T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ISPARTA GELİNCİK POMZASININ KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPILARI TABAN ZEMİNİ STABİLİZASYONUNDA KULLANIMI YÜCEL KAVLAK Danışman: Doç. Dr. Mehmet SALTAN YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ISPARTA-2008

2 Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğüne Bu çalışma jürimiz tarafından İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI'nda oybirliği/oyçokluğu ile YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Başkan : Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN (SDÜ.Müh.Mim.Fak.İnşaat Müh.Bölümü) Üye : Prof.Dr.Lütfullah GÜNDÜZ (SDÜ.Müh.Mim.Fak.Maden Müh.Bölümü) Üye : Doç.Dr.Mehmet SALTAN (SDÜ.Müh.Mim.Fak.İnşaat.Müh.Bölümü) ONAY Bu tez 01/09/2008 tarihinde yapılan tez savunma sınavı sonucunda, yukarıdaki jüri üyeleri tarafından kabul edilmiştir. 01/09/2008 Prof. Dr. Fatma KOYUNCU Enstitü Müdürü

3 İÇİNDEKİLER Sayfa İÇİNDEKİLER... i ÖZET... iii ABSTRACT... iv ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR... v ŞEKİLLER DİZİNİ... vi ÇİZELGELER DİZİNİ... viii 1 GİRİŞ KAYNAK BİLGİSİ Karayolu Karayolu Altyapısı Karayolu Üstyapısı Esnek Üstyapılar Esnek Üstyapılarda Taban Zemini Taban Zemininde Kullanılan Malzemelerin Özellikleri Taban Zemini Stabilizasyonu MATERYAL ve YÖNTEM Kullanılan Malzemeler Isparta-Gelincik Pomzası Antalya Malzemesi Kullanılan Yöntemler Elek Analizi Deneyi Hidrometre Deneyi Özgül Ağırlık Deneyi Likit Limit ve Plastik Limit Deneyleri Hava Etkilerine Karşı Dayanıklılık Deneyi (Sodyum Sülfat Dona Karşı Mukavemet Deneyi) Los Angeles Aşınma Deneyi Proktor Deneyi Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) Deneyi Dinamik Üç Eksenli Deneyi Esneklik Modülü Deneyi i

4 Numune Hazırlanması Deneyde Uygulanan Gerilmeler ARAŞTIRMA ve BULGULAR Isparta-Gelincik Pomzası Fiziksel Özellikleri Yapılan Deneyler ve Sonuçları Isparta-Gelincik Pomzası Stabilize Edilecek Malzeme ve Özellikleri Antalya Malzemesi Plastik Özelliği Yüksek Zemin Antalya Malzemesinin Esneklik Modülü (M r ) Deney Bulguları Stabilizasyon İşlemi Antalya Malzemesinin Isparta-Gelincik pomzası ile Stabilizasyon İşlemi Isparta-Gelincik Pomzası ile Antalya Malzemesi Karışımının Esneklik Modülü (M r ) Deney Bulguları TARTIŞMA VE SONUÇLAR KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ ii

5 ÖZET Yüksek Lisans Tezi ISPARTA GELİNCİK POMZASININ KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPILARI TABAN ZEMİNİ STABİLİZASYONUNDA KULLANIMI Yücel KAVLAK Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Juri: Prof.Dr. Mustafa KARAŞAHİN Prof.Dr. Lütfullah GÜNDÜZ Doç.Dr. Mehmet SALTAN (Danışman) Bu çalışmada ülkemizde yaygın yatakları bulunan volkanik kökenli bir kayaç türü olan Isparta-Gelincik pomzasının atık kısmının, esnek üstyapılarda yol taban zemininde stabilizasyon malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Stabilizasyonda, plastiklik özelliği yüksek killi Antalya malzemesi olan yol taban zeminine, Isparta-Gelincik pomzasının atık kısmı belirli oranlarda karıştırılarak uygulanmıştır. Çalışmada öncelikle, hafif agreganın fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenmiştir. Numuneler üzerinde dona karşı dayanıklılık (Sodyum Sülfat deneyi), sağlamlık (Aşınma), limit deneyleri, CBR ve dinamik üç eksenli deneyleri uygulanmıştır. Hafif agreganın esnek üstyapılar yol taban zemininde mekanik stabilizasyon malzemesi olarak kullanılabilirliği belirlenmiştir. Yol taban zemini stabilizasyonunda, kullanılabilirliği belirlenen plastik olmayan Isparta-Gelincik pomzası, plastiklik değeri yüksek olan Antalya malzemesi ile plastikliğini azaltmak için farklı oranlarda karıştırılmıştır. Bu karışımlar üzerinde limit deneyleri yapılarak bulunan kullanılabilir malzeme üzerinde taşıma oranının belirlenmesi için CBR deneyleri yapılmıştır. Ayrıca bu karışım oranlarında malzemelerin esnekliğini belirlemek için dinamik üç eksenli deneyleri uygulanmış ve Esneklik modülü değerleri belirlenmiştir. Sonuç olarak, Isparta-Gelincik pomzası karayolu esnek üstyapıları yol taban zemininde, mekanik stabilizasyon malzemesi olarak kullanılabileceği, karışımı yapılan malzemenin taşıma oranı ve esneklik modülünün arttığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Pomza, Stabilizasyon, Yol taban zemini 2008, 80 sayfa iii

6 ABSTRACT M.Sc. Thesis USE OF ISPARTA-GELINCIK PUMICE IN STABILIZATION OF HIGHWAY FLEXIBLE PAVEMENT SUBGRADE Yücel KAVLAK Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Sciences Department of Civil Engineering Thesis Commitee: Prof.Dr. Mustafa KARAŞAHİN Prof.Dr. Lütfullah GÜNDÜZ Doç.Dr. Mehmet SALTAN (Supervisor) In this study, pumice s waste of the Isparta-Gelincik which is a rock type with volcanic originly have been searched the usability as a stabilization material in subgrade in the flexible pavement. At the stabilization, subgrade which is a high plastic clayey Antalya material, the pumice s waste of the Isparta-Gelincik have been mixed in different amounts. In the study, initially, the physical properties of the light weight aggregate material have been analyzed. Then, a few experiments have been carried out by using experiment sample such as stability to the freeze, solidity (Los Angeles), strength, Atterberg limits, CBR, repeated load triaxial (RLT) test. And the pumice of the Isparta-Gelincik, the usability of the mechanic stabilization material has been determined in the subgrade of flexible pavement. The non-plastic pumice of the Isparta-Gelincik, Antalya material which is the high plastic properties have been mixed in different amount so as to lessen the amount of plastic limit. And then, the limit experiment has been done. The CBR experiment has been done so as to see the change of strength by the use of usable material. And repeated load triaxial (RLT) experiment has been done so as to see the change of resilient modulus of materials. As a result, It has been determined that the pumice of the Isparta-Gelincik can be used as subgrade material of highway flexible pavement of the mechanic stabilization. And it has been observed that the increased strength of the mixed material. Keywords: Pumice, Stabilization, Subgrade. 2008, 80 pages iv

7 ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR Ülkemizde yaygın yer altı yatakları bulunan volkanik kökenli bir kayaç türü olan pomzanın çeşitli sektörlerde kullanım alanı oldukça geniş bir hafif agrega türüdür. Plastik olmayan malzeme özelliği gösteren pomzanın 0-3 mm boyutunun kullanım alanı iri boyutlara göre çok azdır. Bu malzeme plastiklik değeri yüksek tüvenan bir malzeme ile karıştırıldığında karayolunda standartlara uygun yol taban zemini malzemesi elde edilir. Taşıma oranını da artırdığından taşıma gücü düşük zeminlerin mukavemetini artırmaktadır. Bu çalışmanın sonucundan, pomza malzemesinin fazla bulunabileceği bir yöredeki yol inşaatında stabilizasyon malzemesi olarak değerlendirildiğinde diğer stabilizasyon malzemelerine göre (çimento, kireç, vb.) önemli oranda maliyeti düşürecek ve ekonomi sağlayacaktır. Çalışma konusunun belirlenmesinde ve çalışmanın her aşamasında bilgi, görüş ve desteğini, aynı zamanda bana karşılaştığım her sorunla başa çıkabilme yeteneği kazandıran danışman Hocam Doç. Dr. Mehmet SALTAN a teşekkürü bir borç bilirim. Mühendislik ve hayat hakkında görüşlerini benimle paylaşan ve her konuda kendime örnek edindiğim değerli Hocam Prof. Dr. Mustafa KARAŞAHİN e, bu araştırma çalışmasında beni yönlendiren, karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesiyle aşmama yardımcı olan değerli Hocam Arş. Gör. F. Selcan ERTEM e, kullandığım deney cihazları hakkında bilgi, fikir ve görüşleriyle katkı sağlayan Dr. Altan YILMAZ a, araştırma çalışmamda görüşleriyle beni destekleyen Arş. Gör. V. Emre UZ, Arş. Gör. Bekir AKTAŞ, İnş. Y. Müh. Murat V. TACİROĞLU na, İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerine ve çalışma arkadaşlarıma teşekkür ederim. Tezimin her aşamasında beni yalnız bırakmayan aileme sonsuz sevgi ve saygılarımı sunarım. Yücel KAVLAK Isparta, 2008 v

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1. Tipik esnek üstyapı tabakaları... 7 Şekil 3.1. Los Angeles aşınma deney aleti Şekil 3.2. Kaliforniya taşıma oranı (CBR) deney aleti Şekil 3.3. Tekrarlı yükler altındaki plastik ve elastik şekil değiştirmeler Şekil 3.4. Dinamik üç eksenli deneyindeki yükleme formu Şekil 3.5. Üç eksenli deneyi gerilme durumu Şekil 3.6. Tekrarlı yüke maruz kalan malzemenin gerilme-şekil değiştirme grafiği. 33 Şekil 3.7. Dinamik üç eksenli deney numunesinin hazırlanması Şekil 3.8. Dinamik üç eksenli deney numunesinin hücre içinde görünümü Şekil 3.9. Uygulanan yarım sinüs dalgası şeklindeki yüklemenin zamanla değişimi 36 Şekil 4.1. Isparta-Gelincik pomzasının elek analizi grafiği Şekil 4.2. Antalya numunesi granülometrisi Şekil 4.3. Antalya numunesi proktor eğrisi Şekil 4.4. Esneklik modülü deviatör gerilme grafiği Şekil 4.5. Esneklik modülü toplam gerilme grafiği Şekil 4.6. İyileştirme işleminde karışımın CBR değerlerinin değişimi Şekil 4.7. Karışımın likit limit ve plastisite indeksi bulgularının değişimi Şekil 4.8. Esneklik modülü toplam gerilme grafiği Şekil 4.9. Esneklik modülü toplam gerilme grafiği Şekil Esneklik modülü toplam gerilme grafiği Şekil Deviatör gerilme eksenel şekil değiştirme grafiği Şekil Deviatör gerilme eksenel şekil değiştirme grafiği Şekil Deviatör gerilme eksenel şekil değiştirme grafiği Şekil EK Isparta-Gelincik pomzası CBR deneyi grafiği Şekil EK Antalya malzemesi likit limit grafiği Şekil EK Antalya malzemesi CBR deneyi grafiği Şekil EK % 10 Karışım için likit limit grafiği Şekil EK % 20 Karışım için likit limit grafiği Şekil EK % 30 Karışım için likit limit grafiği Şekil EK % 40 Karışım için likit limit grafiği Şekil EK % 10 Karışım için CBR deneyi grafiği Şekil EK % 20 Karışım için CBR deneyi grafiği vi

9 Şekil EK % 30 Karışım için CBR deneyi grafiği Şekil EK % 40 Karışım için CBR deneyi grafiği Şekil EK Esneklik modülü deviatör gerilme logaritmik grafiği Şekil EK Esneklik modülü deviatör gerilme logaritmik grafiği Şekil EK Esneklik modülü deviatör gerilme logaritmik grafiği vii

10 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1. Esnek üstyapılarda yol taban zemininin özellikleri(kgm) Çizelge 3.1. Gelincik yöresi pomza kayacının fiziksel özellikleri (Davraz, 2005) Çizelge 3.2. Gelincik yöresi pomza kayacının kimyasal bileşenleri (Davraz, 2005) 17 Çizelge 3.3. Ayrıştırıcı çözeltide kullanılan tuzlar (Demirel vd., 1999) Çizelge 3.4. Deneye alınacak malzeme miktarları (KGM) Çizelge 3.5 Aşınma deneyi numune sınıfları ve aşındırma yükleri Çizelge 3.6. CBR deneyinde kullanılan ağırlık diski sayıları Çizelge 3.7. AASHTO TP46-94 ince taneli ve taban zemini malzemeleri için (Mr) deney şeması Çizelge 4.1. Gelincik pomza ocağı formasyon görünür rezerv bilgileri (Davraz, 2005) Çizelge 4.2. Gelincik pomza ocağından üretilen hammaddenin (genel) elek analizi (Davraz, 2005) Çizelge 4.3. Gelincik ocağından üretilen tüvenan malzeme içerisindeki ürün dağılımı (Davraz, 2005) Çizelge 4.4. Isparta-Gelincik pomzasının elek analizi sonuçları Çizelge 4.5. Isparta-Gelincik pomzası özgül ağırlık sonucu Çizelge 4.6. Isparta-Gelincik pomzası ile yapılan analiz bulguları Çizelge 4.7. Antalya malzemesi elek analizi sonuçları Çizelge 4.8. Antalya numunesi için hidrometre deneyi sonuçları Çizelge 4.9. Antalya malzemesi özgül ağırlık deneyi sonucu Çizelge Antalya malzemesi ile yapılan analiz bulguları Çizelge Antalya numunesi esneklik modülü deney bulguları Çizelge Isparta-Gelincik pomzası ile Antalya malzemesinin karışım deneyi bulguları Çizelge Isparta-Gelincik pomzası ile Antalya malzemesi Standart Proktor Deney Bulguları Çizelge % 10 karışım için esneklik modülü deney bulguları Çizelge % 20 karışım için esneklik modülü deney bulguları Çizelge % 30 karışım için esneklik modülü deney bulguları Çizelge % 40 karışım için esneklik modülü deney bulguları Çizelge EK Los Angeles aşınma deneyi sonuçları ve hesabı Çizelge EK Dona karşı dayanıklılık (sodyum sülfat) deney sonuçları ve hesabı viii

11 Çizelge EK Isparta-Gelincik pomzası CBR deneyi sonuçları ve hesabı Çizelge EK Antalya malzemesi kıvam limitleri sonuçları Çizelge EK Antalya malzemesi CBR deneyi sonuçları ve hesabı Çizelge EK % 10 Karışım için kıvam limitleri sonuçları Çizelge EK % 20 Karışım için kıvam limitleri sonuçları Çizelge EK % 30 Karışım için kıvam limitleri sonuçları Çizelge EK % 40 Karışım için kıvam limitleri sonuçları Çizelge EK % 10 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı Çizelge EK % 20 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı Çizelge EK % 30 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı Çizelge EK % 40 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı ix

12 1 GİRİŞ Günümüzde, karayolu ulaşımının yeri çok büyüktür. Gerek yolcu taşımacılığında gerekse yük taşımacılığında insanlara önemli bir kolaylık sağlayan karayolu ile ulaştırma eski zamanlardan günümüze kadar güncelliğini korumuştur. Karayolu ulaştırması ülkemizde tüm ulaşım sistemleri içinde en büyük paya sahiptir. Karayolu yapıları genellikle esnek ve rijit üstyapı olarak iki farklı şekilde taban zemini üzerine inşa edilmektedir. Bu nedenle karayolunda araçlardan ve üstyapıdan kaynaklanan yükler taban zeminine intikal ettiği ve bu gerilmelerin burada sönümlenmesinden dolayı yol taban zemininin inşası ayrı bir önem taşımaktadır. Karayolu esnek üstyapıları taban zemini üzerine tabakalı olarak inşa edilmektedir. Bu tabakalı sistemin tabaka kalınlıkları, maliyeti önemli derecede etkilediğinden, yüksek kalitede, uzun ömürlü yol inşaatı yapımının önemini açıkça ortaya koymaktadır. Esnek üstyapılarda alttemel, temel ve kaplama tabakaları, seçme malzemelerden yapılmaktadır. Dolayısıyla üstyapı doğal malzemeden yapılan yol taban zemini üzerine oturmaktadır. Üstyapı tabakalarının kalınlığını azaltarak maliyeti düşürmek, don etkisinden korumak ve taşıma gücünü artırmak, şüphesiz iyi bir taban zeminine bağlı olmaktadır. Son yıllarda endüstriyel katı atıkların giderek artması ve atık bertaraf yöntemlerinin işletmelere büyük maliyetler getirmesi, bu atıkların değişik üretim süreçlerinde geri kazanımını yaygınlaştırmıştır. Özellikle gelişmiş ülkelerde sanayi atıklarının çoğunluğu geri kazanılmaktadır. Atıkların en yaygın kullanım alanlarını ise yol inşaatları oluşturmaktadır. Yol inşaatında en çok kullanılan atıklar; yüksek fırın cürufu, uçucu kül, inşaat ve yıkım atıkları, sökülmüş yol kaplamaları, doğal taş işleme tesislerinin atıklarıdır. Bu çalışmada, volkanik kökenli bir kayaç türü olan, hafif agrega sınıfına giren Isparta-Gelincik pomzasının, plastiklik özelliği yüksek, taşıma gücü zayıf killi özelliğe sahip yol taban zemininde kullanılabilirliğinin araştırılması yapılmıştır. 1

