KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPISININ PROJELENDĐRĐLMESĐ; D KARAYOLU ÖRNEĞĐ

Transkript

1 MYO-ÖS Ulusal Meslek Yüksekokulları Öğrenci Sempozyumu EKĐM 2010-DÜZCE KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPISININ PROJELENDĐRĐLMESĐ; D KARAYOLU ÖRNEĞĐ Ercan ÖZGAN 1, Sercan SERĐN 1, Şebnem SARGIN 1, Đlhan ARSLAN 1 1 Teknik Eğitim Fakültesi Düzce Üniversitesi - DÜZCE ercanozgan@duzce.edu.tr sercanserin@duzce.edu.tr sebnemsargin@duzce.edu.tr ilhanarslan66@hotmail.com ÖZET Bu çalışmada, AASHO metodu kullanılarak D nolu karayolunun esnek üstyapı olarak projelendirilmesi yapılmıştır. Bu amaçla Düzce- Akçakoca arası D karayolunun yıllık ortalama günlük trafik (YOGT) değerleri Karayolları 4. Bölge Müdürlüğünden alınarak esnek üstyapı projelendirilmesinde kullanılmıştır. Metotta YOGT değerlerinin yıllık artış miktarları, taban zeminin taşıma gücü (CBR) değerleri, projelendirme süreleri, esnek üstyapının projelendirme durumu göz önüne alınarak standart abaklardan ve yapılan deneylerden elde edilen veriler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Esnek Üstyapı, ASSHO Metodu, D GĐRĐŞ Bir yol üstyapısı, değişik elemanlardan oluşur. Bu elemanlar üstyapının proje ömrü boyunca emniyetli bir şekilde ve her türlü iklim koşulları altında hizmet verebilmesini ayrıca çok sayıda aracın üzerinden geçmesini sağlayacak koşulları yerine getirebilmelidir [1]. Yeni yol üstyapısının projelendirilmesinde amaç, proje süresi boyunca, üzerinden geçen trafiği, büyük deformasyonlara, çatlamalara maruz kalmadan, güvenli bir şekilde taşıyabilecek üstyapının toplam kalınlığının ve tabakaların tek tek kalınlıklarının belirtilmesi, kullanılacak malzemelerin özelliklerinin saptanmasıdır [2]. Diğer mühendislik yapılarına göre yollar bazı farklılıklar gösterirler. Yollar sonsuz uzunluktadır ve üstyapının oturduğu taban zemini bir noktadan diğerine değişebilir. Yol üstyapısını oluşturan tabakalar farklı özellik taşıyan malzemelerden yapılmıştır. Sonuçta karışık bir sistem ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle üstyapı projelendirilmesi inşaat mühendisliğinin en karışık ve en çok araştırmaya gereksinim duyan bir konusu olmaya devam etmektedir [2]. Yolun yapısal olarak amacı, yola gelen gerilme ya da basıncın yapıya olan etkisini azaltmayı sağlamaktır. Bir yolun üzerindeki bir araç teker ve yol yüzeyi arasında küçük temas alanı üzerinde doğrudan bir yük ya da gerilme uygular. Araç hareket ettiği zaman, yüzeyin pürüzlülüğünün de etkisiyle aracın aşağı yukarı hareketiyle ilave dinamik gerilmeler de eklenir. Bu, yol boyunca araç hareketiyle yüzeye bir çekiçleme etkisi yapmaktadır [1]. Esnek üstyapılarda, günümüzde görülmekte olan yoğun trafik artışı 20 yıllık projelendirmede dikkate alınmaktadır (genelde yıllık %2). Bununla birlikte, bir yol proje ömrünü sağlayabilir ve eğer doğru bir şekilde inşaat yapılırsa, bütün malzemeler gerekli standartta seçilirse, proje şartnamelerine uyulursa yeterli taşıma kapasitesine ulaşılacaktır [1]. 1

