the aircraft (landing weight, landing speed), seasonal conditions and environmental effects are also factors that can cause aquaplaning.
Several measures should be taken to reduce the risk of aquaplaning. For example, effective drainage for the discharge of water that may accumulate on the runway surface during precipitation significantly reduces the risk of aquaplaning. In addition, runway maintenance should be done in accordance with the standards and on time, and when necessary, grooves should be opened on the runway for better drainage of water. In some cases, a porous friction layer (PFC) application is preferred instead of grooving.
However, when aquaplaning occurs, there are measures to be taken to mitigate its possible effects. The most important of these is the existence of runway end safety areas (RESA). Runway end safety areas are structures built just outside the runway to provide sufficient friction to stop the airplane when it goes off the runway in the event of a possible aquaplaning. In some cases, there may not be enough space to build a RESA. In these cases, systems called engineering material stopping system (EMAS) are placed at the end of the runway.
There are quite a few accidents caused by aquaplaning. In this thesis, two examples of accidents due to aquaplaning in Chile and Norway are included.
In the application part, aquaplaning risk assessment of international airports in our country has been made. The two factors used when assessing aquaplaning risk are annual precipitation and the type of runway cover.
It has been accepted that there is no significant difference between airports among other factors affecting aquaplaning. For example, the structure and design of aircraft tires are based on assumptions that there is no significant difference between aircraft landing speeds and aircraft landing weights, and that runway maintenance and drainage are carried out in accordance with standards.
In the risk assessment, the riskiest airport in terms of aquaplaning, that is, the airport with the highest risk score, is Rize-Artvin Airport. The reason for this is that the annual precipitation amount is much higher than other provinces, and the runway surface is asphalt. Because the coefficient of friction of asphalt pavements is lower than concrete pavements. This affects the skid resistance and causes a higher risk of aquaplaning.
Calculating aquaplaning risk scores alone does not provide enough information to investigate the effect of aquaplaning. Therefore, risk domains were evaluated after risk scores were calculated. This means seeing how many flights and how many passengers are affected against the risk score. As a result of the calculations, it has been seen that although some airports have high risk scores, aquaplaning risk impact area according to the number of flights per runway and aquaplaning risk impact area according to the number of passengers per runway, since the flight traffic and the number of passengers using these airports are low.
Istanbul Sabiha Gökçen Airport is the airport with the highest aquaplaning risk area according to the number of flights per runway and the maximum aquaplaning risk area according to the number of passengers per runway. Although it is the second busiest airport in our country with flight and passenger traffic, it has only 1 runway. Therefore, additional runway or runways are required to reduce this risk impact area. Istanbul Airport and Antalya Airport are also very busy airports in terms of passenger and flight traffic.
The aquaplaning risk impact area according to the number of flights per runway and the aquaplaning risk impact area according to the number of passengers per runway of these two airports are the highest after Istanbul Sabiha Gökçen Airport. Therefore, it may be considered to construct an additional runway at these two airports.
According to the precipitation data obtained from the General Directorate of Meteorology, 21 of the cities with 38 airports receive the most precipitation in December. This is also the case for provinces with high flight and passenger density such as Muğla, Istanbul and Antalya. Therefore, more attention should be paid to the risk of aquaplaning and additional measures should be taken, especially in December.