13 Pomza inşaat sektörü başta olmak üzere; tarım, tekstil, kimya sektörleri ve çeşitli sanayi sektörlerinde ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Hafif agrega ve plastiklik özelliği yüksek olan Antalya malzemesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri yanında karayolu esnek üstyapıları yol taban zemini için malzeme standart deneyleri yapılmıştır. Malzemelerin taşıma gücü için CBR deneyi, esnekliğini belirlemek için ise malzemeler üzerine dinamik üç eksenli deneyi uygulanmış ve esneklik modülleri belirlenmiştir. Yapılan deney sonuçlarından malzemenin mekanik stabilizasyonda kullanılabileceği görülmüştür. Mekanik stabilizasyonda, yol taban zemini malzemesi olan killi, plastik özelliği yüksek Antalya malzemesi ile Isparta-Gelincik pomzası belirli oranlarda karıştırılarak, yol taban zemininde kullanılabilecek hale getirilen karışım malzemesinin mukavemetinin nasıl değiştiği belirlenmiştir. Bu çalışmada, Isparta- Gelincik pomzasının en az kullanılan atık boyutu (0-3 mm) yol taban zemini mekanik stabilizasyonla iyileştirmek için farklı oranlarda kullanılmıştır. Yapılan bu çalışmalar sonunda, esnek üstyapılar yol taban zemininin stabilizasyonunda Isparta-Gelincik pomzası atığının stabilizasyon malzemesi olarak kullanıldığında önemli ölçüde iyileştirme sağladığı görülmüştür. 2

14 2 KAYNAK BİLGİSİ 2.1 Karayolu İyi bir karayolu ağının sağladığı ulaşım kolaylığı, o ülkenin kalkınmasında büyük rol oynamaktadır. Bir ülkenin ulaşımının kolaylaşmasıyla, ülkenin gelişmesinin büyük bir hız kazanacağı aşikardır. Karayolunun tarihine bakıldığında, ilk yol izlerine Mısır da rastlanılmaktadır. Piramitlere ve diğer anıtlara gerekli yapı malzemesinin taşınması işinin kolaylıkla yapılabilmesi için, malzeme taşımaya yarayan yollar yapılmıştır. Yol konusundaki gelişmeler, 18. asırda Fransız mühendis Tresaguet in taş ve kırma taş yolların yapımı ile bakım konularında getirdiği yeniliklerle başlamıştır yılında yazdığı Memoire adlı eseri ile yol mühendisliğinde ilk ciddi etütleri yapmıştır. Bu eser, temel kalınlıklarının seçiminde araba ağırlıklarının göz önüne alınması açısından önemlidir. Ayrıca yol yüzeyindeki taşların aşınması az olan sert taşlardan seçilmesi hususunda titizlik gösterilmesi gerektiği de belirtilmiştir. Yüzeye yakın tabakalarda kullanılan taşların, yolun dayanıklılığına ve uzun ömürlülüğüne etkisi fazla olduğundan, ortaya atılan bu fikir yol yapım tekniğinde önemli bir aşama sağlamıştır. İlk modern asfalt yol 1852 yılında Paris ile Perpignan arasında yapılmıştır yılında İngiltere de yaya kaldırımlarında (Londra), 1838 de ABD Filadelfiya şehrinde yol yapımında asfalt kullanılmıştır. Bu yolların kaplamasında silindirleme yapılmamış olup, 1854 yılında ilk defa asfalt kaplama yolların silindirlenmesine başlanmıştır. Ülkemizde ise karayolu yapımına Cumhuriyetin ilk yıllarından önem verilmeye başlanmıştır. Bu nedenle 1929 yılında Nafia Vekaletine bağlı Şose ve Köprüler Reisliği kurulmuş ve yol kanunu çıkarılarak yol çalışmalarına hız verilmiştir. Ancak uzun bir savaş döneminin yarattığı kaynak yetersizliği daha sonra gelen II. Dünya Savaşı, çalışmaların istenen düzeye çıkmasını engellemiştir. İkinci Dünya Savaşı nın bitiminden hemen sonra motorlu taşıt sayılarında önemli artışlar olmuştur. İşte motorlu taşıt sayılarındaki ani artışlar ülkemizde karayolu çalışmalarının yeni bir biçimde ele alınmasını gerekli kılmış ve de Karayolları Genel Müdürlüğü kurularak, karayolları ile ilgili tüm çalışmalar bu 3

15 kuruluşa devredilmiştir. Bu dönemde Marshall yardımıyla gerekli makine parkı sağlanmış ve yeni teknolojik uygulamalara imkan verecek yol çalışmaları hızla başlatılmıştır. Ancak Karayolları Genel Müdürlüğü ülkemizdeki ilk yol çalışmalarına, yol standartlarından ziyade, tekerlek dönsün sloganı ile başlamış ve daha sonra açılan bu yollarda standart yükseltme ve iyileştirme çalışmalarına geçilmiştir (Ilıcalı, 1985). Karayolları yapısı, önceden belirlenen geometrik standartlara uygun olarak saptanmış olan bir güzergah boyunca, doğal zeminin istenilen yükseltilere getirilebilmesi ve üzerinde motorlu taşıtların istenilen hız, güvenlik ve konfor koşullarında hareketlerinin sağlanabilmesi amacıyla inşa edilen yapıların tümü olarak tanımlanabilir. Karayolu yapısı, görevi, yapım sırası ve özellikleri açısından alt ve üst yapı olarak iki ayrı bölümde incelenebilir Karayolu Altyapısı Karayolunda tesviye yüzeyi ile doğal zemin çizgisi arasındaki bölgeye Karayolu Altyapısı adı verilir. Altyapı, yolun dolgu kesimlerinde dışarıdan getirilen toprak ile oluşturulmuş bir toprak gövde, yarma kesimlerinde ise doğal zemindir. Altyapının görevleri; istenilen kotta düzgün bir yüzey sağlamak, üstyapı tarafından istenilen yükleri daha geniş bir alana yaymak ve az da olsa, yolu dış etkilerden korumaktır. Bu görevleri yerine getirebilmesi için, trafik yükleri, don ve su etkilerine karşı dayanıklı olması gerekir. Altyapının oluşturulmasında, bitkisel toprak, çürük zemin ve sıkıştırılmaya elverişli olmayan zeminlerin kullanılmaması gerekir. Bu nedenle altyapıyı oluşturan zemin özelliklerinin çok iyi etüt edilmeleri gerekmektedir (Ilıcalı, 1988). Bir esnek üstyapının davranışı taban zemininin taşıma gücü ile doğrudan doğruya ilgili olduğundan, taban zemininin üstyapıya istenen desteği sağlayacak şekilde hazırlanması gerekir. Bu yüzden taban zemininin, tesviye yüzeyine kadar iyi sıkıştırılması gerekmektedir. 4

16 Taban zeminleri dolgularda zemin cinsi ve sıkıştırma ekipmanının kapasitesine uygun kalınlıklardaki tabakalar halinde serilip, sıkıştırılmalıdır. Tabaka kalınlığı, killi zeminlerde genellikle cm, granüler zeminlerde ise cm düzeyindedir. Toprak yarmalarda tesviye yüzeyi altındaki 20 cm lik kesim kabartılıp optimum su muhtevasında maksimum yoğunluğa erişinceye kadar sıkıştırılmalıdır. Kaya yarmalar tesviye yüzeyinin 15 cm altına kadar kazılıp bu kesim uygun dolgu malzemesi ile doldurulup düzeltilmelidir. Bu malzeme de optimum su muhtevasında maksimum yoğunluğa erişinceye kadar sıkıştırılmalıdır (Umar ve Ağar, 1985). Karayollarında taban zemininde yer altı suyuna dikkat edilmelidir. Özellikle taban zeminin ve buna bağlı olarak da üstyapının bozulmasında büyük etki yaratan suyun drenajı en iyi şekilde yapılmalıdır. Su, zeminlerle temas ettiğinde donma-çözülme etkisiyle zemini gevşettiğinden taban zemininin taşıma gücünü düşürmektedir. Taban zeminin, taşıma gücünün düşmesiyle hem yol altyapısında hem de üstyapıda bozulmalar meydana gelmektedir. Bu bakımdan suyun, yolun ömrü boyunca tabandan ve üstyapı tabakalarından uzaklaştırılması sağlanmalıdır Karayolu Üstyapısı Taşıtlardan kaynaklanan dingil yüklerini altyapının taşıyabileceği değere indirmek, altyapıyı korumak ve düzgün bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak amacıyla altyapı üzerine yerleştirilen çoğunlukla alttemel, temel ve kaplamadan oluşan tabakalı yol yapısına Karayolu Üstyapısı adı verilmektedir (Yılmaz, 2008). Üstyapılar, kaplama tabakasında kullanılan malzemelerin türlerine, niteliklerine ve yapım yöntemlerine göre rijit (beton yol) ve esnek (asfalt yol) olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Üstyapı tipi seçilirken; taban zemini, trafik, çevre şartları ve ekonomik faktörler dikkate alınıp, en uygun üstyapı tipi seçilmektedir. Çimento betonu ile yapılan kaplamalarla oluşturulan üstyapıya Rijit Üstyapı ya da Beton Yollar denir. Yol kaplaması olarak betonun görevi, trafik yüklerini tabana iletmek ve bu sırada tabanın deforme olmamasını sağlamaktır. Bir beton kaplamanın 5

17 davranışı, dökülen beton tabakaların özelliklerinin yanı sıra, kaplama altına serilen temel ve alttemel tabakaları ile mevcut taban zemininin özelliklerine bağlı olarak değişir. Bu nedenle projelendirme sırasında, taban zemini, temel ve alttemel malzemeleri, betonu oluşturan kum, çakıl, çimento ve betonarme demiri gibi malzemelerin özelliklerinin çok iyi incelenmesi gerekmektedir. Beton yollar, enine ve boyuna derzlerle birbirinden ayrılmış m 2 alana sahip plaklar halinde inşa edilmektedir. Beton plağın rijitliğinin yüksek olması nedeniyle taban zemininde oluşan gerilmeler geniş alana yayılır. Bitümlü kaplama tabakaları ile oluşturulan üstyapılara Esnek Üstyapı denir. Esnek üstyapı, tesviye yüzeyi ile sıkı bir temas sağlayan ve trafik yüklerini, kaplama, temel ve alttemel tabakaları vasıtasıyla taban zeminine dağıtan bir üstyapı şekli olup, stabilitesi, adezyon, dane sürtünmesi ve kohezyon gibi kullanılan agrega ve bitümlü bağlayıcının özelliklerine bağlıdır (Fındık, 2005) Esnek Üstyapılar Esnek üstyapılar; üzerine gelen yükleri bünyesindeki çeşitli tabakalardan geçirerek, çok iyi bir yüzeysel temas halinde olduğu taban zeminine ileten, en alttan en üste doğru nitelik ve taşıyıcılık bakımından daha iyi malzemelerden inşa edilen; stabilitesi için esas olarak agrega kilitlenmesi, partikül sürtünmesi ve kohezyona dayanan bir üstyapı tipidir. Aynı zamanda, trafiği güvenli olarak ve ekonomik bir şekilde taşımak zorundadır (Fındık, 2005). Esnek üstyapılar genellikle sıkıştırılmış malzemelerden oluşan tabakalar halinde inşa edilir. Tabakalardaki malzeme kalitesi ise üst tabakalara doğru çıkıldıkça artış gösterir. Kaplama tabakası genellikle asfalt (agrega + bitüm karışımı) kaplama olarak imal edilir. Genellikle iki tabakadan oluşan kaplama altındaki tabakalar ise, sıkıştırılmış agregadan meydana gelmektedir. Üstyapının her tabakasında kullanılan malzemeler, standartlarda belirtilmiş olan, bazı özelliklere sahiptir. Çoğunlukla bu standart özellikler malzemenin (gradasyonu, tane yapısı, dayanımı, donma direnci vb.) birçok karakteristik özelliğini kapsar. Malzemeler için aranan bu standartlar 6

18 üstyapı tabakalarında yukarıya doğru çıkıldıkça daha sıkılaşır ve daha yüksek kalite arzu edilir. Çünkü üst tabakalar trafikten gelen yüklere doğrudan maruz kaldığı için bu yükleri karşılayabilecek kalitede ve dayanımda olmalıdır. En üst katman olan kaplama tabakası ayrıca atmosfer etkilerine (sıcaklık, yağış vb.) daha çok maruz kalmaktadır. Tipik bir esnek üstyapı kesiti Şekil 2.1 de gösterilmiştir. Kaplama tabakası, taşıtlara uygun bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak, trafiğin aşındırma etkilerine karşı koymak ve yapıya sızan yüzeysel su miktarını ve temel tabakasına iletilen kayma gerilmelerini azaltmak amacıyla temel tabakası üzerine inşa edilen bir tabakadır. Kaplama tabakası, aşınma ve gerekli ise binder tabakası olmak üzere iki tabaka halinde inşa edilir. Kaplama altındaki temel tabakası ise, bağlayıcısız ya da bir bağlayıcı malzeme ile işlem görmüş olan belirli granülometrideki malzemeden oluşur. Ana görevi, üstyapının yük taşıma yeteneğini artırmaktır. Ayrıca trafik hareketlerinden doğan yüksek kayma gerilmelerine karşı koyabilecek, drenaja yardımcı olabilecek ve don olaylarına karşı da koruma sağlayabilecek özelliklere sahip olmalıdır. Alttemel ise, trafik yüklerinin taban üzerine yayılmasını sağlamak, ince taneli malzemelerin temel tabakasına nüfuz etmelerini önlemek, ayrıca su ve don etkilerine karşı dayanım sağlamak ve tampon bölge görevi yapmak için tesviye yüzeyi üzerine serilen tabakadır. Aynı zamanda bu tabaka yol üstyapı inşaatı sırasında iş makinelerinin yükünü taban zeminine aktarır ve düzgün yuvarlanma yüzeyi oluşturur (Yılmaz, 2008). Şekil 2.1. Tipik esnek üstyapı tabakaları 7

19 2.1.3 Esnek Üstyapılarda Taban Zemini Esnek üstyapılar, yapılış esasına göre kaplama, temel, alttemel tabakaları ve taban zemininden oluşmaktadır. Bu tabakalı yapı, trafik yüklerini kaplama tabakasından alarak temel ve alttemel tabakasına, en son olarak taban zeminine iletir. Trafik yükleri taban zeminine üstyapıdan itibaren yayılarak etki eder. Esnek üstyapılardaki bitümlü ve granüler tabakalar yükün taban zeminine geniş bir alanda etki etmesini sağlar. Genellikle doğal zeminden inşa edilen taban zemininin üstyapıya geçilmeden önce zemin özelliğinin laboratuar ortamında belirlenmesi gerekir. Buna bağlı olarak, zeminin taşıma gücü, donma kaybı ve o bölgedeki yer altı su seviyesine bağlı özelliklerinin belirlenerek, yol taban zemini standartlarına uygun olup olmadığı belirlenmelidir. Esnek üstyapının davranışı taban zemininin taşıma gücü ile doğrudan ilişkili olduğundan, taban zemini üstyapıya istenen desteği sağlamalıdır. Taban zeminleri, zemin cinsine ve sıkıştırma ekipmanının kapasitesine uygun kalınlıklarda tabakalar halinde serilip, sıkıştırılmalıdır. Tabaka kalınlığı, killi zeminlerde genellikle cm, granüler zeminlerde ise cm düzeyindedir. Toprak yarmalarda tesviye yüzeyi altındaki 20 cm lik kesim kabartılıp optimum su muhtevasında maksimum yoğunluğa erişinceye kadar sıkıştırılmalıdır. Kaya yarmalar tesviye yüzeyinin 15 cm altına kadar kazılıp bu kesim uygun dolgu malzemesi ile doldurulup düzeltilmelidir. Bu malzeme de optimum su muhtevasında maksimum yoğunluğa erişinceye kadar sıkıştırılmalıdır. Taban zeminlerinin maksimum kuru yoğunluğu 1.45 t/m 3 den az olmamalıdır. Taban zeminlerinde yer altı su seviyesi tesviye yüzeyinin en az 100 cm altında tutulmalıdır. Bunu sağlamak için uygun yer altı drenajı uygulanmalıdır. Çünkü su taban zeminlerinin taşıma gücünü düşürücü bir etki yapmaktadır (Umar ve Ağar, 1985). Projelendirme sırasında, taban zemininin dona karşı hassasiyeti belirlenmelidir. Genel olarak, don olayı için uygun olan koşullarda, (düşük hava sıcaklığı, yüzey veya yer altı suyunun varlığı için) buz parçacıkları oluşmayan, don kabarması olmayan ve don çözülme mevsimlerinde, taşıma gücünde önemsenmeyecek oranda kaybı olan malzemelere dona hassas değildir denir. Bu koşullara uymayan 8

20 malzemeler ise dona karşı hassastır. Dona hassas malzemelerin içerisinde, uygun don koşullarında, buz parçacıkları oluşur ve büyür, sonuç olarak aşırı don kabarmaları meydana gelir, ayrıca don çözülme mevsimlerinde taşıma gücünde azalma gözlenir. Üstyapı projesi hazırlanırken taban zemininin dona karşı hassas olup olmadığı, hassasiyetin derecesi çeşitli sınıflandırma değerleriyle belirlenir. Genel olarak, bu değerlerin dikkate alındığı malzeme özellikleri granülometri ve Atterberg limitleridir. Ayrıca pratik olarak, üniform derecelenmiş kumlar (D 60 /D 10 < 5 olmalı), % 10 dan daha az filler ihtiva ediyorsa, dona karşı hassas değildirler. Organik zeminler ile bataklık topraklarının dona karşı hassasiyeti değişken olup, özel laboratuar testleriyle belirlenmelidir. Tebeşirleşmiş kalkerli zeminler dona karşı kesinlikle hassastır (Umar ve Ağar, 1985) Taban Zemininde Kullanılan Malzemelerin Özellikleri Yol yapımında malzeme kalitesi kaplama tabakasından alttemel tabakasına kadar üstyapı olarak belirlendiğinden, bu tabakalarda yukarıdan aşağıya doğru inildikçe malzeme kalitesi azalmaktadır. Fakat taban zeminine göre iyi kaliteli seçme malzemelerden, ekonomik etkenler de göz önünde bulundurularak granüler malzemeler kullanılmaktadır. Taban zemininde, yol güzergahının geçtiği yerdeki doğal zemin kullanılmaktadır. Trafik yükleri, üstyapıda kaplama tabakasına intikal ederek, yükün üstyapının sırası ile kaplama, temel ve alttemel tabakalarından yayılarak, en son taban zemini tarafından taşındığından kullanılan zeminin özellikleri büyük önem arz etmektedir. Dolayısıyla taban yüzeyi altındaki zeminin özelliklerinin yol standartlarında olması gerekmektedir. Zeminin yol taban zemininde kullanılabilmesi için taşıma gücü, dona hassaslığı, granülometrisi gibi özellikleri belirlenmeli ve buna bağlı olarak zeminin hangi zemin sınıfına girdiği belirlenmelidir. Bu durumda zeminin zayıf veya sağlam zemin sınıfında olup olmadığı ortaya çıkmaktadır. Karayolları Genel Müdürlüğü ne göre; zayıf zeminler, yol üstyapısını ve yol yapılarını (dolgu, yarma, köprü, viyadük, tünel vb.) işletme süresince problem 9

21 çıkarmadan emniyetli ve ekonomik bir şekilde taşıyamayan zeminler ya da yer altı su seviyesinin yüksek olduğu killi, siltli, organik madde içeren zeminler, gevşek ince kumlu alüvyon zeminler ile kontrolsüz şekilde oluşturulmuş yapay dolgular olarak adlandırılmıştır. Üstyapının oturacağı taban zeminin bu bakımdan bazı kriterlerde olması istenmektedir. Karayolları Genel Müdürlüğü nün esnek üstyapılarda taban zemininde kullanılacak malzemenin özellikleri Çizelge 2.1 de verilmiştir (KGM). Çizelge 2.1. Esnek üstyapılarda yol taban zemininin özellikleri(kgm) Deney adı Limit değer Standart No 0,075 mm (No.200) TS 1900 < % 50 elekten geçen malzeme AASHTO T-11 Likit limit (LL) < 40 TS 1900 AASHTO T-89 Plastisite indeksi (PI) < 15 TS 1900 AASHTO T-90 Kaliforniya Taşıma Oranı TS 1900 % 10 (CBR) AASHTO T-193 Çizelge 2.1 de görüldüğü üzere yol taban zemininde kullanılacak bir malzemenin CBR değerinin % 10 dan büyük olması ve likit limit değerinin 40 dan, plastisite indeksi değerinin ise 15 den küçük olması gerekmektedir Taban Zemini Stabilizasyonu Sağlam bir taban zemini veya sağlam bir üstyapı malzemesinden, üzerine gelen yükler altında aşırı deformasyon yapmaması, dayanıklı olması, ayrışmaması ve hava koşulları doğrultusunda bu özelliklerinin değişmemesi beklenir. Stabilizasyon ise, bu beklentileri karşılayamayan taban zemini ya da üstyapı malzemeleri üzerinde, elverişsiz olan malzeme özelliklerini istenilen seviyeye getirmek için yapılan iyileştirme işlemleridir. Bu amaçla zemine ya da malzemelere değişik katkı malzemeleri katılarak sıkıştırılması sonucu zemin kararlı bir hale getirilir (Fındık, 2005). Stabilizasyon işleminde; agrega ve bağlayıcı madde ilavesi ile zeminin ya da üstyapı malzemesinin taşıma gücü artırılır ve su tutma kabiliyetleri azaltılarak geçirimsiz 10

22 hale getirilir. Yol inşaatında altyapının sağlamlaştırılması ya da üstyapıda kullanılmak için mekanik özellikleri yetersiz olan malzemeleri iyileştirilerek üstyapıda kullanılmalarını sağlamak amacı ile stabilizasyon yapılır (Fındık, 2005). Zeminlerin problem yaratan özellikleri tam olarak belirlendikten sonra hangi tip stabilizasyon metodunun uygulanması gerektiği saptanmaktadır. Bunun için değişik zemin stabilizasyon metotları kullanılmaktadır. Zemin stabilizasyon metotları aşağıdaki gibi sınıflandırılır: Mekanik karıştırma Kimyasal stabilizasyon (çimento, kireç, uçucu kül, vb.) Bitüm stabilizasyonu Zemin enjeksiyonu Yeni stabilizasyon teknikleri Yol inşaatında genellikle, mekanik karıştırma, zemin-kireç, zemin-çimento, zeminbitüm, zemin-reçine stabilizasyonları daha çok kullanılmaktadır. Mekanik stabilizasyon, iki veya daha fazla farklı zeminin uygun oranlarda karıştırılarak istenilen şartları sağlayan bir zemin haline dönüştürülmesidir. Böylelikle yük altında kalıcı deformasyon olmayan yani stabil bir zemin elde edilmiş olur. Zeminin karıştırılması yolda, sabit veya hareketli bir plentte veya malzeme ocağında yapılır. Karışım yola serilerek klasik yöntemlerle sıkıştırılır. Mekanik karıştırmadaki amaç, gradasyon düzeltmesi, likit limit veya plastisite indeksinin azaltılması, dren kabiliyetinin artırılması, mukavemet ve durabilitenin artırılması, uzun dönemde oturmaların azaltılması ve don duyarlılığının azaltılması olarak sayılabilir. Zeminin kaba malzemesinin miktarı ile gradasyonu ve ince malzemesinin plastisitesi, zemin özelliklerinin iyileştirilmesinde çok önemlidir. Zemindeki maksimum dane boyutunun çok büyük olması işlenebilirliği azaltmakta ve kaba kısmının çok olması da segregasyona neden olabilmektedir. Zemindeki ince danelerin (genellikle No.40 dan geçen kısmı) fazla olması halinde yüksek su içeriğinde karışımı güçleştirmekte ve kuru halde topaklanmalara neden olarak 11

23 homojen karışımlar elde edilememektedir. Zeminde çok ince malzemenin (No.200 den geçen kısmı) fazla olması halinde plastisite ve kohezyon artmaktadır. Uygun olmayan zemine bir başka zemin ve düşük plastisiteli bir malzeme karıştırılarak uygun zeminler elde edilebilmesi için karışımın homojen olması gerekir. Ancak ince kısmı fazla plastisiteli zeminler, özellikle kuru halde iken ufalanmalarının zor olması nedeniyle problem yaratmaktadır. Bu yöntemde karışım oranları için belli bir sistem yoktur. Değişik tip zeminlerin ağırlıkça farklı oranlarda karıştırılarak, özelliklerinin belirlenmesi suretiyle karar verilmektedir (Tunç, 2001). Zemin-çimento stabilizasyonu ise, ufalanması mümkün olan zeminlerin belirli oranlarda çimento ilavesi ile sertleşme başlamadan önce optimum su muhtevasında maksimum yoğunluk elde edilebilecek şekilde sıkıştırılmasıdır. Zemine mukavemet kazandırmak için çimento karıştırıldığında, zeminin kayma mukavemeti artar ve zeminin geçirgenliği azalır. Çimento ile stabilizasyon, sadece tabii zeminler için değil, aynı zamanda kullanılmış veya atık malzemelere mukavemet kazandırılmasında da kullanılır. Genellikle plastisite indeksi 30 dan az olan zeminler ile No.4 elekten (4,76 mm) geçen kısmı, % 45 den fazla olmayan kaba gradasyonlu granüler zeminlerde etkili bir stabilizör olarak kullanılır (Tunç, 2001). Zemin-çimento stabilizasyonu, yol inşaatında daha çok siltli ve killi zeminlere uygulanır. Genellikle stabilizasyonun kalınlığı 0,15 m kadar yapılır. Bunun sebebi karışım makinelerinin daha derin tabakaları etkileyememesidir. Daha kalın stabilizasyon ihtiyacı olduğunda birden fazla tabaka halinde yapılması uygun olur. Zemin-kireç stabilizasyonunda ise, orta, ince ve çok ince daneli zeminlerle kireç reaksiyona girerek, plastisitenin düşmesine, işlenebilirliğin artmasına, şişmenin azalmasına ve mukavemetin artmasına neden olmaktadır. Zemin sınıfı; CH, CL, MH, ML-CL, SC, SM-SC, SM, GC, GM-GC, GM olan ve silt, kil içeren ince gradasyonlu zeminler kireçle stabilize edilerek ıslah edilmeleri mümkün olabilmektedir. Stabilizasyon işleminde karışım oranlarının tespitinden önce malzemelerin fiziksel özelliklerinin saptanması gerekmektedir. Bu özellikler; dane boyutu dağılımı, likit limit ve plastisite indeksi, hava tesirlerine karşı dayanım, Los Angeles aşınma 12

24 kaybıdır. Bu şartlardan biri veya birkaçı standarda uygun değilse, uygun malzeme ilavesi ile standartlara uygun malzeme elde edilir Konu İle İlgili Daha Önce Yapılmış Çalışmalar Ilıcalı (1988), Erdemir cürufunun sahip olduğu kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre bu malzemenin agrega olarak kullanılabilirliğini incelemiştir. Kırılıp elenen cürufa granüler cüruf, bağlayıcı (çimento, kireç) filler olarak portland çimentosu ve bağlayıcı olarak asfalt çimentosu gibi ek malzemeler kullanılarak alttemel ve temel tabakalarındaki etkisi gözlemlenmiştir. Çalışmanın sonunda Erdemir cürufunun sahip olduğu kimyasal ve fiziksel özellikleri bakımından üstyapı tabakalarında kullanılacak agregalarda istenen şartlara uyduğu belirlenmiştir. Kırılmış ve granülometrisi belirlenmiş hava soğutmalı cürufa granüler cüruf katılarak elde edilen bağlayıcısız karışımın mekanik direnci alttemel ve temel tabakalarında aranan değerlerin üstünde bulunmuştur. Belirlenen granülometriyi bozmayacak optimum oranda granüler cüruf ve çok az miktarda bağlayıcı katılarak elde edilen karışımın mekanik direnci yüksek trafikli yolların temel tabakasında aranan mekanik şartları sağladığı görülmüştür. Sonuç olarak belirli mesafedeki şantiyelerde, karayolu üstyapısında Erdemir cürufunun kullanılabilirliğinin ekonomik olarak elverişli olduğu belirlenmiştir. Kizirgil (2001), çalışmada, zemin stabilizasyonunda kullanılan çimentonun belirli bir kısmı yerine, Sivas Demir-Çelik Fabrikası cürufunun kullanılabilirliği araştırılmıştır. Değişik boyutlardaki cüruf, kırılıp, öğütülerek 80 nolu elekten (0,177 mm) elenip hazırlanan zemin ve cüruf malzemeleri üzerinde, laboratuar deneyleri yapılarak fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Zemine değişik oranlarda çimento katılarak optimum su içerikleri belirlendiğinde, karışım % 5 cüruf ilavesiyle optimum su içeriği maksimum değere ulaşmıştır. Çalışmada, zemine % 8 çimento katılarak elde edilen 21,5 kg/cm 2 lik basınç mukavemetinden daha büyük mukavemetler zemine % 4 çimento % 5 cüruf katılmasıyla elde edilmiştir. Fındık (2005), Isparta-Karakaya, Kayseri-Talas, Nevşehir-Göre, Karaman pomzaları ve volkanik cürufun alttemel tabakasında stabilizasyon malzemesi olarak 13

25 kullanılabilirliğini araştırmıştır. Çalışmada her bir hafif agrega malzemesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenmiştir. Numuneler üzerinde dona karşı dayanıklılık, limit deneyleri ve CBR deneyleri yapılarak, malzemelerin alttemel tabakasında mekanik stabilizasyon malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Yapılan çalışmada alttemel tabakasında, pomzanın 0-3 mm arası boyutları, pomzanın en az kullanılan ve atıl denilen boyutu olduğundan, bu aralık kullanılmıştır. Mekanik stabilizasyon işlemi için yöresel malzeme olan Isparta-Karakaya pomzası ile özellikleri bakımından diğer incelenen hafif agregalardan farklı olan volkanik cüruf malzemeleri kullanılmıştır. Granülometrisine bakılarak malzemeler alttemel standart boyutlarında karıştırılmıştır. Karışımlardan % 30 Isparta-Karakaya-ariyet malzemesi ve % 20 volkanik cüruf ariyet malzemesi en uygun değeri vermiştir. CBR deneyi sonuçlarında CBR değeri 79 olan ariyet malzemesinin, % 30 pomza ile karışım sonucundaki CBR değerinin 125,595 e çıktığı ve % 20 volkanik cüruf ile karışım sonucundaki CBR değerinin ise 110 değerine ulaştığı belirlenmiştir. Bu çalışma sonucunda karışımın kullanılması halinde alttemel tabaka malzeme maliyetinin neredeyse yarıya düştüğü görülmüştür. Varlıorpak vd. (1995), Metaş Demir-Çelik Fabrikası cürufunu kullanmıştır. Çalışmada taşıma gücü düşük zeminlerin cüruf katkısı ile zemin özelliklerini iyileştirme işlemi yapılmıştır. Modifeye Proktor ve CBR deneyleri uygulanmış ve katkısız numunelerin başlangıçta % 6 olan CBR değerleri, % 35 (% 32 cüruf + % 3 kireç) katkı ile % 68,5 a çıkmıştır. Sonuçta, yol inşaatında kullanılmayacak özellikteki plastik malzemenin, cüruf katkısı ile kullanılabilecek duruma geldiği görülmüştür. Arm (2002), inşaat yıkım atıklarından elde edilen kırık beton artıklarının yol üstyapısında bağlayıcısız tabakalarda kullanımını araştırmıştır. Gerek laboratuar şartlarında gerekse arazi şartlarında sürdürülen iki yıllık bir çalışma sonucunda, kırılmış beton artıklarının kullanımı ile bağlayıcısız tabakalarda dayanım artışı olduğu tespit edilmiştir. Bu atık malzemelerin ham maddesi beton olduğu için uzun dönemde kendiliğinden-bağlayıcılık özelliği göstermiştir. En yüksek artış ilk bir ay sonunda gerçekleşmiştir. Çalışmada mm ebatlarındaki silindir numuneler 14

26 üzerinde dinamik üç eksenli deneyleri uygulanmıştır. Silindir numuneler vibrokompresör denilen bir alet kullanılarak tek tabaka halinde sıkıştırılmıştır. Bu sıkıştırma yöntemi ile γ kmax a göre % 97 oranında sıkışma sağlanmıştır. Hazırlanan numuneler plastik torbalara konarak kür edilmiş ve kür süresi sonunda dinamik üç eksenli deneyi ile dayanım özellikleri belirlenmiştir. Yılmaz (2008), yaptığı çalışmada endüstriyel atıklardan olan Antalya Ferrokrom Fabrikası atıklarının (FeCr cürufu, SiFeCr cürufu, silis dumanı) yol üstyapısındaki kullanım potansiyelini araştırmıştır. Malzemelerin fiziksel kimyasal özellikleri, mekanik özellikleri ve laboratuar liç davranışı deneysel çalışmalarla belirlenmiştir. Malzemelerin özelliklerinin belirlenmesinde CBR, Proktor, Los Angeles, serbest basınç dayanımı, ultra ses hızı, donma-çözülme dayanımı vb. laboratuar deneylerinin yanı sıra çalışma kapsamında dinamik üç eksenli (DÜE) deney cihazı kullanılmıştır. Geliştirilen deney cihazı ile yol malzemelerinin esneklik modülü, Poisson oranı ve tekrarlı yükler altındaki plastik deformasyonu belirlenmiştir. Sonuç olarak, Ferrokrom (FeCr) ve Silikoferrokrom (SiFeCr) cürufunun fiziksel ve mekanik özellikleri bakımından yol üstyapısının granüler tabakalarında doğal agregaya alternatif olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Ayrıca bir bağlayıcı ile stabilize edilen FeCr cürufunun yüksek basınç dayanımına sahip olması sebebiyle, stabilizasyon temel olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir. Toprakçı (2002), çalışmada tuğla-kiremit atıklarının puzolonik katkılarla yol stabilizasyon malzemesi olarak değerlendirilmesini incelemiştir. Farklı killi zemin numunelerine belli oranlarda öğütülmüş tuğla ve kiremit tozu, kireç, çimento ve tras gibi bağlayıcı maddeler karıştırılarak serbest basınç değerleri belirlenmiştir. Yapılan deneylere göre, malzemelerin serbest basınç değerleri, tuğla tozu-çimento karışımı için maksimum 16,25 kg/cm 2 ve minimum 3,71 kg/cm 2, tuğla tozu-kireç karışımı için maksimum 13,94 kg/cm 2, minimum 2,12 kg/cm 2 olarak bulunmuştur. Kiremit tozu-kireç karışımı için serbest basınç dayanım değerleri maksimum 13,34 kg/cm 2, minimum 1,96 kg/cm 2 olarak, kiremit tozu-çimento karışımı için de maksimum 14,40 kg/cm 2 ve minimum 3,51 kg/cm 2 olarak tespit edilmiştir. 15

27 3 MATERYAL ve YÖNTEM 3.1 Kullanılan Malzemeler Çalışmada, Antalya yöresine ait plastiklik özelliği yüksek killi doğal zemin ve Isparta-Gelincik Pomzasının atık kısmı kullanılmıştır. Aşağıda kullanılan malzemeler hakkında bilgi verilmektedir Isparta-Gelincik Pomzası Volkanik bir malzeme olan pomza, magmanın farklı safhalarında soğuması sonucunda oluşmuştur. Bu da içerisindeki fenokristallerin ve amorf maddelerin miktarını değiştirmektedir. Yapının değişmesi, pomzanın birim hacim ağırlığının ve mühendislik özelliklerinin farklı olmasına neden olmaktadır. Pomza plastik özellik ve aşırı oturma göstermeyen, su ile temas ettiğinde oturma miktarlarında değişiklik olmayan bir malzemedir (Çimen, 2005). Isparta-Gelincik yöresinde kirli beyaz-sarımtırak renkte, kg/m 3 birim ağırlığı sınıfında, ağırlıkça yaklaşık % 7-10 gang (andezit/traki-andezit, kuvars) içeren inşaat sektörü için oldukça kaliteli pomza yatakları mevcuttur (Çizelge 3.1) yılı sonlarına doğru faaliyete geçirilen Gelincik Pomza Ocağında üretim açık işletme olarak sürdürülmektedir. Üst örtüsü dozer ile kaldırılan ve riperlenerek gevşetilen pomzalı katmanlar, 5-10 m lik kademe yüksekliğine sahip basamaklar oluşturmak suretiyle lastik tekerlekli/paletli yükleyiciler ile kazılarak kamyonlara yüklenmekte ve tüvenan malzeme ocak alanındaki eleme tesisine beslenmektedir. Gelincik sahasında yer alan pomza, diğer yörelere göre doku, renk ve birim hacim ağırlık yönünden farklılık göstermektedir. Yöredeki pomza yatakları, Pliyosende volkanik aktivite olarak Gölcük volkanik faaliyetlerine bağlı piroklastik kayaçların havadan yığılma mekanizması ile çökelmesi şeklinde gerçekleşmiştir. Yörenin yüksek kesimlerinde tüf + piroklastik kayaçları içeren formasyonlarının üzerinde, 16

28 çok lokal bir alanda cm kalınlığında inşaat kalitesinde pomza (gri) gözlenmektedir (Davraz, 2005). Çizelge 3.1. Gelincik yöresi pomza kayacının fiziksel özellikleri (Davraz, 2005) Fiziksel Özellikleri Gevşek Birim Hacim Ağırlık (%100 kuru) 356 kg/cm 3 Gevşek Özgül Ağırlık 2,34-2,45 gr/cm 3 Renk Kirli beyaz-sarımtırak Sertlik (Mohs a göre) 5-5,5 Su Emme (%-10 dk lık/2 cm -7,5 cm arası agrega için/ortalama) 36,65 Organik Madde Yok Yabancı Taş (Gang) Oranı 7-10 (Andezit - Traki-andezit) Isparta-Gelincik pomzası SiO 2 oranı bakımından % 60-% 75 sınırları dahilinde olan, aşındırma özelliği yüksek bir pomzadır. Al 2 O 3 oranının % 13-%17 değerleri arasında olması sebebiyle ateşe ve ısıya karşı dayanımı yüksektir (Çizelge 3.2). Çizelge 3.2. Gelincik yöresi pomza kayacının kimyasal bileşenleri (Davraz, 2005) Gelincik Pomzası Kimyasal Bileşenleri % -Ortalama SiO 2 60,50 Al 2 O 3 17,15 Fe 2 O 3 3,38 CaO 4,68 MgO 2,09 Na 2 O 4,30 K 2 O 4,54 TiO 2 0,41 SO 3 0,16 Ateş Zaiyatı < 2,64 İnşaat sektörü açısından bakıldığında, pomza agregasının asidik özellikte olması istenir. Bu özelliği kayaca kazandıran % oranındaki SiO 2 bileşiğidir. Aynı zamanda bu bileşik kayaca aşındırma özelliği kazandırmaktadır. Bu yüzden çeliği rahatlıkla aşındırabilecek bir kimyasal yapı sergileyebilmektedir. % 13-% 17 oranları 17

29 arasındaki Al 2 O 3 bileşimi ise ateşe ve ısıya yüksek dayanım özelliği kazandırmaktadır. Fe 2 O 3 oranının % 1-% 3 gibi düşük bir değerde olması istenir. Na 2 O ve K 2 O tekstil sanayinde reaksiyon özellikleri veren mineraller olarak bilinmektedir (Fındık, 2005) Antalya Malzemesi Bu çalışmada, Antalya Merkez Arapsuyu Mevkiinden alınan traverten ve zemin numunesi esnek üstyapılarda yol taban zemininde kullanımı için incelenmiştir. Antalya malzemesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Malzemenin yüksek şişme potansiyeline sahip olduğu ve bu numunede hakim kil mineralleri mineralojik incelemelerle belirlenmiştir. Uniform olmayan morfoloji, kırmızı renkli kalıntı zeminlerin oluşturduğu önemli bir konudur. Ayrışma düzeyi farklı olabildiğinden ayrışmamış blok, farklı derecelerde ayrışmış kaya ve kalıntı zemin farklı oturmaya neden olabilecektir. Antalya nın pek çok yerinde olduğu gibi, Arapsuyu mevkiinde de görülen kırmızı renkli kalıntı zemin karstik ayrışmaya bağlı olarak oluşmuştur. Karstlaşmaya neden olan asidik su, yüzeyden drene olarak tufanın kalsiyum karbonat bölümlerini ayrıştırarak bileşenleri iyonlar halinde bünyesine alarak uzaklaştırır. Suda çözünemeyen demir gibi bileşenler ise atmosfer ortamında oksitlenerek kalıntı zemini oluşturur. Çalışmada, Antalya Merkez Arapsuyu Mevkiinden alınan zemin numunesi üzerinde laboratuar deneyleri yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda özellikleri belirlenen numunenin karayolunda esnek üstyapılarda yol taban zemini olarak kullanımı incelenmiştir. Yol taban zemini olarak belirlenen Antalya malzemesinin Isparta- Gelincik pomzası ile karıştırılarak mekanik stabilizasyona tabii tutulmuştur. 3.2 Kullanılan Yöntemler Bir karayolu esnek üstyapısının davranışı taban zeminin taşıma gücü ile doğrudan doğruya ilgili olduğundan, taban zemininin üstyapıya istenen desteği sağlayacak şekilde hazırlanması gerekmektedir. Taban zemini üzerine oturan alt temel, temel ve bitümlü kaplama tabakalarından oluşan esnek yol üstyapısının başarısı, belirtilen 18

30 tabakaların ve taban zeminin şartnamelere uygun şekilde projelendirilip gerçekleştirilmesine bağlıdır (Umar ve Ağar, 1991). Yol yapımında üstyapının oturacağı taban zemininin karakteristiklerinin bilinmesi, yolların projelendirilmesi için gereklidir. Bu bölümde malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerini belirlemek için kullanılan deney yöntemleri hakkında detaylı bilgi verilmektedir Elek Analizi Deneyi Elek analizi deneyi, stabilizasyon malzemesi olarak kullanılan Isparta-Gelincik pomzası ve kullanılan plastiklik özelliği yüksek tabii zeminin, dane boyutu dağılımlarının, standartta belirtilen sınırlar dahilinde olup olmadığını belirlemek amacıyla yapılmıştır. Elek analizi ile 0,075 mm den daha büyük danelerin dane boyutu dağılımı bulunmaktadır. 0,075 mm den daha küçük danelerin dane boyutu dağılımı ise hidrometre metoduyla saptanmaktadır. İyileştirme işlemine tabii tutulan killi zeminin dane büyüklüğü dağılımını belirlemek için elek analizi ve hidrometre deneyi yapılmıştır. Elek analizi deneyinde zemin etüvde o C de 24 saat kurutulduktan sonra Karayolları Genel Müdürlüğü nün belirttiği standart elek serisinde elenmiştir. Elek serisi olarak; 3/8, No.4, No.8, No.16, No.40, No.100, No.200 elekleri kullanılmıştır. Her elek üzerinde kalan zemin tartılarak, her elekten geçen ve kalan miktarlar % olarak tespit edilerek kaydedilmiştir Hidrometre Deneyi Hidrometre deneyi malzemenin dane boyutu dağılımını belirlemede, 0,075 mm (No.200) den daha küçük danelerin dane boyutu dağılımını belirlemek amacıyla 19

31 yapılır. Hidrometre deneyi, farklı dane boyutundaki daneciklerin, farklı çökelme hızına sahip olmaları esasından yararlanılarak bulmaya yarar. Hidrometre deneyinde, toprak taneciklerini birbirinden ayırmak ve tekrar birleşmelerini engellemek için bazı ayrıştırıcı çözeltiler kullanılır. Bu çözeltiler Çizelge 3.3 te verilen maddelerden, belirtilen şekilde hazırlanır. Çizelge 3.3. Ayrıştırıcı çözeltide kullanılan tuzlar (Demirel vd., 1999) Kimyasal Adı Katılacak Tuz Miktarı (gr) Formülü Sodyum hegzameta fosfat 40,00 NaPO 3 veya (NaPO 3 ) 6 Sodyum polifosfat 21,60 Na 12 P 10 O 31 Sodyum tripolifosfat 18,80 Na 5 P 3 O 10 Sodyum tetrafosfat 35,10 Na 6 P 4 O 13 Bu tuzlardan Sodyum hegzameta fosfat deneyde belirtilen miktarda tartılarak alınıp, yeteri kadar damıtık su içinde eritilip 1 lt ye tamamlanmıştır. Hidrometre deneyi için No.200 (0,075 mm) elekten geçen ve o C lik etüvde kurutulmuş malzemeden toprağın cinsine göre, hazırlanacak olan süspansiyonda kil boyutundaki danecik miktarı 20 gr/lt den fazla olmayacak miktarda numune alınır. Kil boyutundaki danecik miktarı çok fazla olduğunda, hidrometre deneyinin esası olan Stoke Kanunu geçerli olmaz. Bu nedenle killi topraklarda 50 gr, kumlu topraklarda 100 gr civarında numune yeterlidir (Demirel vd., 1999). Deneyde 0,075 mm (No.200) elekten geçen malzemeden 50 gr kadar alınarak, 250 ml lik behere konup, üzeri hazırlanmış olan ayrıştırıcı çözeltiden 125 ml ilave edilmiştir. İyice karıştırılıp, daneciklerin birbirinden ayrışması için en az 16 saat bekletilmiştir. Numune daha sonra ayrıştırma kabına alınmıştır. Karıştırıcıda danelerine ayrılan karışım, 1 litrelik çökeltme silindirine aktarılmış ve üzeri saf su ile 1 litreye tamamlanmıştır. Bu şekilde hazırlanan karışım, sabit sıcaklığa gelmesi için bir su banyosu içerisinde 1 saat süreyle bekletilmiştir. Karışım, sabit sıcaklığa geldikten sonra çökeltme silindirinin ağzı el ayası ile sıkıca kapatılarak diğer el 20

32 yardımı ile alt-üst edilmek yoluyla 1 dakika süre içerisinde 60 çevirme işlemi yapılmıştır. Ölçekli çökeltme silindiri, düz ve sarsılmayacak bir yere konup, kronometre çalıştırılarak zaman kaydedilmiştir. Çalkalama işleminin bitiminden, yani kronometrenin çalıştırılmasından sonraki 0,25; 0,50; 1; 2; 4; 8; 15; 30; 60; 120; 240; 480 ve 1440 dakikalarda hidrometre okuması alınmıştır. Deney boyunca hidrometre temiz bir su banyosunda bulundurulmuştur. Okumalardan saniye önce hidrometre su banyosundan çıkartılıp, toprak süspansiyonuna daldırılmıştır. Okuma, hidrometre dengeye geldikten sonra ve hidrometrenin çevresinde meydana gelen menüsküsün üst kısmından alınmıştır Özgül Ağırlık Deneyi Özgül ağırlık, belirli hacimdeki numune ağırlığının aynı hacimdeki +4 o C deki suyun ağırlığına oranıdır (Ilıcalı, 1988). Toprak, 4,75 mm (No.4) den daha büyük danelerden oluşuyorsa, İri Agreganın Özgül Ağırlığı ve Absorbsiyonunun Bulunması olarak iki aşamada özgül ağırlık tayin edilir. Toprağın, hem 4,75 mm den büyük hem de küçük taneleri içermesi durumunda, numune 4,75 mm elekten ikiye ayrılır ve her bir kısmın özgül ağırlığı, uygun deney metodu ile bulunur. Numunenin özgül ağırlığı, ince ve iri kısmın bulunan özgül ağırlıklarının ağırlıklı ortalaması alınarak hesaplanır (Demirel vd., 1999). Bu çalışmada kullanılan malzeme 4.75 mm den küçük dane boyutunda olduğundan piknometre deneyi yapılmıştır. Numunenin No.40 (4,75 mm) eleğinden geçen kısmı kurutularak, 100 gr alınmıştır. İnce agrega piknometreye konup, piknometre ile tartılmıştır. Sonra piknometre yarısına kadar damıtık su ile doldurularak 24 saat bekletilmiştir. Bu sürenin sonunda 21

33 piknometre dakika vakuma bağlanarak havası emilmiş, sonra vakumla ilişkisi kesilerek kendi halinde iyice çökmesi beklenmiştir. Üstte tamamen berrak su oluşunca, piknometre damıtık su ile taşıncaya kadar doldurulmuştur. Hava kabarcığı kalmayacak şekilde kapatılıp, piknometre havlu ile iyice kurulanarak tartılıp, kaydedilmiştir. Özgül ağırlık (3.1) deki formülle hesaplanmıştır. W1 γ s = W + W W (3.1) γ s : Özgül ağırlık W 1 : Kuru zemin ağırlığı, gr W 2 : Damıtık su + piknometre ağırlığı, gr W 3 : Damıtık su + piknometre + zemin ağırlığı, gr Likit Limit ve Plastik Limit Deneyleri Kıvam, zemin danecikleri arasında adezyonun derecesine ve zemin kütlesini biçim değiştirmeye ve kırılmaya zorlayan kuvvetlere karşı gösterdiği direnci gösteren bir kavramdır. Farklı zeminler değişik su içeriklerinde değişik kıvamlar gösterirler. Likit limit, zeminin plastik durumdan akıcı duruma geçtiği andaki su içeriğinin sayısal değeridir. Başka bir ifade ile likit limit aletinin (Casagrande cihazı) küre kapağına sıvanan zeminde, standart boyutta açılan bir olukta 25 düşüş sonucunda 1 cm kapanmanın olduğu andaki su içeriğinin sayısal değeridir. 0,425 mm elekten elenen zemin numunesi üzerinde TS 1900 e göre likit limit deneyi yapılarak likit limit değeri tespit edilmiştir. Su içeriği yüzdesi ile darbe adedi arasındaki ilişkiyi gösteren akma eğrisi, yarı logaritmik bir grafik kağıdı üzerine rutubet miktarı aritmetik ölçekli apsis ekseninde ve darbe adetleri logaritmik ölçekli ordinat ekseninde olmak üzere işaretlenmiştir. Akma eğrisi, üç noktanın mümkün 22

34 olduğu kadar yakınından geçen düz bir doğru parçası olarak çizilmiştir. Çizilen bu akma eğrisi üzerinde 25 düşüşe karşılık gelen su içeriği değeri likit limit değeri olarak belirlenmiştir. Plastik limit, zeminin plastik halden yarı katı hale geçtiği andaki su içeriğidir. Zeminin 3 mm çapında silindirik çubuklar biçiminde yuvarlandığında, çubukların yüzeyinde çatlamalar ve kopmalar olduğu andaki su içeriğinin sayısal değeridir. Plastik limit deneyi, 0,425 mm (No.40) elekten geçen kurutulmuş zemin üzerine yapılarak, plastik limit değeri tespit edilmiştir Hava Etkilerine Karşı Dayanıklılık Deneyi (Sodyum Sülfat Dona Karşı Mukavemet Deneyi) Bu deney yöntemi, doygun sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) kullanılarak, uzun zaman hava tesirleri altında kalacak agregaların don ve çözülmeye karşı mukavemetlerinin kısa sürede laboratuarda tayin edilmesini kapsar. Önce sodyum sülfat veya magnezyum sülfat çözeltisi kullanılır. Çözeltinin hazırlanması için saf ve susuz sodyum sülfat tuzu (Na 2 SO 4.10H 2 O) o C sıcaklıktaki su içinde iyice karıştırılarak yavaş yavaş çözülür. Her litre su için en az 250 gr sodyum sülfat tuzu veya en az 750 gr kristalize sodyum sülfat tuzu katılır. Çözelti ayrıca, saf ve susuz magnezyum sülfat tuzu (MgSO 4 ) ve kristalize magnezyum sülfat tuzu (MgSO 4. 7H 2 O) ile de hazırlanabilir. Bu durumda her litre su için 350 gr susuz magnezyum sülfat tuzu veya 1400 gr kristalize magnezyum sülfat tuzu eklenir. Agregalar standartta belirtildiği gibi 19,00 mm, 12,50 mm, 4,75 mm ve 2,00 mm lik eleklerden elenip, her elek üzerinde kalan numuneler yıkanarak, o C de etüvde kurutulmuştur. Her elek üzerinde kalan numunelerden, Çizelge 3.4 de belirtilen miktarlarda tel sepetler üzerine konularak, üzeri en az 2 cm kaplanacak şekilde sodyum sülfat çözeltisi içine daldırılmıştır. Kabın üzeri buharlaşma olmaması için kapatılmıştır. Sıcaklığı 21 o C olan ortamda saat çözelti içinde numuneler bekletilmiştir. Daldırma süresi sonunda numuneler çözeltiden çıkartılarak 5 dakika süzmeye bırakılmış ve o C lik etüvde sabit ağırlığa kadar kurutulmuştur. Numune ikinci kez çözeltiye daldırılarak anlatılan işlemler 5 kez tekrarlanmıştır. Her daldırma süresi sonunda çözeltinin derişimi çözeltiden alınan örnekle kontrol 23

35 edilerek, derişimin aynı oranda kalması sağlanmıştır. Çözeltinin derişiminin azalması durumunda çözeltiye ilk yoğunluğu sağlamak için sodyum sülfat ilave edilmiştir. 5. daldırma işlemi sonunda üç seri yapılan numuneler etüvde kurutulduktan sonra soğutulup, numune çözeltiden tamamen temizleninceye kadar yıkanmıştır. Yıkama suyuna bir miktar baryum klorür (BaCl 2 ) katılarak numunenin tamamen sodyum sülfattan temizlenip temizlenmediği kontrol edilmiştir. Na 2 SO 4 çözeltisinden tamamen arındırılan numuneler o C lik etüvde sabit ağırlığa kadar kurutulup, soğutulduktan sonra dane iriliklerine göre Çizelge 3.4 de belirtilen eleklerden elenip, eleme sonunda her elek üzerinde kalan miktar tartılarak eleklerden geçen kısımlar don kaybı olarak kabul edilmiştir. A: Deneyden önceki ağırlık (gr) B: Deneyden sonraki ağırlık (gr) A B Donma kaybı yüzdesi = *100 A (3.2) (3.2) eşitliğinden her franksiyon için donma kaybı yüzdesi hesaplanıp esas granülometri ile çarpılarak, düzeltilmiş kayıp yüzdeleri bulunmuştur. Bu değerlerin toplamı ise, tüm malzemenin Na 2 SO 4 dan dolayı donma kaybı yüzdesini vermektedir. Çizelge 3.4. Deneye alınacak malzeme miktarları (KGM) Elek Açıklığı (mm) Alınacak Miktar (gr) Deney Sonunda Elendiği elek (mm) arası arası arası arası arası arası arası arası arası arası arası Bundan iri tanelerin elek boyutunun her 25mm artışında üzerinde kaldığı elek 24

36 3.2.6 Los Angeles Aşınma Deneyi Yol üstyapısında kullanılan agregalar kompaksiyon sırasında ve trafik yükleri altında kırılmaya ve aşınmaya karşı dirençli olmalıdır. Agregaların aşınma direncinin tespiti için Los Angeles döner tamburunda deney uygulanmıştır (Şekil 3.1). Aşınma deneyi Isparta-Gelincik pomzası için gerekli eleklerden elenerek, her elek üzerinde kalan agrega, kil tozdan iyice temizleninceye kadar kaldığı elek üzerinde yıkanmıştır. Daha sonra o C de sabit ağırlığa kadar kurutulup kaldıkları elekten tekrar elenmiştir. Hazırlanan numune Çizelge 3.5 te verilen granülometri sınıflarından birine göre tartılıp, kullanılan aşınma sınıfı için yine Çizelge 3.5 ten gerekli küre sayısı bulunmuştur. Çizelge 3.5 Aşınma deneyi numune sınıfları ve aşındırma yükleri Elek büyüklüğü Geçtiği elek (mm) Kaldığı elek (mm) Granülometri sınıfları ve aşınma deneyi için gerekli numune miktarları (gr) A B C D E F G , , , ,5 9, ,5 6, ,3 4, ,75 2, Toplam Tolerans Devir sayısı Kullanılan küre sayısı Yükleme ağırlığı (gr)

37 Şekil 3.1. Los Angeles aşınma deney aleti Hazırlanan numune ve aşındırma yükleri Los Angeles aşındırma makinesine konulmuş ve ağzı sıkıca kapatılmıştır. Makine dakikada devir süratle döndürülecek şekilde, aşınma sınıfı F olan hafif agregalarda 500 devir yaptırılmıştır. Sonra numune makineden çıkarılıp, 12 nolu (1,70 mm) elekten elenmiştir. Elek üzerinde kalan kısım tartılmıştır. Numunenin ilk ağırlığı cinsinden bulunan yüzde, malzemenin aşınma kaybı yüzdesi olarak kaydedilmiştir. A: Numunenin ilk ağırlığı (gr) B: Numunenin son ağırlığı (gr) A B Aşınma yüzdesi = *100 A (3.3) Proktor Deneyi Zeminlerin kuru birim hacim ağırlık-su içeriği ilişkilerinin bulunması, o zeminin belirli bir sıkıştırma enerjisinde maksimum kuru birim ağırlığını ve optimum su içeriği bulmaya yarar. 26

38 Deneyde, iyileştirmeye tabii tutulan killi zemin ve Isparta-Gelincik pomzası o C etüvde kurutulduktan sonra No.4 (4.75 mm) elekten geçirilen zemin üzerinde yapılmıştır. Numuneler, 938,93 cm 3 lük Standart Proktor kalıbına üç eşit tabaka halinde, her tabakaya 2,49 kg ağırlığındaki Standart Proktor tokmağıyla 30,48 cm yükseklikten 25 adet tokmağın düşürülmesiyle sıkıştırılmıştır. Sıkıştırılan numunenin ağırlığı belirlenmiştir. Kuru birim hacim ağırlığı hesaplanmıştır. Su içeriğinin belirlenmesi için kalıba sıkıştırılan numuneden, kalıbın alt ve üstünden bir parça numune alınıp, su içeriği tespit edilmiştir. Bu işlemler farklı su içeriklerinde numune üzerinde yapılmış, proktor eğrisi çizilerek, optimum su içeriği ve maksimum kuru birim hacim ağırlık belirlenmiştir Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) Deneyi Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR), bir zeminin dikkatle kontrol edilen yoğunluk ve rutubet şartları altında daneler arası direncinin bir ölçüsüdür. Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR), belli boyutları olan bir pistonun özel olarak sıkıştırılarak hazırlanmış bir numuneye belirli bir derinliğe kadar batması için gerekli basıncın, aynı pistonun düzgün bir gradasyonu olan kırmataştan hazırlanmış bir numunede aynı batmayı sağlayan basınca oranı olarak tanımlanan ve yüzde olarak ifade edilen bir sayıdır. Numune, standart proktor metoduna göre optimum su içeriği ve maksimum kuru birim ağırlığında, en az iki tane 6 şar kg lık numune olarak hazırlanmıştır. Sıkıştırma metoduna göre 15,24 cm lik CBR kalıbında sıkıştırılacak olan numune, şartnamesinde verilen sıkışmayı sağlayacak şekilde optimum rutubetin tolerans sınırları içindeki bir su içeriğinde, 3 tabaka halinde her tabakaya 2,49 kg lık standart proktor tokmağıyla 56 adet darbe yapılarak sıkıştırılmıştır. Boşlukların tamamen su ile dolduğu en düşük taşıma gücünü yani arazideki doğa koşullarını birebir numunede saptayabilmek için yaş CBR metodu kullanılmıştır. Bu metotla hazırlanan numune 4 gün suda bekletilmiştir. Bekletme süresince numune üzerine arazide üstüne 50 cm lik üstyapı kalınlığı gelecek şekilde Karayolları Genel Müdürlüğü nün belirlediği standartta belirtilen yükü temsil eden 17,16 kg lık (2,27 kg lık ağırlıklarında toplam 8 disk) ağırlık konulmuştur. Çizelge 3.6 da malzeme 27

39 kalınlığına bağlı ağırlıklar verilmiştir. Dört gün boyunca numunedeki şişme miktarı her 24 saatte bir okuma olarak alınmıştır. Dört günün sonunda numune sudan çıkartılıp, 15 dakika serbest suyu drene olduktan sonra CBR deney aletine yerleştirilmiştir (Şekil 3.2). Daha sonra yük ve penetrasyon pistonuna hızı dakikada yaklaşık 1,25 mm (0,50 inç) olacak şekilde yük uygulanmıştır. Standartta belirtilen penetrasyon değerlerinde yük okumaları alınmıştır. Bu değerlerden gerekli düzeltmeler yapılarak basınç-penetrasyon eğrisi çizilmiştir. Basınç-penetrasyon eğrisindeki gerekli düzeltmelerden sonra, 2,54 mm (0,1 inç) ve 5,08 mm (0,2 inç) lik penetrasyonlara karşı gelen düzeltilmiş basınç değerleri yardımıyla Kaliforniya Taşıma Oranı bulunmuştur. 2,54 mm lik penetrasyondaki düzeltilmiş basınç değeri, 70,31 kg/cm 2 ye 5,08 mm lik penetrasyondaki düzeltilmiş basınç değeri ise 105,46 kg/cm 2 lik standart basınç değerlerine oranlanıp 100 ile çarpılarak CBR değerleri bulunmuştur. CBR = (Düzeltilmiş Basınç / Standart Basınç) * 100 (3.4) Çizelge 3.6. CBR deneyinde kullanılan ağırlık diski sayıları Üzerindeki malzeme 2124 cm 3 hacminde kalıp kalınlığı (cm) için ağırlık (kg) 2,27 kg lık ağırlık adedi 10 3, , , , , , , , , , ,

40 Şekil 3.2. Kaliforniya taşıma oranı (CBR) deney aleti Genel olarak 2,54 mm (0,1 inç) batmaya karşı gelen CBR değeri, taşıma oranı olarak alınmaktadır. Eğer 5,08 mm (0,2 inç) batmadaki oran daha büyük ise deney tekrarlanmalıdır. Yine aynı sonuç elde ediliyorsa, 5,08 mm lik batmaya karşı gelen oran CBR değeri olarak alınır Dinamik Üç Eksenli Deneyi Bu deney yöntemi çoğunlukla yol üstyapısının kalınlık hesaplarında (üstyapı tasarımında) malzeme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla kullanılmaktadır. Üstyapı malzemesinin doğrudan mukavemeti yerine üç eksenli deneyi ile tekrarlı yük altında malzemelerin klasik elastisite modülünün tespitinde olduğu gibi esneklik modülü (M r ) tayin edilmektedir. Malzemelerin üç eksenli deney şartlarında tekrarlı yük altındaki gerilme-deformasyon ilişkisi saptanmaktadır. Üç eksenli deneyi gerilme durumu Şekil 3.5 te gösterilmiştir. 29

41 Bu deneyin en önemli özelliği, malzemenin tekrarlı yük şartları altındaki esneklik modülünü tespit etmesidir. Gerçekten de trafik yükleri kaplama vasıtasıyla zemine tekerrürlü yük olarak intikal etmekte ve zeminde yarattığı deformasyonların büyük bir kısmı kalıcı olmayan yani elastik deformasyonlar olmaktadır. Bu nedenle üstyapı tasarımında malzeme özelliklerini temsil etmesi açısından esneklik modülünü kullanmak doğrultusundaki yaklaşımlar daha çok kabul görmektedir. Şekil 3.3 te tekrarlı yüke maruz kalan malzemenin elastik ve plastik şekil değiştirmesi görülmektedir. Esneklik modülü deneyleri için Şekil 3.3 te görülen yük uygulama süresi 0.1 sn ve dinlenme süresi de 0.9 sn olarak standartlarda tanımlanmıştır. Bu 0.1 sn lik süre ortalama 70 km/sa hızla yoldan geçen bir aracın dingil yükünün yolun 70 cm derinliğindeki bir cisme etkime süresini temsil etmektedir. Bu yükleme hızı ancak hidrolik sistemlerde mümkün olabilmektedir. Pnömatik sistemlerde ise yükleme süresi sn arasında değişmektedir. Şekil 3.3 te görülen maksimum yük ile temas yükü arasındaki fark (P maks P temas ) uygulanan deviatör gerilmeyi göstermektedir. Deneyde yükleme süresi, deviatör gerilmenin uygulama süresini (Δt), dinlenme süresi ise deviatör gerilmenin uygulama aralığını (dakikadaki yük uygulama sayısını) ifade ettiğinden gerilmenin büyüklüğünün yanı sıra gerilmenin her bir tekrardaki uygulama süresi ile gerilmenin tekrar aralığı da deneyin sonucu açısından önem taşımaktadır. 30

42 Şekil 3.3. Tekrarlı yükler altındaki plastik ve elastik şekil değiştirmeler Dinamik üç eksenli deneyinde, çevre basıncı ile eksenel gerilmenin numuneye uygulanması Şekil 3.4 teki gibidir. Şekil 3.4. Dinamik üç eksenli deneyindeki yükleme formu 31

43 (Toplam eksenel gerilme) = σ 1 σ 1 - σ 3 (Tekrarlı Deviatör Gerilme) σ 3 σ 3 σ 3 σ 3 Şekil 3.5. Üç eksenli deneyi gerilme durumu Yapılan bu çalışmada dinamik üç eksenli deneyi ile sadece düşey deformasyonlar ölçüldüğünden Esneklik modülü (M r ) bulunmuştur Esneklik Modülü Deneyi Üstyapı malzemesinin doğrudan mukavemeti yerine, dinamik üç eksenli deneyi ile tekrarlı yük altında malzemelerin klasik elastisite modülünün tespitinde olduğu gibi esneklik modülü (M r ) tayin edilmektedir. Malzemelerin üç eksenli deney şartlarında tekrarlı yükler altındaki gerilme deformasyon ilişkisi saptanmaktadır. Üç eksenli ve tekrarlı yük şartlarında test edilen malzemenin esneklik modülü aşağıdaki denklem ile hesaplanır. M r = σ d / ε r (3.2) M r : Esneklik modülü σ d : Deviatör gerilme (σ 1 - σ 3 ) = Toplam eksenel gerilme hücre basıncı ε r : Esnek şekil değiştirme ( Eksenel yönde ) Buradaki, esnek şekil değiştirme değeri, plastik şekil değiştirmenin minimum düzeye indiği andaki esnek şekil değiştirme değeridir. Bu yüzden deney öncesinde en az

44 yükleme tekrarı ile ön yükleme (şartlandırma yüklemesi) yapılmaktadır. Bu sırada numunenin plastik deformasyonunun büyük bir kısmını tamamlaması sağlanır (Şekil 3.6). Şekil 3.6. Tekrarlı yüke maruz kalan malzemenin gerilme-şekil değiştirme grafiği Eğer şartlandırma süresinde eksenel yöndeki toplam kalıcı şekil değiştirme değeri % 5 e ulaşırsa şartlandırmaya son verilir. Numunenin yeterli sıkışmamasına sebep olan sıkıştırma sürecinde doğan nedenlerin tespit edilmesi için sıkıştırma süreci gözden geçirilir Numune Hazırlanması Dinamik üç eksenli deneyinde 100 mm çapında ve 200 mm yüksekliğinde silindir numuneler kullanılmıştır. Plexiglass hücre içerisindeki numuneye hava basıncı ile çevre basıncı uygulanmış, basınç kontrolü (1000 kpa kapasiteli) elektro-pnömatik basınç regülatörü ile yapılmıştır. 33

45 Numuneler hazırlanırken, AASHTO TP46 94, Zeminlerin ve Agrega Malzemelerin Esneklik Modülünün Bulunmasında Standart Deney Yöntemi esas alınmıştır. Bu deney yönteminde 1. Tip ve 2. Tip olmak üzere 2 farklı yöntem vardır. 1. Tip deney yöntemi ince taneli zeminlerin, özellikle taban zemininin esneklik modülünün bulunmasında, 2. Tip ise temel ve alttemel malzemelerinin esneklik modülünün bulunmasında kullanılır. Bu çalışmada kullanılan malzemeler 1. Tip e girmektedir. Optimum su muhtevasında homojen bir şekilde 6 kg kadar hazırlanan numune, maksimum kuru birim hacim ağırlıkta sıkıştırılabilmesi için her tabakaya eşit oranda malzeme gelecek şekilde 5 bölüme ayrılarak hazırlanmıştır. Öncelikle latex membran taban plateninin üzerine geçirilerek sızdırmazlık olmaması için plastik O-ring halkalar etrafına takılmıştır. Membran kalıp içine, yukarı kalan kısmı kalıp yakasının üzerinden arkaya aşacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu arada kalıp üzerindeki vakum vanasından vakum uygulanarak membranın kalıp çeperine yapışması sağlanmıştır. Kalıp tabanına poroz disk ve filtre kağıdı yerleştirilmiştir. Daha sonra birinci hazırlanan yaş malzeme kalıp içine konup, bir spatula ile kalıba yerleşmesi sağlanmıştır. Standart Proktor tokmağıyla 25 darbe yapılarak birinci kademe sıkıştırılmıştır. Sıkıştırılmış tabaka kalınlıkları yaklaşık 5 cm kalınlığında olmalıdır. Daha sonra diğer tabakalarda anlatıldığı şekilde sıkıştırılmıştır. Son tabaka sıkıştırıldıktan sonra kalıp yakası çıkartılarak fazla malzeme kalıp üzerinden bir bıçak ile alınıp numune yüzeyi düzgün hale getirilmiştir. Birim ağırlık tespiti için kalıpla yaş numune birlikte tartılmıştır. Daha sonra numune üzerine filtre kağıdı ve poroz taş ve üst platen yerleştirilmiştir. Latex membran üst platen üzerine saracak şekilde yukarıya kaldırılıp O-ring halkalar ile sızdırmazlığı sağlanmıştır (Şekil 3.7). Daha sonra numune üç eksenli hücresine yerleştirilerek, hücrenin flexiglass çeperi ve onun üzerine de hücre üst kapağı kapatılarak vidalarından sıkılmıştır. Drenaj muslukları açılıp numune deneye hazır hale getirilmiştir (Şekil 3.8). 34

46 Şekil 3.7. Dinamik üç eksenli deney numunesinin hazırlanması Şekil 3.8. Dinamik üç eksenli deney numunesinin hücre içinde görünümü 35

47 Deneyde Uygulanan Gerilmeler Deneylerde, eksenel yönde yarım sinüs (haversine) dalgası şeklindeki tekrarlı yük dalgası uygulanmıştır. Maksimum eksenel yük, tekrarlı yük ile temas gerilmesinin toplamından oluşmaktadır. Temas gerilmesi ise maksimum gerilmenin %10 u mertebesindedir. Deneyde hücre basıncı (kademeli olarak) sabit tutulmuştur. Deneyde yükleme-boşaltma süresi (tekrarlı yükün uygulanma süresi) olarak 1 sn dir. Bekleme süresi de 1 sn dir. Bir yükleme tekrarı 1 sn yükleme + 1 sn bekleme olmak üzere, toplam 2 sn sürmektedir. Temas gerilmesi, deney sırasında yükleme pistonu ile numune üzerindeki platenin sürekli temas halinde olmasını ve tekrarlı yüklerin numuneye uygun bir şekilde etkimesini sağlamaktadır (Şekil 3.9). Şekil 3.9. Uygulanan yarım sinüs dalgası şeklindeki yüklemenin zamanla değişimi AASHTO TP46-94 deney standardının granüler malzemeler için (ince taneli zeminler, özellikle taban zemini) önerdiği yükleme şeması Çizelge 3.7 de görülmektedir. Çizelge 3.7 de görüleceği üzere, öncelikle belirli bir çevre basıncında ve belirli deviatör gerilme altında en az 500 tekrar içeren şartlandırma yüklemesi yapılmaktadır. Şartlandırma yüklemesiyle numune hazırlama aşamasındaki (karıştırma, sıkıştırma vb.) muhtemel farklılıklar varsa, numune içindeki büyük boşluklar giderilmekte ve ayrıca yükleme platenleri ile numune arasında sıkı bir 36

48 temas sağlanmaktadır. Şartlandırmadan sonra numune, tabloda görülen farklı büyüklükteki tekrarlı gerilmelere maruz bırakılır. Çizelge 3.7 deki 15 kademeli yükleme şeması bilgisayar programı aracılığı ile numuneye uygulanmıştır. Her kademede uygulanan 100 tekrarlı yüklemenin son 5 tekrarındaki esnek şekil değiştirme ve deviatör gerilme değerleri M r deney föyüne aktarılmıştır. Esneklik modülü deneyinin ardından hücre içerisinden çıkartılan numuneden su muhtevası için örnek alınmıştır. Çizelge 3.7. AASHTO TP46-94 ince taneli ve taban zemini malzemeleri için (Mr) deney şeması Sıra no Çevre Basıncı Maksimum eksenel gerilme Tekrarlı gerilme Temas gerilmesi kpa psi kpa psi kpa psi kpa psi Tekrar sayısı 0 41,4 6 27,6 4 24,8 3,6 2,8 0, ,4 6 13,8 2 12,4 1,8 1,4 0, ,4 6 27,6 4 24,8 3,6 2,8 0, ,4 6 41,4 6 37,3 5,4 4,1 0, ,4 6 55,2 8 49,7 7,2 5,5 0, ,4 6 68, , ,6 4 13,8 2 12,4 1,8 1,4 0, ,6 4 27,6 4 24,8 3,6 2,8 0, ,6 4 41,4 6 37,3 5,4 4,1 0, ,6 4 55,2 8 49,7 7,2 5,5 0, ,6 4 68, , ,8 2 13,8 2 12,4 1,8 1,4 0, ,8 2 27,6 4 24,8 3,6 2,8 0, ,8 2 41,4 6 37,3 5,4 4,1 0, ,8 2 55,2 8 49,7 7,2 5,5 0, ,8 2 68, ,

49 4 ARAŞTIRMA ve BULGULAR 4.1 Isparta-Gelincik Pomzası Fiziksel Özellikleri Bu çalışmada yol taban zemininin stabilizasyonunda Isparta-Gölcük yöresine ait Gelincik Köyü civarında Isparta-Gelincik Pomzası stabilizasyon malzemesi olarak kullanılmıştır. Isparta-Gelincik-Burdur karayolunun Yakaören-Gölcük ve Gelincik- Burdur yol ayrımından sonraki 6 7. km lerde yolun sağ ve sol tarafında bulunmaktadır. Bu alanda işletilebilecek tüf + pomzanın (görünür) rezervi m 3 civarındadır (Çizelge 4.1). Yöredeki pomza yatağının işletimini ISBAŞ A.Ş. firması yapmaktadır. ISBAŞ A.Ş. Gelincik Ocağından üretilen tüvenan malzemeyi işleyerek, farklı sektörlerde kullanılmasını sağlamaktadır. Gelincik Ocağının muhtelif yerlerinden alınmış pomza içeren tüf numunelerinin elek analizleri (Çizelge 4.2) neticesinde, agrega içerisinde ağırlıkça % arasında değişen oranda yabancı taş (traki-andezit parçaları) ve kirlilik bulunmaktadır. Gang (yabancı taş) 2005 yılı ortalarında ISBAŞ A.Ş. bünyesinde faaliyete geçirilen zenginleştirme tesisinde pomza içerisinden uzaklaştırılmaktadır. Bu duruma göre ortalama tüvenan içerisindeki (ağırlıkça ortalama % 8) gangın (yabancı taş) uzaklaştırılması ve bu esnada (zenginleştirme sürecinde) pomza yüzeyindeki (toprak, kil, silt, tüf, organik materyaller vs.) kirliliklerinde (ağırlıkça ortalama % 3) arıtılması hususu dikkate alınarak, elde edilen son ürünün ağırlıkça dağılımı Çizelge 4.3 teki gibidir. 38

50 Çizelge 4.1. Gelincik pomza ocağı formasyon görünür rezerv bilgileri (Davraz, 2005) Birim Adı Mostra (Ort.) Boy En Kalınlık m m m Ağırlıkça Oran (-3 (+3mm) mm) % % ax100 bx100 Kabarma Katsayısı (k) Gerçek Hacim (m3) Kuru B.H.A. (ton/m3) Ürünler (ton) Pomza (+3 mm) Kum (- 3 mm) Toprak ,00 1, I. Pomza Seviyesi ,5 0,30 0,70 1, , II. Pomza Seviyesi Tüf (-3 mm) ,30 0,70 1, , Toprak ,5 0,00 0,00 1, Kırmızı Tüf ,20 0,80 1, , III. Pomza Seviyesi ,5 0,50 0,50 1, , Toprak ,5 0,00 0,00 1, IV. Pomza Seviyesi ,40 0,60 1, , Blok- Lapilli V. Pomza Seviyesi ,5 0,00 0,00 1, ,35 0,65 1, , Dekapaj 18, Tüvenan Maden Tüvenan Maden Örtü Kazı Oranı 2,11 +3 mm Pom. Örtü Kazı Oranı 0,30 Toplam Çizelge 4.2. Gelincik pomza ocağından üretilen hammaddenin (genel) elek analizi (Davraz, 2005) Lokasyon Pomza % Gang % Kirlilik % Toplam % 3-7 9,32 5,24 1,84 16,48 Gelincik ,61 0,59 0,40 2,60 Ocağı >11 9,13 2,93 0,64 12,70 TOPLAM 20,06 8,76 2,88 31,70 39

51 Çizelge 4.3. Gelincik ocağından üretilen tüvenan malzeme içerisindeki ürün dağılımı (Davraz, 2005) Grup Tane Boyutu (mm) % Oran Miktar (kg) >50 mm 0,30 3,0 >11 mm mm 1,71 17, mm 1,22 12, mm 5,76 57,6 Toplam tekstil amaçlı ürün 8,99 89,9 >11 mm mm 0,14 14, mm 7-11 mm 1,61 16,1 3-7 mm 3-7 mm 9,32 93,2 Agrega amaçlı ürün 11,07 110,70 Tüf 0-3 mm 68,30 683,0 Çimento katkı ürünü (Puzolan) 68,30 683,0 Andezit agrega >3 mm 8,76 87,6 Yabancı Taş 8,76 87,6 Kirlilik 2,88 28,8 TOPLAM 100, ,0 Bu duruma göre Gelincik Ocağından üretilen 1 ton tüvenan malzeme (tüf + pomza) içerisinden son ürün olarak; 89,90 kg muhtelif boyutta tekstil pomzası, 110,70 kg konsantre hafif agrega, 683,00 kg tüf (puzolan malzeme) türü ürün ve atık madde olarak 87,60 kg yabancı taş, 28,80 kg kil-silt elde edilebilmektedir (Davraz, 2005). 4.2 Yapılan Deneyler ve Sonuçları Isparta-Gelincik Pomzası Isparta-Gelincik pomzasının atık kısmının boyutları Çizelge 4.3 te görüldüğü üzere 0-3 mm arasındadır. Yapılan bu çalışmada, plastik özelliği yüksek killi taban 40

52 zemininin iyileştirilmesinde, 0-3 mm boyutlardaki pomza kullanılmıştır. Isparta- Gelincik pomzasının fiziksel özelliklerini belirlemek açısından, bu malzeme üzerinde dona karşı mukavemet deneyi, limit deneyleri, aşınma (Los Angeles) deneyi ve Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) deneyleri yapılmıştır. Isparta-Gelincik pomzasının, ocakta tüf içerisinden elenmiş kısmının elek analizi yapılmıştır (Çizelge 4.4). Yapılan elek analizine göre granülometrisi çizilmiş ve Şekil 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.4. Isparta-Gelincik pomzasının elek analizi sonuçları Agrega Tane Boyutu (mm) % Geçen 76,2 98,17 38,1 65,60 25,4 34,67 19,1 15,05 9,5 9,02 4,8 7,15 2,4 6,08 1,2 5,15 0,3 4, % Geçen ,2 38,1 25,4 19,1 9,5 4,8 2,4 1,2 0,3 Agrega Tane Boyutu (mm) Şekil 4.1. Isparta-Gelincik pomzasının elek analizi grafiği 41

53 Isparta-Gelincik pomzasına, taban zemini standartlarında gerekli olan deneyler yapılmış ve Çizelge 4.5 ve Çizelge 4.6 daki deney sonuçları belirlenmiştir. Yapılan özgül ağırlık deneyi sonucunda Isparta-Gelincik pomzasının özgül ağırlığı 2,35 olarak bulunmuştur (Çizelge 4.5). Deney sonuçlarına göre; Aşınma (Los Angeles) değerinin % 29 olduğu ve taban zeminleri için istenilen standartlarda % 50 den küçük çıkmıştır. Sağlamlık deney sonucuna 46,51 bulunmuştur. Taban zemininin kıvam limitleri, likit limit ve plastisite indeksi özellikleri incelendiğinde Isparta- Gelincik pomzasının plastik olmayan özellikte olduğu görülmektedir. Esnek üstyapılarda yol taban zemininin her ne kadar plastiklik değerinin düşük olması istense de plastik olmayan bir malzemenin yol taban zemininde kullanımı taban zemininin esnekliğini olumsuz yönde etkiler. Bu sebeple yol taban zemininde kullanılacak olan malzemenin 0-15 aralığında plastik olması istenmektedir. Bu bakımdan plastik ve likit limit değerleri Çizelge 4.6 da gösterilen standart sınır değerleri arasında olması gerekmektedir. Malzemenin Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) değerine bakıldığında standartta belirtilen, taban zemini için CBR: % 10 değerinden yüksek bulunmuştur. Bu sonuçlara göre, plastik olmayan Isparta-Gelincik pomzası plastik özelliği yüksek ve CBR değeri düşük bir zemini iyileştirmede kullanılabilecek özellikte olduğu görülmektedir. Çizelge 4.5. Isparta-Gelincik pomzası özgül ağırlık sonucu Kuru Zemin Ağırlığı (W 1 ) Su + Piknometre Ağırlığı (W 2 ) W 1 + W 2 Su + Piknometre + Zemin Ağırlığı (W 3 ) W 1 + W 2 W 3 W1 Özgül Ağırlık = γ s = W + W W gr 762,58 gr 812,58 gr 791,26 gr 21,32 gr 2,35 Özgül Ağırlık 2,35 42

54 Çizelge 4.6. Isparta-Gelincik pomzası ile yapılan analiz bulguları Isparta-Gelincik Pomzası Deney Sonuçları Standart Sınır Değerleri Sağlamlık (Na 2 SO 4 ) Deneyi 46,51 yok Aşınma (Los Angeles) 29 % 50 Likit Limit Plastik Olmayan 40 Plastisite İndeksi Plastik Olmayan 15 Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) 26,52 CBR % Stabilize Edilecek Malzeme ve Özellikleri Antalya Malzemesi Plastik Özelliği Yüksek Zemin Antalya yöresinden alınan malzemenin öncelikle esnek üstyapılarda yol taban zemini malzemesi olarak kullanılabilirliğini standartta belirtilen deneyler yapılmıştır. İlk olarak malzemenin granülometrisini belirlemek amacıyla elek analizi deneyi yapılmıştır (Çizelge 4.7). Çizelge 4.7. Antalya malzemesi elek analizi sonuçları Elek Açıklığı Ağırlıkça Geçen (%) 3/8 98 No.4 96 No.8 95 No No No No Elek analizine No.200 altına malzemenin % 85 i geçtiğinden No.200 elek altındaki malzemenin dane boyutu dağılımını belirlemek için hidrometre deneyi yapılmıştır (Çizelge 4.8). Hidrometre deneyi sonucunda Çizelge 4.8 e bakıldığında malzemenin dane boyutunun çok küçük olduğu görülmektedir. Hidrometre deneyinde geçen zamana göre alınan hidrometre okumalarında fark ancak 1440 dk (24 saat) sonra azalma göstermiştir. Buradan malzemenin kil olmasından dolayı danelerin çökmesi 43

55 çok yavaş olmuştur. Elek analizi ve hidrometre deneyleri sonucunda malzemenin granülometri eğrisi çizilerek Şekil 2.1 de gösterilmiştir. Çizelge 4.8. Antalya numunesi için hidrometre deneyi sonuçları Geçen zaman (dk) Hidrometre Okuması (R h1 ) R h =R h1 +C m R h H r D=k. H r /t Alınan numuneye göre yüzde (R h /50) Ana numuneye göre yüzde 0, ,3 0,0772 0,98 0,83 0, ,9 0,0565 0,90 0, ,9 0,0422 0,78 0, ,9 0,0313 0,66 0, ,0 0,0232 0,52 0, ,7 0,0169 0,44 0, ,5 0,0127 0,34 0, ,0 0,0092 0,28 0, ,5 0,0066 0,22 0, ,5 0,0047 0,22 0, ,7 0,0033 0,20 0, ,2 0,0024 0,14 0, ,3 0,0014 0,12 0, Elekten Geçen % ,5 4,75 2,36 0,425 0,075 0,0772 0,0565 0,0422 0,0313 0,0232 0,0169 Dane Çapı (mm) Şekil 4.2. Antalya numunesi granülometrisi 44

56 Malzemenin, hidrometre deney bulgularının hesaplanabilmesi için No.40 (0,425 mm) elek altı kısmı için özgül ağırlık deneyi yapılmıştır. Yapılan özgül ağırlık deneyi sonucuna göre Antalya malzemesinin özgül ağırlığı 2,73 olarak belirlenmiştir. Buna göre malzemenin plastik özellikte ve killi olmasından dolayı dane boyutunun çok küçük olmasının da etkisiyle pomzaya göre daha yoğun olduğu görülmektedir. Çizelge 4.9 da özgül ağırlık deneyi sonucu görülmektedir. Çizelge 4.9. Antalya malzemesi özgül ağırlık deneyi sonucu Kuru Zemin Ağırlığı (W 1 ) Su + Piknometre Ağırlığı (W 2 ) W 1 + W 2 Su + Piknometre + Zemin Ağırlığı (W 3 ) W 1 + W 2 W 3 W1 Özgül Ağırlık = γ s = W + W W gr 763,04 gr 863,04 gr 826,39 gr 36,65 gr 2,728 Özgül Ağırlık 2,73 Antalya numunesi üzerinde, yol taban zemini için standartta verilen deneyler uygulanarak sonuçlar incelenmiştir. Malzemenin sıkıştırılmasında önemli bir bulgu olan maksimum kuru birim ağırlık optimum su muhtevası için standart proktor deneyi yapılmıştır. Malzemeye ait maksimum kuru birim ağırlık optimum su muhtevası Şekil 4.3 te görülmektedir. 45

57 1,7 Kuru Birim Hacim Ağırlık (t/m3) 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 proktor Su Muhtevası (%) Şekil 4.3. Antalya numunesi proktor eğrisi Şekil 4.3 te görüleceği üzere Antalya numunesinin maksimum kuru birim ağırlığı 1,62 t/m 3, optimum su muhtevası ise % 22 olarak bulunmuştur. Ayrıca, yine bu malzeme likit limit, plastik limit ve CBR deneyleri yapılarak, deney sonuçları Çizelge 4.10 da gösterilmiştir. Çizelge Antalya malzemesi ile yapılan analiz bulguları Antalya Numunesi Deney Sonuçları Standart Sınır Değerleri Likit Limit (LL) 52 < 40 Plastisite İndeksi (PI) 36 < 15 Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) 6,78 CBR % 10 Antalya numunesinin CBR değeri standardın belirlediği % 10 CBR değerinden çok düşük çıkmıştır. Ayrıca likit limit ve plastisite indeksi değerleri standartta istenilen değerlerden çok yüksektir. Bu durumda, iyileştirme işlemi yapılmadan taban zemini malzemesi olarak kullanılamamaktadır. Antalya malzemesi üzerinde yapılan deneyler neticesinde yüksek plastikliği ve çok düşük CBR değerinden dolayı taban zemininde kullanılmaya uygun bir malzeme olmadığı belirlenmiştir. Ancak bu malzeme üzerinde yapılacak olan mekanik stabilizasyon ile taban zemininde kullanılabilecektir. İncelenen plastik olmayan pomza göz önünde tutulduğunda, bu 46

58 türlü bir malzeme ile stabilizasyon sonucunda Antalya malzemesi kullanılabilir hale getirilebilir Antalya Malzemesinin Esneklik Modülü (M r ) Deney Bulguları Buraya kadar yapılan ve yukarıda değerlendirilen deney sonuçları, yol taban zemininde kullanılacak bir malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerini belirlemeye yönelik deneylerdir. Bu deneylerin sonuçlarına göre Antalya numunesinin yol taban zemininde kullanılamayacağı belirlenmiştir. Ancak, kıvam limitleri, proktor, CBR deneyleri tek başına malzeme davranışını belirlemekte yeterli olmamaktadır. Dinamik yüklerin de temsil edildiği gelişmiş deney yöntemleri ile bu temel bulguların desteklenmesi gerekmektedir. Bu amaçla çalışmada tekrarlı yüklemeli üç eksenli deney cihazı ile gerçekleştirilen deney bulgularına yer verilmiştir. Antalya numunesi üzerine yapılan Esneklik modülü deney bulguları Çizelge 4.11 de verilmiştir. Bu deney bulgularından bağlı olarak Esneklik modülü-deviatör gerilme arasındaki ilişki Şekil 4.4 te ve Esneklik modülü-toplam gerilme ilişkisi ise Şekil 4.5 te grafik olarak gösterilmiştir. Deney bulgularına bakıldığında Antalya numunesinin en yüksek Esneklik modülü değeri 41,4 kpa çevre basıncında 155 MPa olarak bulunmuştur. Çevre basıncı azaldıkça Esneklik modülü değeri de azalmaktadır. Yine toplam gerilmenin Esneklik modülüyle değişimine aynı çevre basıncında bakıldığında Esneklik modülü arttıkça toplam gerilme azalmaktadır (Şekil 4.5). 47

59 Çizelge Antalya numunesi esneklik modülü deney bulguları εrx microstrain εrx, % Yük. Basamakları σ c, Çevre Basıncı (kpa) σd, Deviator Gerilme (kpa) MR (MPa) θ, Toplam gerilme, (kpa) Ort. Normal gerilme - 0, ,4 24,97 155,00 149,17 49, ,77 0, ,4 48,00 116,00 172,20 57, ,94 0, ,4 71,00 66,00 195,20 65, ,60 0, ,4 89,63 50,01 213,83 71, ,63 0, ,4 101,00 39,00 225,20 75,067 54,49 0, ,6 24,00 130,00 106,80 35, ,07 0, ,6 51,12 98,73 133,92 44, ,16 0, ,6 70,83 63,02 153,63 51, ,15 0, ,6 89,60 48,85 172,40 57, ,23 0, ,6 105,00 40,00 187,80 62,600 38,79 0, ,8 24,74 120,00 66,14 22, ,20 0, ,8 52,00 92,51 93,40 31, ,40 0, ,8 73,00 60,19 114,40 38, ,46 0, ,8 91,00 45,89 132,40 44, ,00 0, ,8 104,00 38,00 145,40 48,467 Şekil 4.4. Esneklik modülü deviatör gerilme grafiği 48

60 Şekil 4.5. Esneklik modülü toplam gerilme grafiği 4.4 Stabilizasyon İşlemi Antalya Malzemesinin Isparta-Gelincik pomzası ile Stabilizasyon İşlemi Plastik özelliği yüksek olan Antalya malzemesinin plastiklik özelliğini düşürmek, taşıma gücünü artırmak amacıyla, plastik olmayan özellik gösteren ve CBR değeri yüksek olan Isparta-Gelincik pomzası, çeşitli oranlarda karıştırılmak suretiyle plastisite indeksi ve likit limit değerleri incelenmiştir. Karışıma ilk olarak % 10 pomza ilavesi ile başlanmıştır. Daha sonra karışımdaki pomza oranı % 10 artırılarak malzemenin likit limit ve plastik limit değerlerinin standart değerlerine ulaştığı noktaya kadar bu işleme devam edilmiştir (Çizelge 4.12). Isparta-Gelincik pomzasında likit limit ve plastisite indeksi değerlerine en uygun % 40 pomza-antalya malzemesi karışımında elde edilmiştir. Bu karışımın sıkıştırılmasında büyük bir etken olan maksimum kuru birim ağırlık-optimum su muhtevası değerlerinin belirlenmesi için % 10, % 20, % 30 ve % 40 karışım oranlarında standart proktor deneyi yapılarak, proktor eğrileri çizilmiştir. Karışımlara ait maksimum kuru birim ağırlık-optimum su muhtevası değerleri proktor eğrilerinden belirlenmiştir. Karışımın standart proktor deney bulgularından yararlanılarak, yaş CBR deneyleri uygulanmıştır. Yine % 10, % 20, % 30 ve % 40 49

61 karışımlar için CBR değerleri belirlenmiştir. Çizelge 4.12 den görüleceği gibi deney sonuçlarında % 40 karışım için likit limit 35, plastisite indeksi 19 olarak tespit edilmiştir. Likit limit değeri standardın belirlediği LL: 35<40 olarak bulunmuştur. % 40 karışım için plastisite indeksi standart sınır değerin üzerinde bulunmuştur. Ancak malzemenin % 40 dan sonraki karışım oranlarında likit limit ve plastisite indeksi değerlerinde önemli ölçüde düşüşler gözlenmektedir (Çizelge 4.12 ve Şekil 4.7). CBR değerlerine bakıldığında ise, % 40 karışımda CBR = % 10 olarak bulunmuş ve standardın taban zeminleri için belirlediği CBR % 10 değerini sağladığı belirlenmiştir (Çizelge 4.12). Bu durumda % 40 karışımda malzeme yol taban zemininde kullanılabilecek özellikte olduğunu göstermiştir. Ayrıca, bu karışım değerleri için yapılan standart proktor deneyi bulguları Çizelge 4.13 te verilmiştir. Çizelge Isparta-Gelincik pomzası ile Antalya malzemesinin karışım deneyi bulguları % Karışım Likit Limit Plastisite İndeksi CBR Standart - < 40 < Orijinal Numune ,78 10 % ,97 20 % ,90 30 % ,28 40 % ,00 50

62 12 10 % CBR Değerleri % Karışım CBR Şekil 4.6. İyileştirme işleminde karışımın CBR değerlerinin değişimi 60 Likit limit ve plastisite indeksi % Karışım Likit limit Plastisite indeksi Şekil 4.7. Karışımın likit limit ve plastisite indeksi bulgularının değişimi 51

63 Çizelge Isparta-Gelincik pomzası ile Antalya malzemesi Standart Proktor Deney Bulguları Maksimum kuru birim ağırlık (t/m 3 ) Optimum su muhtevası % Isparta-Gelincik pomzası 1,18 29,0 Orijinal Numune 1,62 22,0 10 % 1,60 17,0 20 % 1,58 18,5 30 % 1,53 18,3 40 % 1,46 18, Isparta-Gelincik Pomzası ile Antalya Malzemesi Karışımının Esneklik Modülü (M r ) Deney Bulguları Karışımlar için yapılan mekanik deneylerin yanı sıra, bu % 10, % 20, % 30 ve % 40 pomza-antalya malzemesi karışımları için dinamik üç eksenli deneyleri de yapılmıştır. Dinamik üç eksenli deney numuneleri proktor kalıbı ile sıkıştırılarak, her bir karışım için dinamik üç eksenli deneyler yapılmıştır. Yapılan deney bulguları Çizelge Çizelge Çizelge Çizelge 4.17 de verilmiştir. Elde edilen verilere ait Esneklik Modülü Toplam Gerilme ve Esneklik Modülü Eksenel Şekil Değiştirme Grafikleri Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil 4.13 de gösterilmiştir. Esneklik Modülü deney bulgularına bakıldığında, % 10, % 20, % 30 ve % 40 karışımlarda, Esneklik Modülü nün en yüksek değeri % 10 ve % 20 pomza-antalya malzemesi karışımında elde edilmiştir. % 10 karışımda Esneklik Modülü maksimum değerine ulaşmış, % 20 karışımda çok az bir düşüşten sonra % 30 ve % 40 karışımlarda pomza miktarının artmasına bağlı olarak çok fazla bir azalma gözlemlenmiştir. Ancak, % 40 pomza-antalya numunesi karışımında dahi Esneklik 52

64 Modülü, orijinal numunenin Esneklik Modülü değerinden fazladır. % 10 karışım için bulunan değer incelendiğinde, Esneklik Modülünün formülü olan Eşitlik 4.1 den yararlanılarak, çevre basıncı sabit tutulursa, 41,4 Kpa lık çevre basıncında toplam gerilme arttıkça, Esneklik modülü azalmaktadır. Bu çevre basıncı (41,4 Kpa) değerinde Esneklik Modülü ,43 Mpa değeri arasında değişmiştir. Esneklik Modülü 250 Mpa dan 138,43 Mpa a azalırken, toplam gerilme (θ) 147,20 Kpa dan 238,20 Kpa a yükselmiştir. 27,6 Kpa çevre basıncında Esneklik Modülü ,59 Mpa, 13,8 Kpa çevre basıncında ise en düşük değeri ,65 Mpa a azalmaktadır. Deney sonuçlarından anlaşılacağı üzere, çevre basıncının Esneklik Modülü üzerindeki etkisi çok fazla belirgindir. Deviatör gerilmenin sabit tutulduğunu düşünürsek, Çizelge 4.13 den görüldüğü gibi çevre basıncı (σ c ) arttıkça, Esneklik Modülü değeri artmış ve en yüksek değerine 41,4 Kpa çevre basıncına ulaşmıştır. Malzeme üzerinde çevre basıncı arttıkça, uygulanan gerilme de artış göstermiştir. Çevre basıncının artması, numune üzerinde eksenel şekil değiştirmeyi de zorlaştırmaktadır. En çok eksenel şekil değiştirme (ε rx ) % 10 karışım için 13,8 Kpa çevre basıncında, en az ise 41,4 Kpa çevre basıncında görülmüştür. Buna göre, karışım malzemesi plastik özelliği yüksek ve ince daneli bir malzeme olduğundan çevre basıncı yüksek olduğunda esnekliğinin artacağı ve yüzeyine gelen gerilmenin artacağı bellidir. Bu durumda Esneklik Modülü verilerine bakıldığında, bu malzemenin yüzeye yakın değil de daha çok derinlerde kullanılması daha iyi olacaktır. Malzemenin derinde olması durumunda çevre basıncı artacağından Esneklik Modülü artacaktır. Malzemenin, mekanik stabilizasyonla karayolunda taban zemininde kullanılması alttemel, temel gibi tabakalarda kullanılmasına göre daha faydalı ve ekonomik olacaktır. 53

65 Çizelge % 10 karışım için esneklik modülü deney bulguları εrx (microstrain) εrx,(%) Yük. Basamakları σc, Çevre Basıncı (KPa) σd, Deviator Gerilme (kpa) MR (MPa) θ, Toplam gerilme, (kpa) Ort. Normal gerilme 71,39 0, ,4 23,00 250,00 147,20 49, ,23 0, ,4 49,00 208,79 173,20 57, ,74 0, ,4 72,00 176,51 196,20 65, ,48 0, ,4 90,00 153,29 214,20 71, ,52 0, ,4 114,00 138,43 238,20 79,400 84,28 0, ,6 25,00 230,00 107,80 35, ,23 0, ,6 53,00 204,00 135,80 45, ,80 0, ,6 70,00 167,74 152,80 50, ,72 0, ,6 93,00 149,82 175,80 58, ,53 0, ,6 107,00 134,59 189,80 63,267 73,49 0, ,8 23,00 222,00 64,40 21, ,92 0, ,8 50,89 203,00 92,29 30, ,42 0, ,8 71,00 162,93 112,40 37, ,99 0, ,8 92,95 143,00 134,35 44, ,36 0, ,8 112,01 132,65 153,41 51,137 Çizelge % 20 karışım için esneklik modülü deney bulguları εrx microstrain εrx, % Yük. Basamakları σc, Çevre Basıncı (kpa) σd, Deviator Gerilme (kpa) MR (MPa) θ, Toplam gerilme, (kpa) Ort. Normal gerilme 49,27 0, ,4 23,84 240,00 148,04 49, ,15 0, ,4 51,62 190,00 175,82 58, ,64 0, ,4 74,00 148,32 198,20 66, ,41 0, ,4 88,00 114,36 212,20 70, ,57 0, ,4 108,00 99,00 232,20 77,400 61,69 0, ,6 24,55 230,00 107,35 35, ,31 0, ,6 52,21 175,00 135,01 45, ,20 0, ,6 76,00 130,94 158,80 52, ,98 0, ,6 89,00 111,95 171,80 57, ,37 0, ,6 109,15 97,00 191,95 63,985 73,41 0, ,8 23,72 190,00 65,12 21, ,72 0, ,8 52,87 156,58 94,27 31, ,96 0, ,8 77,00 120,24 118,40 39, ,65 0, ,8 92,00 104,63 133,40 44, ,73 0, ,8 112,00 94,04 153,40 51,133 54

66 Çizelge % 30 karışım için esneklik modülü deney bulguları εrx microstrain εrx, % Yük. Basamakları σc, Çevre Basıncı (kpa) σd, Deviator Gerilme (kpa) MR (MPa) θ, Toplam gerilme, (kpa) Ort. Normal gerilme 286,11 0, ,4 35,00 135,00 159,20 53, ,20 0, ,4 64,00 95,00 188,20 62, ,34 0, ,4 80,00 72,72 204,20 68, ,08 0, ,4 98,60 64,55 222,80 74, ,66 0, ,4 118,75 61,31 242,95 80, ,20 0, ,6 34,00 122,00 116,80 38, ,89 0, ,6 61,00 82,00 143,80 47, ,48 0, ,6 82,07 65,99 164,87 54, ,50 0, ,6 100,15 61,00 182,95 60, ,83 0, ,6 117,04 56,79 199,84 66, ,05 0, ,8 34,63 116,00 76,03 25, ,33 0, ,8 60,00 77,00 101,40 33, ,30 0, ,8 81,05 60,00 122,45 40, ,59 0, ,8 97,00 54,00 138,40 46, ,98 0, ,8 119,76 50,18 161,16 53,721 Çizelge % 40 karışım için esneklik modülü deney bulguları εrx microstrain εrx, (%) Yük. Basamakları σc, Çevre Basıncı (kpa) σd, Deviator Gerilme (kpa) MR (MPa) θ, Toplam gerilme, (kpa) Ort. Normal gerilme 178,16 0, ,4 32,00 175,00 156,20 52, ,40 0, ,4 59,79 135,00 183,99 61, ,65 0, ,4 78,95 109,86 203,15 67, ,40 0, ,4 98,82 90,22 223,02 74, ,93 0, ,4 118,00 85,20 242,20 80, ,52 0, ,6 35,00 150,00 117,80 39, ,36 0, ,6 57,58 108,04 140,38 46, ,76 0, ,6 79,40 94,26 162,20 54, ,35 0, ,6 100,00 88,06 182,80 60, ,86 0, ,6 119,21 83,77 202,01 67, ,00 0, ,8 34,00 140,00 75,40 25, ,33 0, ,8 61,00 100,88 102,40 34, ,51 0, ,8 81,00 85,61 122,40 40, ,16 0, ,8 98,53 81,94 139,93 46, ,22 0, ,8 120,00 78,76 161,40 53,800 55

67 Şekil 4.8. Esneklik modülü toplam gerilme grafiği Şekil 4.9. Esneklik modülü toplam gerilme grafiği 56

68 Şekil Esneklik modülü toplam gerilme grafiği Şekil Deviatör gerilme eksenel şekil değiştirme grafiği 57

69 Şekil Deviatör gerilme eksenel şekil değiştirme grafiği Şekil Deviatör gerilme eksenel şekil değiştirme grafiği 58

70 5 TARTIŞMA VE SONUÇLAR Karayolu esnek üstyapılarında araçlardan oluşan trafik yükleri ve kaplama, temel ve alttemel tabakalarından oluşan yükler yolun tesviye yüzeyi altındaki taban zemini intikal ettiğinden dolayı, taban zemininin yapımı ayrı bir önem taşımaktadır. Yol taban zemini inşasında genellikle o yöredeki doğal zemin kullanılmaktadır. Doğal zeminin her zaman istenilen özellikleri taşımayabileceği aşikardır. Dolayısıyla taban zemininin istenilen standartlarda olmaması durumunda, o yöredeki başka bir malzemeyle iyileştirilmesi ekonomik yönden büyük fayda sağlayacaktır. Bu çalışma kapsamında Isparta yöresine ait Gelincik pomzasının atık kısmı yol taban zemini stabilizasyonu için kullanılmıştır. Araştırmada taban zemininde pomzanın 0-3 mm arası boyutları kullanılmıştır. Çünkü bu boyut aralığı pomzanın en az kullanılan ve atıl denilebilecek kısmıdır. Volkanik faaliyetler sonucunda ani soğuma ile boşluklu yapıya sahip olan ve hafif agregalar sınıfına giren Isparta-Gelincik pomzasının ilk olarak fiziksel özellikleri incelenmiştir. Pomza üzerinde dona karşı dayanıklılık, sağlamlık (aşınma), likit limit ve plastisite indeksi ve CBR deneyleri yapılmıştır. Bu deney sonuçlarına göre pomzanın plastik olmayan bir malzeme olduğu ve aşınma değeri bakımından yol taban zemini standartları içinde % 29 değerinde dona karşı dayanımının %. 46,51 değerinde, sınır değerinden yüksek ve taşıma oranı bakımından CBR = % 26,52 > % 10 standart sınır değerinden çok yüksek bulunması, stabilizasyon malzemesi olarak kullanılabileceğini belirlemiştir. Yol taban zemini olarak kullanılan Antalya malzemesi üzerine yapılan deneylerde ise, malzemenin likit limit değeri 52, plastisite indeksi 36 olarak belirlenmiştir. Standart sınır değerin çok üzerinde olduğundan plastik özelliği çok yüksek ve taşıma oranı bakımından ise CBR = % 6,78 < % 10 değerinden çok düşük olduğundan yol taban zemini malzemesi olarak kullanılabilecek özellikte değildir. Bunun neticesinde Antalya malzemesi plastik olmayan ve taşıma oranı yüksek olan Isparta-Gelincik pomzası ile mekanik stabilizasyon işlemine tabi tutulmuştur. İlk olarak Antalya malzemesine belirli oranlarda pomza ile karıştırılarak, (% 10, % 20, % 30 ve % 40) 59

71 likit limit ve plastisite indeksi değerleri belirlenmiştir. Ayrıca taşıma oranını belirlemek için CBR deneyi yapılmıştır. Bu karışım oranlarında, yol taban zemininde kullanılabilecek malzeme özelliği % 40 karışım olarak uygun olduğu belirlenmiştir. % 40 Antalya malzemesi-pomza karışımında yapılan deney sonuçları Çizelge 4.12 de görüleceği gibi, likit limit 35, plastisite indeksi 19 olarak belirlenmiştir. % 40 karışım değerinde likit lmit ve plastisite indeksi değerleri standardın belirlediği sınır değerlere çok yakındır. Ancak karışımdaki pomza oranının artmasına bağlı olarak likit limit ve plastisite indeksinde de önemli derecede azalma gözlenmiştir. CBR taşıma değerine bakıldığında % 40 karışım için CBR: % 10 olarak bulunmuştur. Yol taban zemininde kullanılabilecek malzemenin Karayolları Genel Müdürlüğüne göre CBR % 10 şartını sağladığı görülmüştür. Karışımın taşıma gücü bakımından taban zemininde kullanılabilecek özellikte olduğu görülmektedir. Aynı zamanda bu deneylerin yanında malzemenin esnekliğini belirlemek için dinamik üç eksenli deneyi yapılmıştır. Yapılan üç eksenli deneylerle Antalya malzemesi, % 10, % 20, % 30 ve % 40 karışım oranları için esneklik modülü ve eksenel şekil değiştirme değerleri belirlenmiştir. Esneklik modülü % 10 - % 20 karışım değerlerinde en yüksek MPa değerlerini vermiştir. Esneklik modülü değerleri farklı çevre basınçlarında belirlendiği için, en yüksek Esneklik modülü değeri, en fazla çevre basıncında (41,4 kpa) tespit edilmiştir. Buna göre malzemenin yolun taban zemininde kullanılması sonucu çevre basıncı artacağından, yolun alt tabakalarında kullanılması açısından faydalı olacağını göstermektedir. Sonuç olarak, yol taban zemini malzemesine belirli oranlarda hafif agrega malzemesi karıştırıldığında karışımın CBR değeri önemli ölçüde artış göstermiştir. CBR deneylerinde, esnek üstyapıların yol taban zemini için en uygun % 40 karışım oranı olduğu belirlenmiştir. Karışımın esnekliği yönünden bakıldığında dinamik esaslı dinamik üç eksenli deneyi sonucu ise % 10 ve % 20 karışım değerlerinde Esneklik modülü en yüksek değerleri sağlamış ve daha sonraki % 30 ve % 40 karışım oranlarında bir miktar düşmüştür. Malzemenin yol taban zemininde kullanılması açısından statik esaslı CBR deneyi ile dinamik esaslı dinamik üç eksenli deneyi farklı statik ve dinamik deneyler olduğundan farklı kategorilerde değerlendirilmiştir. Buna 60

72 göre yapılan deneyler sonucunda esnek üstyapılarda yol taban zemini malzemesi olan Antalya malzemesinin yerel Isparta-Gelincik pomzasının atık kısmı ile karıştırılarak, % 40 Antalya malzemesi Isparta-Gelincik pomzası karışımı ile karayolu esnek üstyapılarında yol taban zemini malzemesi olarak değerlendirilebileceği sonucu ortaya çıkmaktadır. 61

73 6 KAYNAKLAR Ağar, E., Umar, F., Yol Üstyapısı, İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul. Alataş, T., Yıldırım, B., Afşin-Elbistan Termik Santrali Uçucu Külünün Yol Stabilizasyonunda Kireç ile Birlikte Kullanımı. Endüstriyel Atıkların İnşaat Sektöründe Kullanılması , Eskişehir. Çimen, Ö., Pomzanın Mühendislik Karakteristikleri ve Yüksek Plastisiteli Bir Kilin Stabilizasyonunda Kullanılması, Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi, , Isparta. Davraz, M., Isparta Gelincik Yöresi Pomzalarının Endüstriyel Önemi, Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi, 23-32, Isparta. Demirel, Z., Kadıoğlu, M., Aray, S., Orhan, F., Alp, A., Toprak ve Stabilizasyon Laboratuarı El Kitabı. K.G.M. 180s. Ankara. Fındık, F.S., Karayolu Esnek Üstyapıları Alttemel Tabakasının Stabilizasyonunda Hafif Agregaların Kullanılabilirliği, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans Tezi, 73s, Isparta. Gündüz, L., Deniz, V., Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi. Isparta. Gündüz, L., I. Isparta Pomza Sempozyumu, Isparta Ilıcalı, M., Özen, H., Asfalt ve Uygulamaları İstanbul Büyükşehir Belediyesi,Bilimsel Yayın No: 1, 280s., İstanbul. Ilıcalı, M., Karayolu Üstyapısında Erdemir Cürufunun Kullanılabilirliğinin Araştırılması. Y.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 152s. İstanbul. Keskin, S.N., Çimen, Ö., Killi Zeminlerin Mühendislik Özelliklerinin İyileştirilmesinde Pomza Kullanımının Araştırılması, I. Isparta Pomza Sempozyumu, , Isparta. Kizirgil, M.E., Sivas Demir-Çelik Fabrikası Cürufunun Yol Stabilizasyonunda Kullanılmasının Araştırılması. Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans Tezi, 46s. Elazığ. Önal, M.A., Kahramangil, M., Bitümlü Karışımlar Laboratuar El Kitabı. K.G.M. 200s. Ankara. Özaydın, K., Zemin Mekaniği, Yıldız Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü. Özbayoğlu, F., Gürel, A., Nevşehir Pomzalarının Puzolonik Maddeler Katkısı ile Yol Stabilizasyonunda Kullanılması, I. Isparta Pomza Sempozyumu, , Isparta. 62

74 Sağlık, A., Güngör, A.G., Karayolları Esnek Üstyapılar Projelendirme Rehberi, K.G.M. 126s. Ankara. Sezgin, M., Davraz, M., Pomza Endüstrisine Sektörel Bir Bakış, Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi, 9-22, Isparta. Şenol, A., Bin-Shafique, S., Edil, T.B., Benson, C.H., Use of Class C Fly Ash for Stabilization of Soft Subgrade, Arı the Bulletin of the İstanbul Technical University, , İstanbul. Tunç, A., Yol Mühendisliğinde Geoteknik ve Uygulamaları, Atlas Yayın Dağıtım. Yayın No: 22. İstanbul. Tunç, A., Yol Malzemeleri ve Uygulamaları, Atlas Yayın Dağıtım, Yayın No: 01, İstanbul. Varlıorpak, Ç., Tanyel, S., Eren, A., Yol Üst Yapımında Cüruf Kullanımı, Endüstriyel Atıkların İnşaat Sektöründe Kullanılması Sempozyumu, ss: , Ankara. Yılmaz, A., Ferrokrom ve Silikoferrokrom Cürufları İle Silis Dumanının Yol Üstyapısında Kullanımının İncelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 220s, Isparta. 63

75 EKLER 64

76 Ek 1. Isparta-Gelincik pomzası üzerinde taban zemini standardına göre yapılan deneyler Çizelge EK Los Angeles aşınma deneyi sonuçları ve hesabı Elek Aralığı (mm) Numunenin ilk ağırlığı (gr) Numunenin son ağırlığı (gr) Aşınma Kaybı (%) Elek Aralığı (mm) Numunenin ilk ağırlığı (gr) Numunenin son ağırlığı (gr) Aşınma Kaybı (%) Los Angeles Aşınma yüzdesi = 28, ,60 2 = 28,90 % 29 65

77 Çizelge EK Dona karşı dayanıklılık (sodyum sülfat) deney sonuçları ve hesabı Isparta Gelincik 1 Elek aralığı (mm) Orijinal numunenin gradasyonu % Deneyden önceki ağırlık (gr) Deneyden sonraki ağırlık (gr) Donma kaybı % Orijinal gradasyona göre düzenlenmiş donma kaybı 4,75 2,36 16, ,00 11,20 9,50 4,75 21, ,67 8,71 12,5 9,50 25, ,15 14,27 19,0 12,5 35, ,27 12,96 99,98 47,14 Isparta Gelincik 2 Elek aralığı (mm) Orijinal numunenin gradasyonu % Deneyden önceki ağırlık (gr) Deneyden sonraki ağırlık (gr) Donma kaybı % Orijinal gradasyona göre düzenlenmiş donma kaybı 4,75 2,36 16, ,5 69,5 11,80 9,50 4,75 21, ,0 37,67 8,07 12,5 9,50 25, ,5 47,42 12,27 19,0 12,5 35, ,0 45,97 16,43 99,98 48,57 Isparta Gelincik 3 Elek aralığı (mm) Orijinal numunenin gradasyonu % Deneyden önceki ağırlık (gr) Deneyden sonraki ağırlık (gr) Donma kaybı % Orijinal gradasyona göre düzenlenmiş donma kaybı 4,75 2,36 16, ,5 65,5 11,12 9,50 4,75 21, ,0 33,0 7,07 12,5 9,50 25, ,0 39,39 10,19 19,0 12,5 35, ,5 43,21 15,44 99,98 43,82 Ortalama : 46,51 66

78 Çizelge EK Isparta-Gelincik pomzası CBR deneyi sonuçları ve hesabı Penetrasyon (mm) Standart Yük (kg/cm 2 ) TAŞIMA ORANI (CBR) Okunan Yük Düzeltilmiş CBR Okunan Yük Düzeltilmiş CBR (μm) (kn) (kg/cm 2 ) kg/cm 2 % (μm) (kn) (kg/cm 2 ) kg/cm 2 % , ,077 0,40 6 0,153 0,79 1, ,255 1, ,332 1,71 1, ,587 3, ,740 3,82 2, ,097 5,67 13,34 19, ,250 6,46 13,02 18,60 3, ,709 8, ,862 9,62 3,75 95,5 2,435 12, ,550 13,18 4, ,137 16, ,213 16, ,5 3,914 20,23 28,41 27, ,953 20,43 27,27 25,97 5, ,667 24, ,667 24,12 6, ,355 27, ,304 27,41 6, ,044 31, ,865 30,31 7, ,707 34, ,477 33,47 ORTALAMA CBR = % 26,52 Şekil EK Isparta-Gelincik pomzası CBR deneyi grafiği 67

79 Ek 2. Antalya malzemesi üzerinde taban zemini standardına göre yapılan deneyler Çizelge EK Antalya malzemesi kıvam limitleri sonuçları NUMUNENİN ÖZELLİĞİ: Antalya malzemesi Islak Num.+ Tara: 32,54 36,26 Kuru Num. + Tara: 31,8 35,32 Su Miktarı: 0,74 0,94 Tara: 27,13 29,59 Kuru Zemin: 4,67 5,73 Su Muhtevası: 15,85 16,40 Vuruş Sayısı: Islak Num. + Tara: 40,43 35,51 42,49 Kuru Num. + Tara: 35,32 32,92 38,42 Su Miktarı: 5,11 2,59 4,07 Tara: 25,77 27,55 30,27 Kuru Zemin: 9,55 5,37 8,15 Su Muhtevası: 53,51 48,23 49,94 Plastik Limit: 16% Likit Limit: 52% Plastisite İndeksi: 36 Plastik Limit Likit Limit Şekil EK Antalya malzemesi likit limit grafiği 68

80 Çizelge EK Antalya malzemesi CBR deneyi sonuçları ve hesabı Penetrasyon (mm) Standart Yük (kg/cm 2 ) Okunan Yük TAŞIMA ORANI (CBR) Düzeltilmiş CBR Okunan Yük Düzeltilmiş CBR μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % , ,459 2, ,408 2,11 1, ,663 3,43 24,5 0,625 3,23 1, ,867 4, ,765 3,95 2, ,969 5,01 5,01 7, ,867 4,48 4,48 6,40 3, ,020 5, ,944 4,88 3, ,071 5,53 39,5 1,007 5,21 4, ,122 5, ,046 5, ,5 1,160 6,00 6,00 5,71 42,5 1,084 5,60 5,60 5,33 5, ,199 6,19 43,5 1,109 5,73 6,25 48,5 1,237 6, ,148 5,93 6, ,250 6, ,173 6,06 7, ,5 1,288 6, ,199 6,19 ORTALAMA CBR = % 6,775 Şekil EK Antalya malzemesi CBR deneyi grafiği 69

81 Ek 3. Karışımlar üzerinde taban zemini standardına göre yapılan deneyler Çizelge EK % 10 Karışım için kıvam limitleri sonuçları NUMUNENİN ÖZELLİĞİ: %10 Gelincik Pomzalı kil Islak Num.+ Tara: 36 33,5 32,5 Likit Limit Plastik Limit Kuru Num. + Tara: Su Miktarı: 1 0,5 0,5 Tara: 27 29,5 27,5 Kuru Zemin: 8 3,5 4,5 Su Muhtevası: 12,50 14,29 11,11 Vuruş Sayısı: Islak Num. + Tara: 70,5 72,5 68,5 Kuru Num. + Tara: Su Miktarı: 7,5 7,5 6,5 Tara: 47, Kuru Zemin: 15, Su Muhtevası: 48,39 46,88 50,00 Plastik Limit: 13% Likit Limit: 48% Plastisite İndeksi: 35 Şekil EK % 10 Karışım için likit limit grafiği 70

82 Çizelge EK % 20 Karışım için kıvam limitleri sonuçları NUMUNENİN ÖZELLİĞİ: %20 Gelincik Pomzalı kil Islak Num.+ Tara: 26,5 27 Likit limit Plastik Limit Kuru Num. + Tara: 25,42 25,92 Su Miktarı: 1,08 1,08 Tara: 21,62 21,72 Kuru Zemin: 3,8 4,2 Su Muhtevası: 28,42 25,71 Vuruş Sayısı: Islak Num. + Tara: 35, ,5 Kuru Num. + Tara: 31,34 32,6 31,85 Su Miktarı: 4,16 5,4 7,65 Tara: 22,34 22,13 17,97 Kuru Zemin: 9 10,47 13,88 Su Muhtevası: 46,22 51,58 55,12 Plastik Limit: 27% Likit Limit: 54% Plastisite İndeksi: 27 Şekil EK % 20 Karışım için likit limit grafiği 71

83 Çizelge EK % 30 Karışım için kıvam limitleri sonuçları NUMUNENİN ÖZELLİĞİ: %30 Gelincik Pomzalı kil Islak Num.+ Tara: 33,31 32,29 Likit Limit Plastik Limit Kuru Num. + Tara: 32,44 31,48 Su Miktarı: 0,87 0,81 Tara: 27,74 26,98 Kuru Zemin: 4,7 4,5 Su Muhtevası: 18,51 18,00 Vuruş Sayısı: Islak Num. + Tara: 32,89 36,18 33,41 Kuru Num. + Tara: 28,64 32,02 29,58 Su Miktarı: 4,25 4,16 3,83 Tara: 17,43 22,13 20,94 Kuru Zemin: 11,21 9,89 8,64 Su Muhtevası: 37,91 42,06 44,33 Plastik Limit: 18% Likit Limit: 42% Plastik İndeksi: 24 Şekil EK % 30 Karışım için likit limit grafiği 72

84 Çizelge EK % 40 Karışım için kıvam limitleri sonuçları NUMUNENİN ÖZELLİĞİ: % 40 Gelincik Pomzalı kil Islak Num.+ Tara: 32,05 31,84 Likit Limit Plastik Limit Kuru Num. + Tara: 31,29 31,16 Su Miktarı: 0,76 0,68 Tara: 26,71 26,98 Kuru Zemin: 4,58 4,18 Su Muhtevası: 16,59 16,27 Vuruş Sayısı: Islak Num. + Tara: 27,46 35,42 28,4 Kuru Num. + Tara: 24,93 31,98 25,59 Su Miktarı: 2,53 3,44 2,81 Tara: 17,97 22,13 17,43 Kuru Zemin: 6,96 9,85 8,16 Su Muhtevası: 36,35 34,92 34,44 Plastik Limit: 16% Likit Limit: 35% Plastisite İndeksi: 19 Şekil EK % 40 Karışım için likit limit grafiği 73

85 Çizelge EK % 10 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı Penetrasyon (mm) Standart Yük (kg/cm 2 ) TAŞIMA ORANI (CBR) Okunan Yük Düzeltilmiş CBR μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % , , CBR : % 6,97 Şekil EK % 10 Karışım için CBR deneyi grafiği 74

86 Çizelge EK % 20 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı Penetrasyon (mm) Standart Yük kg/cm 2 Okunan Yük TAŞIMA ORANI (CBR) Düzeltilmiş CBR Okunan Yük Düzeltilmiş CBR μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % ,53 7, ,53 7, ,57 7, ,64 7, ORTALAMA CBR = % 7,90 Şekil EK % 20 Karışım için CBR deneyi grafiği 75

87 Çizelge EK % 30 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı TAŞIMA ORANI (CBR) Standart Okunan Yük Düzeltilmiş CBR Penetrasyon (mm) Yük (kg/cm 2 ) (μm) (kn) (kg/cm 2 ) kg/cm 2 % , ,536 2,77 1, ,893 4,61 1, ,020 5,27 2, ,122 5,80 5,80 8,28 3, ,199 6,19 3, ,275 6,59 4, ,352 6, ,428 7,38 7,38 7,03 5, ,505 7,78 6, ,556 8,04 6, ,607 8,30 7, ,658 8,57 ORTALAMA CBR = % 8,28 Şekil EK % 30 Karışım için CBR deneyi grafiği 76

88 Çizelge EK % 40 Karışım için CBR deneyi sonuçları ve hesabı TAŞIMA ORANI (CBR) Standart Okunan Yük Düzeltilmiş CBR Okunan Yük Düzeltilmiş CBR Penetrasyon (mm) Yük kg/cm 2 μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % μm kn kg/cm 2 kg/cm 2 % , ,281 1, ,561 2,90 1, ,714 3, ,918 4,74 1, ,020 5, ,148 5,93 2, ,250 6,46 6,88 9, ,326 6,85 6,85 9,79 3, ,479 7, ,454 7,51 3, ,658 8, ,556 8,04 4, ,811 9, ,658 8, ,964 10,15 10,33 9, ,785 9,22 9,22 8,78 5, ,066 10, ,887 9,75 6, ,168 11, ,964 10,15 6, ,270 11, ,040 10,54 7, ,372 12, ,321 11,99 ORTALAMA CBR = % 9,81 Şekil EK % 40 Karışım için CBR deneyi grafiği 77

89 Esneklik modülü deney bulguları (log grafikler) Şekil EK Esneklik modülü deviatör gerilme logaritmik grafiği Şekil EK Esneklik modülü deviatör gerilme logaritmik grafiği 78

90 Şekil EK Esneklik modülü deviatör gerilme logaritmik grafiği 79

91 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı : Yücel KAVLAK Doğum Yeri ve Yılı : Ankara-1982 Medeni Hali : Bekar Yabancı Dili : İngilizce Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl) Lise : Kalecik Lisesi (Süper Lise) Lisans : SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü 80