2 Bu nedenle esnek üstyapılar tasarlanırken bu yükleri karşılayabilecek özellikte olmasına özen gösterilmektedir. Esnek üstyapıların projelendirilmesinde AASHO metodu, Grup indeksi metodu, CBR metodu kullanılabilir. Tabakalı bir sistem olan esnek üstyapının yük taşıma kapasitesi, sistemi oluşturan tabakaların üstyapı direncine katkısı ve yükü yayabilme özelliklerine dayanır. Đyi projelendirilmiş bir üstyapıda tabakalar tarafından yayılan yük, tabana ulaştığında tabanın, büyük deformasyonlara maruz kalmadan taşıyabileceği bir düzeye düşürülmüş olacaktır [2]. Bu çalışmada AASHO metodu kullanılarak D karayolu için örnek bir üstyapı hesabı yapılmıştır. 2. ESNEK ÜSTYAPILAR Esnek üstyapılar (asfalt kaplamalar) için uygun ve ekonomik bir tasarım, diğer mühendislik yapılarının analizi kadar önem taşımaktadır. Yetersiz dizayn edilmiş bir üstyapı, normalden daha kısa bir süre içinde bozulacak ve onarım maliyetleri çok yüksek olacaktır. Kaynak israfına yol açacak aşırı dizayn durumunda ya da dizayn için uygun ve ekonomik olmayan malzemelerin seçilmesi halinde, doğru mühendislik standartlarına ters düşülecek ve gereksiz yere sınırlı bütçenin tüketilmesi durumu ortaya çıkacaktır [3] Esnek Kaplamaların Yapısı Bir asfalt kaplama yapısı, asfalt-agrega karışımı tabakalar ile taban ya da tabii zemin arasındaki granüler agrega, taban tabakalarından meydana gelmektedir. Gelecekteki bakım problemlerinin azaltılması amacıyla, en ekonomik yöntem, üstyapı inşaatı öncesinde taban zeminin uygun şekilde tesviye etmek ve sıkıştırmaktadır. Yoğunluk gereksinimleri, karayolları, havaalanı ve ağır tekerlek yükü taşıyan tesislere göre değişiklik göstermektedir. Dolayısıyla, tavsiye edilen düzeyde bir taban zemini hazırlığının gerçekleştirilmesi amacıyla, özel dizayn kılavuzlarına başvurmak gerekir [3]. Şekil 1. Esnek Üstyapıda Tipik Tabakalar [4] Sonuçta, tüm trafik yüklerini taşıyan tabaka tabii zemindir. Dolayısı ile bir üstyapının yapısal fonksiyonu, kaplama yüzeyi üzerindeki tekerlek yükünü taşımak ve tabii zemininin taşıma gücünü ya da üstyapının içsel mukavemetini aşmadan, bu yükü yayarak, tabii zemine aktarmaktadır (Şekil 2) [3]. 2

3 Şekil 2. Esnek Üstyapıda Yük Dağılımı[4] Şekildeki tekerlek yükü, lastik aracılığı ile yaklaşık üniform düşey bir basınç ile kaplama yüzeyine iletilmektedir. Bundan sonra kaplama, tekerlek yükünü geniş bir tabii zemin alanı üzerine dağıtmakta ve böylece tabii zemin üzerindeki maksimum basınç azalmaktadır. Üstyapı malzemelerinin, uygun üstyapı kalınlıklarıyla birlikte doğru şekilde seçilmesiyle, bu yük, tabii zemin (taban) tarafından kolayca taşınabilecek derecede küçük olacaktır AASHO Metodu Bu metot AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials - Amerikan Devlet Karayolları Görevlileri Birliği) tarafından Illinois eyaletinin Ottawa kentinde yapılan deneme yolu sonuçlarından yararlanılarak hazırlanmıştır. Deneme yolu yılları arasında inşa edilmiş olup yolda çeşitli tip ve kalınlıkta kaplamalar ve küçük açıklıklı köprüler mevcuttur. Yolun, farklı dingil yüklerini içeren trafik altındaki davranışı ve hizmet düzeyi 2 yıl boyunca gözlenmiştir. Ölçümler sonunda elde edilen veriler bilgisayarlardan da yararlanmak suretiyle değerlendirmeye tabi tutulmuş, mevcut diğer projelendirme yöntemleri ile teorik bilgileri destekleyen yeni bir projelendirme yöntemi önerilerek "AASHO Projelendirme Geçici Rehberi" adı altında 1961 de yayınlanmış ve 1972 de rehberin ikincisi baskısı yapılmıştır [2]. Bu metot ile esnek üstyapıların projelendirilmesi kısmen deneyimlere dayandırılmakla beraber, taban zemini taşıma gücü, trafik dingil yükleri ve tekerrürü ile yerel koşullar, ayrıca üstyapıda kullanılan malzemelerin birbirlerine oranla direnç özellikleri de hesaba katılmaktadır [2]. AASHO yol deneyinden yararlanılarak üstyapı kalınlıklarının hesabında kullanılmak üzere, üstyapıya etkiyen faktörleri içine alan "AASHO Deney Yolu Denklemi" kurulmuştur. AASHO yönteminde kaplamanın performansı servis yeteneği kavramı ile tanımlanmaktadır. Mevcut servis yeteneği indeksi (PSI) Eşitlik 1 de verilmiştir. PSI = Log (1 + SV) 1.38RD C + P 2 (1) SN = a + (2) 1D1 + a2d2 a3d3 log[(4.2 Pt ) /( )] 1 LogW 8.2t = 9.36 log( SN + 1) log + 0,372( S 3) 5.19 i (3) [1094 /( SN + 1) ] R 3

4 Burada; RD : Her iki teker izindeki ortalama derinliği (inç), SV : Ortalama eğim değişiminin 106 ile çarpımı, C : Çatlakları (her 1000 ft² de çatlakların alanı), P : Yamaları (her 1000 ft² de yapılan yama alanı), a : Her bir tabakanın izafi mukavemet katsayısı, i D i : Kaplama, temel ve alt temel tabaka kalınlıkları, SN: Kaplama yapısal sayısıdır. W 8. 2t : 8,2 ton tek dingil yükünün nihai servis yeteneğine erişmesi için gerekli toplam tekerrür sayısı, SN: Düzeltilmiş kaplama yapısal sayısı, S : Kaplamanın üzerine oturduğu zeminin izafi taşıma gücü, i P t : Nihai servis yeteneği indeksi, R : Bölgesel faktör [5]. 3.VERĐLER Bu çalışmada D 655 karayolunun 01 nolu kesimi için Karayolları 4. bölge Müdürlüğünden alınan yıllık ortalama günlük trafik (Y.O.G.T) değerleri esas alınmıştır. Taban zemininin CBR değeri % 5 olması durumuna göre esnek üstyapının projelendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Tablo 1. Yola Ait Bazı Veriler Yol şerit sayısı Devlet yolu 2 2 = 4 Bölge faktörü R 1,0 Tablo 2. Proje başlangıç yılındaki (2009) trafik değerleri (Y.O.G.T) Kamyon 1110 Treyler 710 Otobüs 150 Otomobil 4556 Tablo 3. Yıllık trafik artış yüzdeleri Kamyon ve Treyler % 5 Otobüs ve otomobil için % 4 4.BULGULAR 4.1. ASSHTO Metodu Đle Esnek Üstyapının Projelendirilmesi Yol 4 şeritli devlet yolu olduğuna göre P t = 2,5 alınır. 20 yıllık analiz süresi için yoldan geçecek trafik sayısı trafik artış katsayıları kullanılarak hesaplanır. 4

5 Tablo Yıllık Analiz Süresi Đçin Yoldan Geçecek Trafik Sayısı Taşıt Grubu Đlk Trafik (Yıllık Toplam) Yıllık Artış % f 20 Yıllık Toplam Trafik (Đlk Trafik f) Kamyon 1110x365= % 5 33, Treyler 710x365= % 5 33, Otobüs 150x365=24750 % 4 29, Otomobil 4556x365= % 4 29, t t =t 0 (1+r) t ve t p =0,4343(t t -t 0 )/(logt t /t 0 ) formülleri kullanılarak da tablo 4.2. deki değerler bulunur. Tablo Yıllık Analiz Süresi Đçin Yoldan Geçecek Trafik Sayısı Taşıt Grubu Đlk Trafik Günlük (t 0 ) Son Trafik (Günlük) (t t ) Ortalama Günlük Trafik Proje Trafiği (t p ) 20 Yıllık Toplam Trafik Kamyon ,6533 = 2945, Treyler ,6533 = 1883, Otobüs ,1911 = 328, Otomobil ,1911 = 9982, Tablo 4.1. ya da Tablo 4.2. de bulunan değerler göz önünde bulundurularak işleme devam edilir. Taşıt Eşdeğerlik faktörleri aşağıdaki gibi olduğu belirlendi. Kamyon : 1,96 standart dingil / araç Treyler : 3,06 standart dingil / araç Otobüs : 0,90 standart dingil / araç Otomobil : 0,0006 standart dingil / araç Şerit dağıtma faktörü 0,90, yön dağıtma faktörü ise 1/2 olarak alındı. Kamyon : 1/2 0,90 1, = 1658 Treyler : 1/2 0,90 3, = 1655 Otobüs : 1/2 0,90 0, = 102 Otomobil : 1/2 0,90 0, = 2 Günlük toplam Wg = 3417 standart dingil/gün Tabanın CBR değeri %5, Wg=3417, R=1,00 için Esnek Üstyapılar Đçin Projelendirme değerlerinden SN değeri belirlendi. SN = Tablo 5. Yol üstyapı tabakalarında kullanılacak malzeme cinsleri, tabaka kalınlıkları ve tabaka katsayıları Tabaka Adı Kullanılan Malzeme Önerilen Kalınlık (cm) SN Tabaka kat. Aşınma Asfalt Betonu a₁= 0,42 Binder Asfalt Betonu 5 2 a₁= 0,40 Temel Sıcak Bitümlü kar a₂= 0,32 Temel Plent mix.kar a₂= 0,15 Alttemel Kum çakıl - a₃= 0,11 Toplam SN

6 Bu yolda üstyapı tabakasında kullanılacak malzeme cinsleri, tabaka kalınlıkları, tabaka katsayıları Tablo 5. deki gibi seçilmiştir. Tablo 6. Önerilen Alt temel Kalınlığı Tabanın CBR Mevcut SN Gerekli SN SN SN / a 3 Önerilen Alt değeri Temel Kalınlığı % 5 11,15 13,12 1, / 0,11= SONUÇ VE ÖNERĐLER Karayolu üstyapı tasarımı açısından projelendirme karayoluna etki edecek yük sayısına bağlı olarak hesaplanır. Yapım süresi ve maliyet açısından bu hesaplanan değerler (Temel+Alt temel+aşınma) son derece önemlidir. Projelendirmede yıllara göre alınan YOGT değerleri tutarlılığı için projeye başlanılan günkü günlük trafik miktarlarının hesaplanması istenilen proje değerlerini temsil etmesi için oldukça önemlidir. Çünkü bu durum proje değerleriyle ilgili ipucu verecektir. Diğer taraftan projelendirilen üstyapının hizmet süresi boyunca hareketli yüklerdeki artış miktarları da proje hesabına katılmalıdır. Projelendirme ne kadar önemliyse imalatta o kadar önemlidir. Yapım aşamasındaki ekipmanların kalitesi, iklim şartlarının aynı olması dikkat edilmelidir. Farklı şartlardaki uygulamalar, bulunan değerlerin kalitesini doğrudan etkileyecektir. Aksi takdirde elde edilen imalat beklenilen sonucu vermeyecektir 6.KAYNAKLAR [1] Birinci, F., Kalyoncuoğlu, E. F. Ş., Saltan, M., Tığdemir, M., Yol Üstyapısı, Ders Notu, Samsun, [2] Umar, F., Ağar, E., Yol Üstyapısı, Đ.T.Ü. Rektörlüğü, Đstanbul, 1991 [3] ĐSFALT, Asfalt Enstitüsü El Kitabı Serisi, Asfalt El Kitabı, Sistem Ofset, Đstanbul, 2002 [4] Fwa, T. F., The Handbook of Highway Engineering, CRC Press, Taylor & Francis Group LLC, [5] AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures,