T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KAPLAMASIZ YOLLARIN GEOTEKSTİL İLE TASARIMINDA ANALİTİK ÇÖZÜMLE BASİTLEŞTİRİLMİŞ YAKLAŞIMLARIN KARŞILAŞTIRILMASI VE GEOTEKSTİLLERDE ENERJİ EMİLİM POTANSİYELİNİN ÖNEMİ HASAN AŞKIN YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GEOTEKNİK PROGRAMI DANIŞMAN ÖĞR. GÖR. DR. CEM AKGÜNER İSTANBUL, 2011

2 T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KAPLAMASIZ YOLLARIN GEOTEKSTİL İLE TASARIMINDA ANALİTİK ÇÖZÜMLE BASİTLEŞTİRİLMİŞ YAKLAŞIMLARIN KARŞILAŞTIRILMASI VE GEOTEKSTİLLERDE ENERJİ EMİLİM POTANSİYELİNİN ÖNEMİ Hasan AŞKIN tarafından hazırlanan tez çalışması tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı Öğr. Gör. Dr. Cem AKGÜNER Yıldız Teknik Üniversitesi Jüri Üyeleri Öğr. Gör. Dr. Cem AKGÜNER Yıldız Teknik Üniversitesi Prof. Dr. Mustafa YILDIRIM Yıldız Teknik Üniversitesi Yard. Doç. Dr. A. Tolga ÖZER Okan Üniversitesi

3 ÖNSÖZ Bu çalışmada, zayıf zeminlerdeki kaplamasız yol tasarımında geotekstil kullanımının önemine dikkat çekilmek istenmiş ve tasarımda kullanılan metodlar incelenerek karşılaştırılmıştır. Ayrıca uygun geotekstilin seçilmesi için sahip olması gereken özelliklere ve geotekstillerin fonksiyonlarına değinilmiştir. Bu özelliklerden biri olan enerji emilim potansiyelinin önemine de dikkat çekilmiştir. Öncelikle tez çalışmamda bana her zaman destek olan, yardımını esirgemeyen, bana cesaret veren değerli tez danışmanım Sayın Öğr. Gör. Dr. Cem AKGÜNER e sonsuz teşekkürlerimi ve saygılarımı sunarım. Ayrıca yüksek lisans öğrenimim boyunca bilgilerini ve deneyimlerini esirgemeyen Sayın Prof. Dr. Kutay ÖZAYDIN a, her zaman bir yol gösterici olup tecrübelerini her daim paylaşan Sayın Prof. Dr. Mustafa YILDIRIM a ve jüri üyesi olarak tezimin savunmasında bulunan Sayın Yard. Doç. Dr. A. Tolga ÖZER e teşekkürlerimi ve saygılarımı sunarım. Yüksek lisans derslerimde bilgi ve tecrübelerini aktaran ve yardımlarını esirgemeyen Sayın Doç. Dr. Mehmet BERİLGEN e, Sayın Yard. Doç. Dr. Saadet Arzu BERİLGEN e, Sayın Yard. Doç. Dr. Havvanur KILIÇ a teşekkürlerimi sunarım. Son olarak tez çalışmam ve yüksek lisans öğrenim süresi boyunca beni her zaman destekleyen ve hep yanımda olan, bana inanan sevgili eşim Nurcan AŞKIN a ve ayrıca çalışmalarımda beni daima destekleyen, onlardan çalmış olduğum zamana rağmen beni cesaretlendiren, birlikte ders çalıştığımız biricik kızlarım Elif Sude AŞKIN ve Merve Melek AŞKIN a sonsuz minnetlerimi ve sevgilerimi sunarım. Aralık, 2011 Hasan AŞKIN

4 iv İÇİNDEKİLER Sayfa SİMGE LİSTESİ... vii KISALTMA LİSTESİ... x ŞEKİL LİSTESİ... xi ÇİZELGE LİSTESİ... xiv ÖZET... xv ABSTRACT... xvii BÖLÜM 1 GİRİŞ... 1 BÖLÜM Literatür Özeti Tezin Amacı Hipotez... 2 GEOSENTETİKLER... 3 BÖLÜM Geosentetiklerin Tanımı Geosentetiklerin Avantajları Geosentetiklerin Tarihçesi Geosentetiklerin İşlevleri ve Kullanım Amaçları Geosentetik Çeşitleri Geotekstiller Geogridler Geonetler Geomembranlar Geosentetik Kil Örtüler (GCL) Geokompozitler... 9 GEOTEKSTİLLER Geotekstilin Tanımı... 10

5 BÖLÜM Geotekstilin Tarihçesi Geotekstilin Hammaddeleri ve Üretim Tekniğine Göre Sınıflandırılması Polimer Tipi Fiber Çeşitleri Dokuma Stili GEOTEKSTİLLERİN FONKSİYONLARI BÖLÜM Ayırıcı Olarak Geotekstillerin Kullanımı Geotekstillerin Ayırıcı Olarak Kullanım Yerleri Stabilizasyon ve Güçlendirme Fonksiyonu Tutma ve Sınırlama Membran Etkisi Lokal Güçlendirme Geotekstillerin Güçlendirme Amaçlı Kullanım Yerleri Filtrasyon Fonksiyonu Geotekstillerin Filtrasyon Amaçlı Kullanım Yerleri Drenaj Fonksiyonu Geotekstillerin Drenaj Amaçlı Kullanım Yerleri Koruma Fonksiyonu GEOTEKSTİLLERİN ÖZELLİKLERİ Fiziksel Özellikler Özgül Ağırlık Birim Alan Kütlesi Kalınlık Katılık Mekanik Özellikler Sıkışabilirlik Çekme Dayanımı Yorulma Direnci Yırtılma Testi Darbe Testi Delinme Testi Sürtünme Davranışı Hidrolik Özellikler Porozite Açıklık Alanı Yüzdesi Görünen Açıklık Boyutu Geçirgenlik (Yüzey Alanına Dik Doğrultu) Transmisivite (Düzlem Permeabilitesi) Dayanıklılık Özellikleri GeotekstillerinUygulama Esnasında Oluşabilecek Zararlara Karşı Direnci Geotekstillerin Enerji Emme Özelliği Sünme (Sabit Gerilme) Testleri Gerilme Gevşemesi (Sabit Deformasyon) Testleri Aşınma Testleri v

6 BÖLÜM Uzun Dönem Akış (Tıkanma) Testi Eğim Oranı (Tıkanma) Testi Hidrolik Geçirgenlik Oranı (Tıkanma) Testi Bozulma Özellikleri Güneş Işığı (Ultraviyole) Bozulması Sıcaklık Bozulması Oksidasyon Bozulması Hidroliz Bozulması Kimyasal Bozulma Radyoaktif Bozulma Biyolojik Bozulma KAPLAMASIZ YOLLARDA GEOTEKSTİL İLE YOL TASARIMI BÖLÜM Kaplamasız Yollara Genel Bakış Kaplamasız Yolların Yüzeyindeki Bozulmaların Nedenleri Kaplamasız Yollarda Geotekstil Kullanımının Faydaları Kaplamasız Yollarda Tasarım Metodları Analitik Metod Laboratuvar Yaklaşımı Geotekstillerin Ek Yerlerinin Birleştirilmesi Üretici Firmaların Metodları Dupont Firmasının Kendi Geotekstilleri için Geliştirdiği Metodlar Dupont TYPAR SF Geotekstilleri ile Yol Tasarımı Başlangıç Agrega Kalınlığının Belirlenmesi ( ) Başlangıç Agrega Kalınlığının Servis ömrü Düzeltmesi Agrega Kalınlığının Agrega Verimliliği için Düzeltilmesi Enerji Seviyelerine göre Uygun Geotekstil Seçimi Trafik Etkisi Uygulama Koşullarının Etkisi Kompaksiyon Etkisi Filtre Gereksinimleri Uygulama Adımları Kaplamasız Yollarda Analitik ile Üretici Firma Metodu Karşılaştırması Analitik Metodla Kaplamasız Yol tasarımı Üretici Firmaların Metodlarıyla Kaplamasız Yol tasarımı Dupont Firmasının Kaplamasız Yol Tasarımı Bilgisayar Programı Analitik ve Üretici Firma Metodları ile Elde Edilen Sonuçlar GEOTEKSTİLLERİN ENERJİ EMİLİM POTANSİYELİ Enerji Emilimi Kavramı Normlar, Şartnameler ve Standartlar Test Düzeneği Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi vi

7 BÖLÜM 8 SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ vii

8 n m ρ t ѱ Porozite Birim alan ağırlığı Geotekstil yoğunluğu Geotekstil kalınlığı Permitivite Permeabilite (hidrolik iletkenlik) Geotekstil kalınlığı Akış debisi Hidrolik gradiant Suyun geçtiği iki nokta arasındaki seviye farkı Geotekstil numunesinin alanı Su sağlayan borunun alanı t q i h A a t ile arasındaki zaman farkı Test başlangıcındaki su seviyesi Test bitişindeki su seviyesi θ kp P γ c P Transmisivite Geotekstil düzlemindeki permeabilite Drenajsız Kayma Mukavemeti Katılık Modülü Sıkışabilirlik Modülü Aks yükü Agrega birim hacim ağırlığı Zemin kohezyonu Aks yükü Teker şişirme basıncı Agrega kalınlığı Yük dağılım açısı E Geotekstil Modülü Ɛ Uzama (Deformasyon) a Geometrik özellik S Teker altındaki oturma (teker izi derinliği) h Geotekstil kullanıldığında gerekli olan agrega tabakası kalınlığı Geotekstil kullanılmadığında gerekli olan agrega kalınlığı tabakası Δh Geotekstil kullanıldığında agrega kalınlığından elde edilen tasarruf İlk başlangıç agrega kalınlığı (Geotekstilsiz durum) T Servis ömrüne göre ayarlanmış agrega kalınlığı Efektif agrega kalınlığı viii SİMGE LİSTESİ

9 C Agrega verimlilik faktörü Servis ömrü ayarlama faktörü Gerçekleşen geçiş sayısı Eşdeğer aks yükleri sayısı Eşdeğer aks yükü Aks yükü ix

10 KISALTMA LİSTESİ GCL ASTM PP PET PE PA PVC ISO CBR POA AOS SINTEF USACE HCR UV CEG W EAYS AASHTO MD XD Geosentetik Kil Örtü American Society of Testing Materials Polipropilen Polyester Polietilen Poliamid Polivinil Klorit International Organization for Standardization California Taşıma Oranı Açıklık Alanı Yüzdesi Görünen Açıklık Boyutu Stiftelsen for Industriell og Teknisk Forskning U.S. Army Corps of Engineers Hidrolik Geçirgenlik Oranı Ultraviyole Karboksil Son Grup Konsantrasyonu Enerji Emilim Potansiyeli Eşdeğer Aks Yükleri Sayısı American Association of State Highway and Transportation Officials Makine Yönü Makine Yönüne Ters x

11 xi ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 2.1 Örgüsüz geotekstil... 6 Şekil 2.2 Tek eksenli geogrid... 6 Şekil 2.3 İki eksenli geogrid... 6 Şekil 2.4 Geonet... 7 Şekil 2.5 Geomembran... 8 Şekil 2.6 GCL (Geosentetik kil örtü)... 8 Şekil 2.7 Geokompozit... 9 Şekil 3.1 Örgülü multifilament geotekstil Şekil 3.2 Örgüsüz ısıl işlemle bağlı geotekstil Şekil 3.3 Örgüsüz geotekstil üretim bandı Şekil 3.4 Termal bağ yöntemiyle imal edilen örgüsüz geotekstil üretim bandı Şekil 4.1 Geotekstilsiz ve geotekstilli kaplamasız yol imalatı Şekil 4.2 Kaplamasız yollarda geotekstil uygulandığında oluşan gerilmeler Şekil 4.3 Geotekstile bitişik doğal zemin filtresi Şekil 4.4 Ktotal sistem permeabilitesi Şekil 4.5 Geleneksel agrega drenaj katmanı Şekil 4.6 Kompozit drenaj elemanı Şekil 5.1 Kapma testi Şekil 5.2 Büyük enli çekme testi Şekil 5.3 Dinamik darbe testi Şekil 5.4 Delinme test aleti Şekil 5.5 Delinme testi (ASTM) Şekil 5.6 CBR statik delinme testi Şekil 5.7 Delinme test aleti Şekil 5.8 Geotekstil ve zemin numunesi ile kesme deneyi Şekil 5.9 Direkt kesme deneyi test verileri Şekil 5.10 Sabit seviyeli permeametre düzeneği Şekil 5.11 Geotekstillerin basınç altında permeabilite değerleri Şekil 5.12 Farklı ağırlıktaki örgüsüz iğneli geotekstillerin yük artışı-transmitivite ilişkisi Şekil 5.13 Geotekstilde yüksek uzama Şekil 5.14 Geotekstilde yüksek dayanım Şekil 5.15 Dayanımsız geotekstil Şekil 5.16 İğne delikli örgüsüz geotekstilin deney sahasından çıkartılışı Şekil 5.17 Isıl işlemle bağlı örgüsüz geotekstilin deney sahasından çıkartılışı Şekil 5.18 Örgüsüz ısıl işlemle bağlı geotekstil ile iğne delikli geotekstil Şekil 5.19 Gerçek ile teorik enerji emilim potansiyel değerlerinin karşılaştırması... 41

12 Şekil 5.20 Kalıcı dayanım-aşınma tur sayısı diyagramı Şekil 5.21 Kalıcı deformasyon-aşınma tur sayısı diyagramı Şekil 5.22 Uzun dönem akış testi akış oranı/zaman diyagramı Şekil 5.23 Eğim oranı testine göre geotekstillerin tıkanma potansiyelleri Şekil 5.24 Hidrolik geçirgenlik oranı diyagramı (Leuttich ve Williams) Şekil 5.25 Görülebilir ışık ve ultraviyole dalga boyu specturumu Şekil 6.1 Piramidal yük dağılımı Şekil 6.2 Geotekstilin yumuşak zeminlerdeki deformasyonu Şekil 6.3 Agrega kalınlık tayini (Giroud ve Noiray) Şekil 6.4 Kaplamasız yollarda zeminin CBR değerlerine göre tavsiye edilen geotekstil bindirme miktarları Şekil 6.5 Dikiş tipleri Şekil 6.6 Elastisite modülü Şekil 6.7 Farklı geotekstillerin gerilme-şekil değiştirme eğrileri Şekil 6.8 Teker izi deformasyonları Şekil 6.9 Sıkıştırılmış kırma taş kalınlığı-zemin CBR değeri eğrileri Şekil 6.10 Servis ömrü için düzeltme faktörü Şekil 6.11 Agrega verimliliği için düzeltme faktörü tablosu Şekil 6.12 Trafiğin bir fonksiyonu olarak tavsiye edilen enerji seviyeleri Şekil 6.13 Agrega boyutu-seriliş yüksekliğine göre tavsiye edilen enerji seviyeleri Şekil 6.14 Agrega boyutu-cbr değerine göre tavsiye edilen enerji seviyeleri Şekil 6.15 Agreganın geotekstil üzerine serilmesi Şekil 6.16 Analitik metod ile geotekstilsiz durum için gerekli agrega kalınlığı tespiti 79 Şekil 6.17 Analitik metod ile Δh agrega kalınlığı farkı tespiti Şekil 6.18 Üretici firma abağı yardımıyla geotekstilli agrega kalınlığı tespiti Şekil 6.19 Servis ömrü hesaplaması için gereken (C) ayarlama faktörü tespiti Şekil 6.20 Verilen N geçiş sayısı değerine göre enerji seviyesi tahkiki Şekil 6.21 Agrega boyutu ve serilme yüksekliğine göre enerji seviyesi tahkiki Şekil 6.22 Dupont yol tasarımı bilgisayar programı ara yüzü Şekil 6.23 Bilgisayar programında tasarım için yol tipinin belirlenmesi Şekil 6.24 Bilgisayar programında zemin değerlerinin girilmesi Şekil 6.25 Bilgisayar programında trafik verilerinin girilmesi Şekil 6.26 Bilgisayar programında agrega boyutu ve dökülme yüksekliğinin girilmesi Şekil 6.27 Bilgisayar programında önerilen geotekstil tipi Şekil 6.28 Bilgisayar programında belirlenen agrega tabakası kalınlığı Şekil 6.29 Bilgisayar programı yardımıyla alternatif agrega tabakası kalınlık tayini Şekil 6.30 Bilgisayar programı yardımıyla alternatif agrega tabakalarının kalınlık tayini Şekil 6.31 Geotekstilsiz agrega kalınlığı (1000 geçiş için) Şekil 6.32 Geotekstilsiz agrega kalınlığı (10000 geçiş için) Şekil 6.33 Geotekstilli agrega kalınlığı (1000 geçiş için) Şekil 6.34 Geotekstilli agrega kalınlığı (10000 geçiş için) Şekil 7.1 Enerji emilim potansiyeli diyagramı Şekil 7.2 Enerji emilim potansiyeli deneyinden bir görüntü Şekil 7.3 Deney alanından vibratörlü silindirin geçişi Şekil 7.4 Agreganın geotekstil üzerinden kaydırılışı Şekil 7.5 Zarar gören alan-kalan dayanım yüzdesi korelasyonu Şekil 7.6 Zarar gören alan-birim ağırlık korelasyonu Şekil 7.7 Zarar gören alan-kalınlık diyagramı xii

13 Şekil 7.8 Zarar gören alan-çekme dayanımı diyagramı Şekil 7.9 Zarar gören alan-cbr delinme dayanımı diyagramı Şekil 7.10 Zarar gören alan-kapma çekme dayanımı diyagramı Şekil 7.11 Zarar gören alan-yırtılma dayanımı diyagramı Şekil 7.12 Zarar gören alan-konik delinme diyagramı Şekil 7.13 Zarar gören alan-enerji emilimi korelasyonu xiii

14 ÇİZELGE LİSTESİ Sayfa Çizelge 4.1 Tipik zemin geçirgenlikleri Çizelge 5.1 Geotekstil üretiminde kullanılan bazı hammaddelerin özgül ağırlıkları Çizelge 5.2 Geotekstillerin permitivite ve permeabilite değerleri Çizelge 5.3 Geotekstillerin tipik transmisivite değerleri Çizelge 5.4 Sünme azaltma faktörleri Çizelge 5.5 Hidrolizin farklı ph değerlerinde geotekstil dayanımına etkisi Çizelge 5.6 Geotekstillerin özelliklerinin değişim aralıkları Çizelge 6.1 Yol inşaatlarında farklı geotekstil fonksiyonlarını ayırt etmek için tavsiye edilen zemin CBR değerleri Çizelge 6.2 Zemin CBR değerlerine göre tahmini korelasyon çizelgesi Çizelge 6.3 Modifiye CBR testi güçlendirme oranları Çizelge 6.4 Dupont Typar SF geotekstillerinin teknik veri tablosu Çizelge 6.5 Agrega tabakası ilk kalınlığını hesaplama faktörleri Çizelge 6.6 Eşdeğer faktör tablosu (EAYS) Çizelge 6.7 Farklı enerji seviyelerindeki Typar geotekstiller için minumum değerler. 75 Çizelge 6.8 Genel filtre gereksinimleri Çizelge 6.9 Bilgisayar programında seçilen geotekstilin teknik verileri Çizelge 6.10 Analitik ve üretici firma metodları ile bulunan agrega kalınlıkları Çizelge 7.1 Testte kullanılan geotekstillerin testten önceki verileri Çizelge 7.2 Testte kullanılan geotekstillerin test sonrası verileri Çizelge 7.3 Teorik yöntem ile üretici firma yöntemi sonucu elde edilen enerji emilim potansiyellerinin karşılaştırması xiv

15 ÖZET KAPLAMASIZ YOLLARIN GEOTEKSTİL İLE TASARIMINDA ANALİTİK ÇÖZÜMLE BASİTLEŞTİRİLMİŞ YAKLAŞIMLARIN KARŞILAŞTIRILMASI VE GEOTEKSTİLLERDE ENERJİ EMİLİM POTANSİYELİNİN ÖNEMİ Hasan AŞKIN İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi Tez Danışmanı: Öğr. Gör. Dr. Cem AKGÜNER İnşaat mühendisliği uygulamalarında geosentetik malzemelerin kullanımı, son yıllarda teknolojinin ve ürün çeşitlerinin gelişimi doğrultusunda hızla artmaktadır. Buna paralel olarak pek çok uygulama projesinde geosentetik ürünlerden biri olan geotekstillerden yararlanıldığı görülmektedir. Geotekstiller, yerine getirdikleri ayırma, stabilizasyon, güçlendirme, filtrasyon, drenaj ve koruma fonksiyonları ile her geçen gün farklı alanlarda kullanılmaya başlanmışlardır. Karayollarında özellikle taşıma gücü düşük zeminlerde geotekstil serilmesiyle yol katmanlarının kalınlıklarını düşürmek mümkün olabilmekte, yapım maliyetlerinin önemli ölçüde azalmasıyla ekonomi sağlanmaktadır. Ayrıca geotekstil ile tasarlanan yolların yapım hızı ve taşıma gücü kapasitesi artmaktadır. Bu çalışmada, ilk olarak geotekstillerin genel kullanım amaçları incelenmiş ve fiziksel, mekanik, hidrolik, dayanıklılık ile bozulma özellikleri ele alınmıştır. Kaplamasız yolların yüzeylerinde meydana gelen bozulmaların nedenleri incelendikten sonra geotekstil ile tasarım yapılması durumunda ortaya çıkan faydalar ele alınmıştır. Kaplamasız yolların geotekstil ile tasarımında analitik metod ile pratikte kullanılan yaklaşımların sıralanmıştır. Geotekstil üreticisi bir firmanın yol tasarımına yardımcı olarak geliştirilen bilgisayar programı yardımıyla geotekstilli ve geotekstilsiz tasarım xv

16 için bulunan değerler, analitik ve basitleştirilmiş çözümlerle elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca geotekstillerin enerji emilim potansiyelleri hakkında da detaylı bilgi verilmiş olup bu özelliklerinin uygulamalar esnasındaki önemine dikkat çekilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kaplamasız yol tasarımı, geosentetikler, geotekstiller, geotekstillerin enerji emilim potansiyeli. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ xvi

17 ABSTRACT COMPARISION OF ANALYTICAL SOLUTIONS AND SIMPLIFIED APPROACHES IN UNPAVED ROAD DESIGN WITH GEOTEXTILES AND THE IMPORTANCE OF ENERGY ABSORPTION POTENTIAL Hasan AŞKIN Department of Civil Engineering MSc. Thesis Advisor: Dr. Cem AKGÜNER Geosynthetics are increasingly being used in civil engineering applications as the technology develops and the variety of available materials expands. In parallel with this popularity, geotextiles, which are also geosynthetic products, are being utilized in many practical applications. Today, geotextiles are used for increasingly varying purposes because of their separation, reinforcement, filtration, drainage and protection properties. Geotextiles can reduce the thickness of sub-grade materials of roads, especially if they are constructed on soils with low bearing capacity, which leads to significant cost savings. Furthermore, geotextiles increase the speed of construction and the bearing capacity of roads. In this study, general application areas of geotextiles are firstly examined. Then their physical, mechanical, hydraulic, strength and deformation properties are evaluated. The causes of deformations on the surface of unpaved roads are examined followed by a discussion of the benefits of using geotextiles in road design. The analytical solution and the approaches used in practice are listed for the design of unpaved roads. The cases of unpaved roads with and without geotextiles are examined and compared through both analytical and simplified approaches, latter with the aid of software developed by a geotextile producer for designing roads. xvii

18 In a addition, the potential of geotextiles for absorbing energy is explained in detail. Its importance for practical applications is emphasized. Key words: Unpaved road design, geosynthetics, geotextiles, energy absorption potential of geotextiles. xviii YILDIZ TECHNICAL UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE

19 BÖLÜM 1 GİRİŞ 1.1 Literatür Özeti Geosentetiklerin son yıllardaki hızlı gelişimiyle pek çok inşaat mühendisliği uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Bu gelişmelere paralel olarak geotekstillerin de kullanım alanları farklılaşmakta ve genişlemektedir. Yol inşaatlarında geotekstiller güçlendirme, ayırma, filtrasyon ve drenaj amaçlarına yönelik olarak önerilmektedir. Özellikle zayıf ve yumuşak kohezyonlu zeminlerde zeminin taşıma kapasitesini arttırması (CBR değerinde yaklaşık %3 oranına kadar bir artış), uygulama kolaylığı sayesinde zamandan tasarruf sağlaması ve yol altı katmanların kalınlıklarını azaltarak (% 20 - % 60 aralığında) ekonomik çözümler sunması, geotekstillerin yol inşaatlarında tercih edilmelerinin başlıca sebeplerinden birkaçıdır. Fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için uygulama yapılacak arazinin şartlarına uygun özelliklere sahip bir geotekstilin seçimi önemli bir kriter oluşturmaktadır. 1.2 Tezin Amacı Uygulamalarda amacına hizmet eden bir malzeme seçilebilmesi için bu çalışmada geotekstillerin çeşitleri, fonksiyonları, kullanım yerleri ve özellikleri sunulacaktır. Ayrıca kaplamasız yol inşaatları tasarımında kullanılan analitik metod ile geotekstil üreticisi firmaların basitleştirilmiş uygulama yaklaşımları incelenerek örnekler ile sonuçların karşılaştırılmaları yapılacaktır. Bunun yanı sıra geotekstillerde enerji sönümleme potansiyelinin önemi ele alınacaktır. Enerji emilim potansiyeli için teorik yöntemlerle bulunan değerler, üretici firmanın değerleri ile karşılaştırılacaktır. 1

20 1.3 Bulgular Kaplamasız yolların analitik ve üretici firmaların yöntemleriyle yapılan tasarımlarından elde edilen sonuçlarda, geotekstilsiz durum için gerekli olan agrega kalınlığı birbirine çok yakın çıkmıştır. Geotekstilli durum için yapılan analizlerde ise üretici firma yöntemiyle bulunan agrega kalınlığı, çok zayıf zeminler (CBR değeri %0.5) ve 1000 aks yükü geçişi için analitik yönteme göre elde edilen agrega kalınlığından yaklaşık % 21, aks yükü geçişi içinse yaklaşık % 35 daha az bulunmuştur. Bu fark, zeminin CBR değeri arttıkça azalmaktadır. Ayrıca geotekstillerin üzerine agrega dökülürken ve serilirken meydana gelebilecek hasarlara karşı dayanımlarının bir göstergesi olan enerji emilim potansiyeli ele alınmıştır. Geotekstillerin analitik yönteme göre bulunan enerji emilim potansiyelleri, sahada ölçülen değerlerle karşılaştırılmıştır. Bunun sonucu olarak incelenen geotekstillerin arazide belirlenen enerji emilim potansiyellerinin analitik yöntemle bulunan değerlerine kıyasla çok daha yüksek olduğu (% 56 - % 90) görülmüştür. 2

21 BÖLÜM 2 GEOSENTETİKLER 2.1 Geosentetiklerin Tanımı Geosentetik kelimesindeki Geo toprağı ya da zemini simgelerken, üretimde kullanılan hammaddeler insan yapımı olduğu için onlara da genel tabirle sentetikler denilmiştir [1]. Geosentetik imalatında kullanılan hammaddeler, plastik endüstrisindendir. Genelde polimerler olmak üzere cam elyaf, kauçuk ve doğal malzemelerden de üretimleri olabilir. Fabrika koşullarında üretilen polimerik malzemeler zemin ile birlikte kullanılarak geoteknik projelerin hayata geçirilmesinde önemli rol oynamaktadır. Bu malzemeler geoteknik özellikleri iyileştirerek ve geleneksel yöntemlere göre maliyetleri de düşürerek estetik çözümler sunabilmektedir. Geotekstiller, geogridler, geomembranlar, geonetler, geokompozitler ve geosentetik kil kaplamaları ve diğer bazı ürünleri de kapsamına alan geosentetikler, geleneksel malzemelerle birlikte kullanılmaktadır. 2.2 Geosentetiklerin Avantajları Geosentetiklerin kullanımı ile sağlanan avantajlar şu şekilde sıralanabilir: Hepsi fabrika ortamında üretildiği için kalite-kontrol sürecinden geçerler. Çok hızlı uygulanırlar. Genellikle doğal kaynakların yerini alırlar. Zor ve uygulanabilmesi imkansız olan tasarımları uygulanabilir hale getirirler. Uygulaması çok hızlı ve pratiktir, projelerin tamamlanması sürecinde zamandan tasarruf sağlarlar. 3

22 Yerini aldıkları doğal zemine karşı genellikle daha ekonomik çözümler sunarlar [1]. 2.3 Geosentetiklerin Tarihçesi Zeminin güçlendirilmeye çalışılması, tarihte çok eski zamanlardan beri uygulanmaya çalışılan bir durumdur. İlk zamanlarda bataklıklarda ağaç gövdeleri, küçük çalılar vb. kullanılarak güçlendirme çalışmaları yapılmıştır [1]. Ancak bu tür güçlendirmelerde deneme yanılma ile sonuç alınabilmiştir. Yükleri taşımak için yetersiz malzeme kullanılması durumunda ya da kullanılan malzemenin zaman içinde formunu kaybetmesi durumunda sistem başarısız olmuştur. Bu tür iyileştirme denemeleri, daha sistematik yaklaşımların gelişmesine kadar devam etmiştir. Düzenli uzunluk ve ölçülerden oluşan ahşap parçalarını birbiriyle bağlayarak bataklıkların üzerinden geçmekte kullanmak amacıyla yollar yapılması, M.Ö yıllarına kadar dayanmaktadır. Ancak zaman içinde ahşabın ve bağlarının kötüleşip zayıflaması büyük bir problem teşkil etmiştir [2]. Zayıf zeminlerin güçlendirilmesiyle mühendislik uygulamalarına daha uygun hale getirilmesi günümüze kadar devam etmiştir. Yolları güçlendirmede dokumaların ilk kullanımı, 1926 yılında Güney Carolina Karayolları tarafından gerçekleştirilmiştir [3]. Zeminin üzerine ağır pamuk dokuma serilmiş, üzerine sıcak asfalt uygulanmış ve en üste de ince bir kum tabaka serpilmiştir. Bu deneyin sonuçları 1935 yılında açıklanmıştır. Buna göre pamuk dokuma bozulana kadar yollar servis edilebilir durumda kalmıştır. Ayrıca pamuk dokuma, oluşabilecek çatlakları ve yol oturmalarını azaltmıştır. Bu proje, geosentetiklerin ayırıcı ve güçlendirici olarak kullanımına öncü olmuştur. Bunun yanı sıra geosentetikler, drenaj oluşturulması ve filtrasyon açısından da kullanılmaktadırlar. Filtrasyon amacıyla kullanılan geosentetikler, hem ince malzeme nedeniyle tıkanmadan su geçişine izin vermelidir, hem de üzerindeki zemini arkasına geçirmeyecek kadar da küçük gözenekli olmalıdır. Geosentetiklerin diğer bir kullanım amacı da, sızıntı bariyeri oluşturarak sıvının bir noktadan diğer bir noktaya akışını engellemektir. 4

23 2.4 Geosentetiklerin İşlevleri ve Kullanım Amaçları Geosentetik malzemelerin altı ana kullanım fonksiyonu bulunmaktadır: Ayırıcı Güçlendirme Filtrasyon Drenaj Koruma İzolasyon (Sıvı ya da gaz bariyeri olarak) Geosentetik malzemelerin kullanım amaçları kısaca iki cümle ile özetlenebilir: -İşi daha etkin yapabilmek (malzemenin zamanla bozulmadan kalması veya fazla sızıntının engellenmesi gibi) -İşi daha ekonomik yapabilmek (ilk yatırım maliyetini düşürmek, daha iyi duraylılık sağlamak, daha uzun ömürlü imalatlar yapmak ve bunların sonucunda bakım maliyetlerini düşürmek.) 2.5 Geosentetik Çeşitleri Geotekstiller Geotekstil kullanımı, son 30 yılda sürekli olarak artmaktadır. Geotekstiller genel bakış açısı olarak tekstil olsa da içerik olarak doğal pamuk, yün veya ipek yerine sentetik ipliklerden oluşmaktadır. Geotekstiller zemin, kaya, toprak veya diğer geoteknik mühendisliği ile ilgili bir malzeme ile beraber kullanılan geçirimli tekstil ürünü olarak da tanımlanabilir. Üretim tekniği açısından temel olarak iki tip geotekstil yapısı vardır. Bunlar: örgülü geotekstiller ve örgüsüz geotekstillerdir. Ayrıca elyafların bir araya getirilme yöntemlerine göre mekanik, ısıl ve kimyasal birleştirme gibi özel işlemler görmüş geotekstiller de mevcuttur. Ana nokta, geotekstillerin üretim düzlemlerine ve kalınlıklarına göre farklı değişken açılarda sıvı akışına izin vermeleridir. 5

24 Şekil 2.1 Örgüsüz geotekstil (x 30 büyütülmüş hali) [1] Geogridler Geogridler, geosentetikler içinde hızla daha çok tercih edilen malzemelerden biridir. Örgülü, örgüsüz veya dokunmuş tekstil ipliğinden mamul ve geniş açıklıklarda ızgara şeklinde form verilmiş plastiklerdir. Genel anlamda tek eksenli (Şekil 2.2) (uni-axial) ve çift eksenli (Şekil 2.3) (bi-axial) olmak üzere iki gruba ayrılır. Geogridlerin ana fonksiyonu zemin güçlendirmesidir. Şekil 2.2 Tek eksenli geogrid [4] Geogridlerin en önemli özelliği, açıklık olarak adlandırılan, zeminin içinden geçmesine izin verecek kadar genişlikte, enlemesine ve boylamasına olan şeritler arasındaki mesafelerdir. Geogridlerin şeritlerinin dayanımları yanında, aynı zamanda bağlanma dayanımları da önemlidir. Geogridler, zeminin boşluklardan geçmesine izin verdikleri için yükün uygulandığı boyuna şeritleri dik kesen enine şeritlerde bir pasif dayanım ve yapay bir kohezyon oluşur. Aynı zamanda geogridin zeminle birlikte çalışması da bu şeritler sayesinde olur. Şekil 2.3 İki eksenli geogrid [5] 6

25 Geogridlerin bir çok kullanım alanı bulunmaktadır. Bunlar, kaplamasız yollarda agreganın altında, toprak dolguların ve dolgu barajların güçlendirilmesinde, şev yenilemeleri ve heyelanlarının onarılmasında, kaplamalarda asfalt donatısı olarak sıralanabilir Geonetler Geonetler, geosentetikler içerisinde yer alan diğer bir malzemedir. Ekstrüzyon yöntemi ile polimerlerden imal edilir. Ana kullanım amacı drenajdır. Şekil 2.4 Geonet [6] Geomembranlar Geomembranlar, geoteknik mühendisliğinde kullanılan, çok düşük değerlerde geçirgenliğe sahip olan (1x ) ve böylece sıvı geçişini kontrol eden sentetik membran örtü ya da bariyer malzemelerdir. İnce polimerik örtülerin (asfalt, polimer ve bunların karışımlarının) bir araya gelmesi ile oluşur ve özellikle sıvı ya da gaz bariyeri amacıyla atık depolama sahalarında kullanılır. Geomembranlar esas olarak geçirimsizliğin sağlanmasında kullanılmaktadır. Sıvı ya da katı atık depolamanın yanı sıra kullanım alanları da gün geçtikçe büyümektedir. Ulaştırma ve hidrolik mühendisliği uygulamalarında da kullanılmaktadır. 7

26 Şekil 2.5 Geomembran [7] Başlıca kullanım yerleri olarak sıvı atıklar ve su kanalları için kaplama malzemesi, tünellerin içinde ve kaya dolgu barajlarında geçirimsizliği sağlamak için, şişen zeminlerin kontrolünde, dona hassas zeminlerin kontrolünde ve asfalt üst kaplamaların altında sızdırmazlığı sağlayan tabaka olarak sıralanabilir Geosentetik Kil Örtüler (GCL) Geosentetik kil örtüler (Geosynthetic Clay Liners, GCL), göreceli olarak daha yeni bir geosentetik malzemedir. İnce tabakalar halindeki bentonit kilinin iki geotekstil örtü ya da geomembran arasında sandviç yapılmasıyla oluşmaktadır [1]. Şekil 2.6 GCL (Geosentetik kil örtü) [8] Malzemeler arası bütünlük iğneleme, dikiş ya da fiziksel bağlar yardımıyla gerçekleştirilir. Genel kullanım alanları yalıtım ve bariyer amaçlı olarak geoteknik mühendisliği uygulamaları, ulaşım ya da hidrolik mühendisliği uygulamalarıdır. 8

27 2.5.6 Geokompozitler Geokompozitler, aşağıda belirtilen ürünlerin kombinasyonu ile oluşan malzemelerdir: -Geotekstil ile geonet -Geotekstil ile geogrid -Geogrid ile geomembran -Geotekstil, geogrid, geonet ve geomembran Ayrıca yukarıda sıralanan herhangi dört üründen birinin, bir başka ürün ile bir araya gelmesiyle birlikte, her bir ürünün özelliklerinin birleştiği ve birden fazla amaca hizmet eden bir malzeme halini alır. Kullanım yerleri çok çeşitlidir ve yeni ürünlerin çıkmasıyla beraber gün geçtikçe çoğalmaktadır. İşlevleri ise geosentetiklerde olduğu gibi ayırma, güçlendirme, filtrasyon, drenaj ve izolasyondur. Şekil 2.7 Geokompozit örneği [9] 9

28 BÖLÜM 3 GEOTEKSTİLLER 3.1 Geotekstilin Tanımı Geotekstil, insan yapısı bir proje, yapı veya sistemin bir parçası olarak temel elemanı, zemin, kaya ve toprakla veya geoteknik mühendisliği ile ilgili herhangi bir malzeme ile beraber kullanılan geçirimli tekstil ürünüdür. 3.2 Geotekstilin Tarihçesi Geotekstillerin bugün bilindiği ve kullanıldığı haliyle ilk kullanımı, erozyon kontrol uygulamaları ve granüler toprak filtrasyonuna alternatif olarak gerçekleşmiştir ların sonlarında, Rhone-Poulenc tekstil firması (Fransa) farklı uygulamalar için örgüsüz iğne delikli kumaşlarla çalışmalara başlamıştır. Bu farklı uygulama alanları kaplamasız yolların güçlendirilmesi, demiryolları balastı, dolgular ve toprak barajlardı. Bu birçok uygulama alanlarının ana kullanım fonksiyonu ayırma ve/veya güçlendirmeydi. Bu fonksiyonlara ek olarak bu kumaşların artı bir özelliği de su geçişine izin vererek drenaj vazifesi görmeleriydi. Günümüzde kullanılan geotekstil kelimesi, bu olası fonksiyonların hepsini kapsamaktadır. Geotekstillerin ilk kullanımı ile ilgili Hollandalı ve İngilizlerin de çalışmaları bulunmaktadır. ICI Fibres firması da örgüsüz, ısıl işlem kaynaklı tekstillerin geniş bir yelpazede kullanılmasında rol oynayan ana firmalardan biridir. Amerika da kullanılan ilk örgüsüz geotekstil, 1970 lerin sonlarına doğru Mirafi şirketi tarafından ICI Fibres firmasından ithal edilmiştir. Avusturya firması olan Polyfelt ve Avrupa ile Amerika da faaliyet gösteren DuPont firmaları da örgüsüz geotekstillerin üretimi konusunda ilk 10

29 öncü firmalardan diğerleridir. Bu firmalar ve bunları takip eden diğerleri, geotekstilleri dünya ile tanıştırmaya devam etmişlerdir. 3.3 Geotekstilin Hammaddeleri ve Üretim Tekniğine Göre Sınıflandırılması Geotekstil üreticilerinin pazarı teşvik etmede ve büyütmesindeki rolü pozitif yönde olmuş ve büyük katkı sağlamıştır. Genel ve özel kullanım için çok çeşitli ve farklı sitillerde dokumalar geliştirilmiştir. Genel kullanıma yönelik üretim yapanlar, daha geniş bir pazara hitap etmeyi ve sürümlü satışları tercih etmişlerdir. Özel kullanıma yönelik üretim yapanlar ise daha özel veya mühendisliğe yönelik pazara yönelmişlerdir. Geotekstil üretimi için şu üç nokta çok önemlidir: Polimerin tipi Fiber (Lif) tipi Dokumanın stili Polimer Tipi Geotekstil üretiminde kullanılan polimerik malzemeler aşağıda kullanım oranına göre sıralanmıştır. Polipropilen (PP) (% 85) Polyester (PET) (% 12) Polietilen (PE) (% 2) Poliamid (PA) (% 1) Nemin dayanıma etkisi çok küçüktür, sadece polipropilen ve polietilen sudan daha hafiftir, tüm polimerik maddeler yüksek erime noktasına sahiptir Fiber (Lif) Çeşitleri : Düzenli formüle edilmiş polimerler liflerden ya da birçok lifin bir araya gelmesiyle oluşan ipliklerden (yarn) oluşur. Polimerler eritilerek ip üretim makinasının çok sayıda deliklere sahip memelerinden geçmesi için pompalanır. Çıkan lifler daha sonra ıslak, kuru ya da erime yöntemlerinden biriyle sertleştirilir. Genel olarak kullanılan yöntem, ergime işlemi ile yapılmaktadır. Bu yöntemde sertleşme, soğutma ile gerçekleştirilir ve eş zamanlı veya daha sonra uzatılırlar. Uzatma, liflerin çapını azaltır ve bu durum lif moleküllerinin kendilerini düzenli ve sıralı bir biçimde şekil almasına neden olur. 11

30 Bunun sonucunda liflerin dayanımı artar, uzaması azalır ve elastisite modülü artar. Bu monofilamentler ayrıca birbirleriyle sarılarak multifilament iplikleri oluşturur. Liflerin çapı, onların denier denilen ağırlık ölçüsüyle ifade edilir. Denier, 9000 metre ipliğin gram cinsinden ağırlığını gösteren birime denir. Ayrıca tekstil kelimesindeki teks ifadesi de 1000 metre ipliğin ağırlığını gram cinsinden gösteren birimdir. Elyaf fiberler (staple fibers) daha farklıdır ve belirli denierde filamentlerin ip gibi bir araya gelmesiyle oluşur. Bu ipler binlerce sürekli filamentler içerir Dokumanın Stili İplikler üretildikten sonra kumaş haline dönüştürülürler. Ana üretim çeşitleri aşağıda sıralanmıştır: -Örgülü -Örgüsüz Dokuma kumaşlar uygun tekstil örme makineleriyle çok çeşitli tiplerde dokunur. Bu çeşitliliğin kumaş üzerinde fiziksel, mekanik ve hidrolik özelliklerinde doğrudan etkisi vardır. Şekil 3.1 ve 3.2 de örgülü ve örgüsüz geotekstil örnekleri görülmektedir. Şekil 3.1 Örgülü multifilament geotekstil ( x 30 büyütülmüş hali) [1] Şekil 3.2 Örgüsüz ısıl işlemle bağlı geotekstil ( x 30 büyütülmüş hali) [1] 12

31 Örgüsüz kumaşların üretimi ise örgülülerden çok daha farklıdır. Her örgüsüz üretim sistemi genellikle dört ana adımdan oluşur: Liflerin hazırlanması Ağ formasyonu Ağ bağı İleri düzeltme Bir ya da birkaç çeşit polimer ( polipropilen, polyester, poliamid veya polietilen gibi ) ekstruzyon makinasından akar ve makinanın başlarından çıkmaya zorlanır. Lifler genellikle uzatılır ve soğutma ya da ısıtma ünitesinden geçtikten sonra hareket eden konveyörün üzerine sürekli ağ formu oluşturmak üzere serilir. Serilme işleminde liflerin oluşturduğu geotekstilin özellikleri ekstruzyon makinasının hızı, hava buharı ya da konveyörün hızına göre değişir. Şekil 3.3 Örgüsüz geotekstil üretim bandı [10] Daha sonra lifler bağlanır. Liflerin birbirine bağlanma şekli aşağıdaki gibidir: Termal bağ (ısı ile bağ oluşturulur) Kimyasal bağ (akrilik yapışkan gibi kimyasal maddeler kullanılarak) Mekanik bağ (iğneleme yöntemi ile) 13

32 Şekil 3.4 Termal bağ yöntemiyle imal edilen örgüsüz geotekstil üretim bandı [11] 14

33 BÖLÜM 4 GEOTEKSTİLLERİN FONKSİYONLARI Farklı uygulamalara göre değişmesine karşın geotekstillerin ana kullanım fonksiyonları ayırıcı, filtrasyon, güçlendirme, koruma ve stabilizasyon fonksiyonlarıdır. Çoğu uygulama için farklı fonksiyonların bir arada kullanılması istenir. Geotekstillerde diğer bir aranan özellik de uygulama esnasındaki hasarlara karşı dayanıklı olmasıdır. 4.1 Ayırıcı Olarak Geotekstillerin Kullanımı Ayırma fonksiyonu, benzer olmayan toprak ya da dolgu malzemelerinin geotekstil ya da geotekstil ile ilişkili bir malzemenin kullanılması ile birbiriyle karışmasını önlemek olarak tanımlanabilir (ISO 10318:2005). Geotekstillerin ayırıcı olarak ana kullanım yeri karayolları ve demiryolları projeleridir. Geotekstilin kullanımı, farklı malzemelerin fonksiyonlarının bütünlüğünü geliştirilir. Agrega temel yumuşak bir zemine serilip düşey yük uygulandığında geotekstilin sağladığı faydalar şu şekildedir: İlk olarak geotekstil, agreganın yumuşak zemine gömülerek kaybolmasını engeller. Geotekstil, agrega temeli sınırlar ve böylece daha iyi bir kompaksiyon yapılabilir ve yüksek dayanma kapasitesi meydana çıkar. İkinci olarak ise agrega temelin yumuşak zemin ile kirlenmesi engellenerek taşıma kapasitesinin düşmesinin önüne geçilmiş olur. Çok ince danelerin serilen agregaya geçmesi genelde dinamik gerilmelerde meydana gelir ve bu olaya pompa etkisi adı verilir. Bu ince daneli partiküller, agregalar arasında kayganlaştırıcı gibi davranır ve kayma mukavemetini düşürür. 15

34 Geotekstil kullanımıyla pompa etkisi ortadan kalktığında kirlenmeyen agrega drenaj fonksiyonunu efektif olarak yerine getirmeye devam eder ve bu da yolun donma etkilerine karşı direncini arttırır (Şekil 4.1). Şekil 4.1 Geotekstilsiz ve geotekstilli kaplamasız yol imalatı [10] Geotekstillerin ayırıcı özelliklerinin faydaları aşağıdaki gibi sıralanabilir: İnce daneli partiküllerin agrega temel ile karışması sonucu yük taşıma kapasitesinin düşmesinin önlenmesi, Agregaların yumuşak zemine gömülmesinin engellenmesi sonucu taşıma gücündeki ve kompaksiyon derecesindeki artış, Yolların don etkisiyle bozulmasındaki azalma, Zayıf zeminin kaldırılmasına gerek kalmaması, Agrega zeminin drenaj kapasitesinin sürdürülebilirliğini sağlamak, Özellikle dinamik yükler altında ince daneli zeminlerin geçişini engellemek Geotekstillerin Ayırıcı Olarak Kullanım Yerleri Geotekstillerin ayırıcı amaçlı olarak kullanıldığı başlıca alanlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir; Kaplamasız yollarda agrega temel ile doğal zemin arasında Kaplamalı yollarda taş temel ile doğal zemin arasında Demiryollarında balast tabakası ile doğal zemin arasında Geomembranlar ve kum drenaj katmanları arasında 16

35 Arazi doldurma ile taş temel arasında Temel ile dolgu toprağı arasında sürşarj yükleri için Toprak ve kaya barajlarda temel ile dolgu arasında Temel toprağı ile rijit istinad duvarları arasında Zayıf dereceli filtre şiltelerinde drenaj katmanları arasında Eski ve yeni asfalt tabakaları arasında Toprak barajların çeşitli zonları arasında 4.2 Stabilizasyon ve Güçlendirme Fonksiyonu Bir çok uygulamada geotekstiller, stabilizasyon ve güçlendirme görevini yerine getirir. Stabilizasyon fonksiyonunda geotekstil toprağa çekme dayanımı sağlar ve böylece toprağın (düşey yüklere maruz kaldığında) çekme dayanımından yoksun kalmasını engeller. Böylece çekme kuvveti alamayan zemine bu özellik kazandırılmış olur (Şekil 4.2). Şekil 4.2 Kaplamasız yollarda geotekstil uygulandığında oluşan gerilmeler [10] Geotekstilin agrega temeli stabilize etmesinin ve tekrar eden yükler altında kalıcı deformasyona karşı direnç oluşturmasının üç ayrı nedeni vardır; 1. Tutma ve Sınırlama 2. Membran etkisi 3. Lokal Güçlendirme Bir geotekstilin elastisite modülü ne kadar yüksek olursa, yukarıda sıralanan üç etki de o kadar etkili olur. 17

36 4.2.1 Tutma ve Sınırlama Şekil 4.2 de görüldüğü gibi iki çeşit tutma vardır. Biri aşağı doğru basınç oluşturan tekerlek izinin dışında geotekstilin ters eğri hareketi ile bağlantılıdır. Diğeri ise tekerlek altında oluşan yükün agregayı hareket ettirmesine engel olarak tutmayı sağlar. Geotekstil, agrega katmanının altında oluşan gerilmelere karşı güçlendirme sağlar ve teker altındaki yükü daha homojen yayar. Agreganın sınırlandırılması da dayanımı ve direnci arttırır Membran Etkisi Membran etkisi, geotekstil deformasyona uygun yumuşak bir zemine serilip üzerine düşey yükler uygulandığında etkili olmaktadır. Düzlem içinde geotekstilde çekme gerilmesi gelişir. Düzlem içindeki kuvvet, düşey yönde bir bileşke oluşturarak yumuşak zemine gömülmeye çalışan agregalara karşı gelir. Bu nedenle geçici yol inşaatlarında tekerlek izi oluşmasının engellenmesinde büyük önem taşır. Kullanılan geotekstilin elastisite modülü ne kadar yüksek olursa, tekerlek izinin azalması da o denli az olur Lokal Güçlendirme Serilen agregalar içinde bazı taşlar noktasal olarak geotekstili delerek yumuşak zemine geçebilir. Yüksek direnç katsayısına sahip bir geotekstil, yükü dağıtarak gerilmeleri azaltır ve yer değiştirmelere karşı direnç sağlar. Yüksek uzama katsayısına sahip bir geotekstil, delmeye çalışan agreganın etrafında uzayarak lokal olarak oluşabilecek delinmeleri engeller Geotekstillerin Güçlendirme Amaçlı Kullanım Yerleri Geotekstillerin güçlendirme amaçlı olarak kullanıldığı başlıca alanlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir; Kaplamasız yollarda, havaalanlarında, demiryollarında yumuşak zemin üzerinde Toprak dolgularda yumuşak zemin üzerinde, Spor ve atletizm sahalarında yumuşak zemin üzerinde, Homojen olmayan zemin üzerinde, Demiryollarında balastın yanal hareketini sınırlamak için, Geotekstil ile güçlendirilmiş duvarların yapımında, 18

37 Toprak ve kaya barajların güçlendirilmesinde, Dolguları güçlendirmede, Eğimleri geçici olarak stabilize etmek için, Eğimli zeminlerde sünme hareketini önlemek için, Esnek birleştirilmiş kaldırımları güçlendirmek için, Geomembranların toprak veya dolgu tarafından delinip zarar görmesini önlemek için, Sürtünmeyi arttırarak eğimli kenarları daha stabil hale getirmek için. 4.3 Filtrasyon Fonksiyonu Filtrasyon, toprağın ya da diğer partiküllerin alt tabakaya geçişini sınırlandırırken suyun geçişine izin vermek olarak tanımlanır (ISO 10318:2005). Tipik olarak gözenek açıklığı ve permeabilite, geotekstillerin filtrasyon özelliklerinin tanımlanmasında kullanılır. Verimli bir geotekstilin gözenek açıklığı, toprak erozyonunu engellemek için büyük toprak partiküllerini sınırlandıracak kadar küçük olmalıdır. Küçük partiküller başlangıçta büyük partiküllerin köprüleme ağı oluşumuna destek olmak için geotekstilin içinden geçmek zorundadırlar (Şekil 4.3). Şekil 4.3 Geotekstile bitişik doğal zemin filtresi [10] Eğer bir geotekstilin gözenek açıklığı çok küçük olursa, küçük partiküller drene olamazlar ve küçük çaplı köprüleme ağı oluşur. Bu durum da düşük geçirgenliğe sahip 19

38 doğal toprak bariyeri oluşumuna sebep olur. Tipik zemin geçirgenlikleri, Çizelge 4.1 de gösterilmiştir. Çizelge 4.1 Tipik zemin geçirgenlikleri [10] Tipik Zemin Geçirgenlikleri Çakıl 3x m/s Kum m/s Silt - m/s Kil - m/s Etkili geotekstil filtreleri farklı şekillerde ve boyutlarda gözeneklere sahip olmalıdırlar ve boyut dağılımı zeminin dane dağılımına benzer olmalıdır. Tasarımda doğru geotekstil seçimi yapılırken genellikle göz önüne alınmayan durum agrega alt temel sisteminde en az geçirgenliğe sahip olan katmanın, sistemin geçirgenliğini belirlediğidir. Genellikle zeminin permeabilitesi geotekstilden çok çok azdır. Bu nedenle tasarımda kullanılacak olan geotekstil belirlenirken Şekil 4.4 teki örnekte olduğu gibi kullanılacağı yerdeki zemin geçirgenliklerine göre seçim yapılmalıdır. Zemin katmanlarının permeabilite değerlerinden daha yüksek geçirgenliğe sahip bir geotekstil seçilmesi gerekirken aradaki farkın çok çok yüksek olmasının da bir anlamı bulunmamaktadır. Şekil 4.4 K total sistem permeabilitesi [10] Bir geotekstilin geçirgenliği, ayrıca kendisinin sıkıştırılabilme özelliğine de bağlıdır. Genellikle kalın geotekstiller basınca karşı daha hassastır. Basınç uygulandığında permeabiliteleri düşer. Bu nedenle geotekstil seçiminde sadece geotekstilin kalınlığını belirtmek ve basınç altındaki permeabilite özelliğini gözardı etmek, tasarımın yanlış yapılmasına neden olur. 20

39 Geotekstillerin filtrasyon fonksiyonları özellikle baraj inşaatlarında, erozyonun kontrol altında tutulmasında, yol drenajında ve alt zemin drenajında ön plana çıkar. Bu tip yapılarda granüler filtrelerin yerini alır. Çok küçük danelerin erozyonu, geotekstil kullanımı ile önlenir Geotekstillerin Filtrasyon Amaçlı Kullanım Yerleri Geotekstillerin filtrasyon amaçlı olarak kullanıldığı başlıca alanlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir: Granüler zemin filtrelerinde, Kaplamasız yollarda taş temellerin altında, Kaplamalı yollarda taş temellerin altında, Demiryollarında balast tabakasının altında, Drenaj sistemindeki kırma taşın etrafında, Yağmur sularını toplayan toprak altındaki perfore delikli drenaj boruların etrafında, Silt bariyeri olarak, Toprağın geçişini engellemek için geokompozit malzemelerde, Kum drenajlarında kum kolonları etrafında, Taş riprapların altında, Prekast blokların altında. 4.4 Drenaj Fonksiyonu Drenaj, yağmur ve zemin sularını veya diğer akışkanları toplamak ve transfer etmek olarak tanımlanabilir. Geleneksel olarak su, derecelendirilmiş doğal malzemeler kullanılarak kontrol ve tahliye edilmekteydi. Ancak son 30 yıldır geotekstiller, agrega filtrelerin yerini almıştır ve böylece geçirimsiz zeminlerin doğal drenaj kapasitesi artmıştır. Bir geotekstil, direkt drenaj katmanı olarak kullanılmamalıdır çünkü onun drenaj kapasitesi, laboratuvar ortamında temiz su ile ölçülebilmesine rağmen gerçek şantiye koşullarında daneler geotekstilin gözenekleri içinde hapsolduğunda drenaj kapasitesi düşebilir. Ayrıca drenaj sistemleri için yüksek toprak basınçlarına maruz kaldıklarında bile uzun dönem performansı olarak uygun drenaj kapasitesini sağlıyor olması çok 21

40 önemlidir. Drenaj katmanının tıkanma ve kirlenmesini engellemek için drenaj sistemi mutlaka bir filtre içermelidir (Şekil 4.5). Şekil 4.5 Geleneksel agrega drenaj katmanı [10] Geotekstil ile birleştirilmiş sentetik drenaj elemanları, geleneksel kum drenajları, ve diğer drenaj sistemlerinden daha ekonomik bir alternatif oluşturmaktadır. Tipik geosentetik drenaj şilteleri veya drenaj elemanları genelde iki geotekstil filtrasyon arasına konmaktadır (Şekil 4.6). Şekil 4.6 Kompozit drenaj elemanı [10] Filtre malzemesi kalıcı olmalı, fiziksel özellikleri uygun olmalı, dayanımı ve sağlamlığı yüksek olmalı, uygulama esnasında oluşabilecek gerilmelere dayanıklı olmalı ve uzun süreli filtrasyon performansı sergilemelidir. Drenaj sisteminin olmaması ya da işlevsiz olması zeminlerde önemli güvenlik ve fonksiyon problemlere yol açar. Geotekstillerin filtrasyon amaçlı kullanımlarında fonksiyonunu en kritik zeminlerde bile efektif bir şekilde ve uzun vadeli gerçekleştirmesi çok önemlidir. 22

41 4.4.1 Geotekstillerin Drenaj Amaçlı Kullanım Yerleri Geotekstillerin drenaj amaçlı olarak kullanıldığı başlıca alanlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir: Toprak barajlarda baca drenajı olarak, Toprak barajlarda drenaj galerisi olarak, Düşey akışların drenajında, Sürşarj dolguların altında drenaj battaniyesi olarak, İstinad duvarlarının arkasında drenaj amaçlı olarak, Demiryollarında balast tabakasının altında drenaj amaçlı olarak, Geomembranların altında su drenajı için, Geomembranların altında hava veya gaz drenajı için, Spor ve atletizm alanlarının altında drenaj amaçlı, Yeşil çatılarda drenaj amaçlı olarak, Kum drenleri için yer değiştirici olarak, Dona duyarlı alanlarda kapilariteyi önlemek için kullanılır. 4.5 Koruma Fonksiyonu Koruma, geotekstil ya da geotekstille ilgili bir malzeme kullanarak verilen eleman veya malzemede lokal zararı önlemek veya sınırlamak olarak tanımlanır (ISO 10318:2005). Geotekstillerin koruma amaçlı olarak kullanım yerlerine örnek olarak arazi dolgularında kullanılan geosentetik bariyerlerin korunmasında, çatılarda, su depolarında ve su projelerinde kullanılması sayılabilir. Bir geotekstilin koruma amaçlı kullanımında dikkat edilmesi gereken en önemli etken, delinme direnci ve ürünün üniform özelliğinin olmasıdır (zayıf noktalar ya da bölgelerin olmamasıdır). Ayrıca bir geotekstilin koruma fonksiyonunu daha iyi yerine getirmesi, yaygın olarak bilindiği şekilde onun sadece kalınlığı ve ağırlığı ile ilgili değildir. Üretim tekniğine göre veya kullanılan hammaddeye göre bu özellikleri değişebilmektedir. Bunun için bir geotekstilin en iyi koruma fonksiyonu özelliği, yapılan delinme testleri sonucu belirlenebilir. 23

42 BÖLÜM 5 GEOTEKSTİLLERİN ÖZELLİKLERİ 5.1 Fiziksel Özellikler Özgül Ağırlık Özgül ağırlık, maddenin birim hacim ağırlığının 4 C deki damıtılmış, havası alınmış suyun birim hacim ağırlığına oranı olarak tanımlanır. Çizelge 5.1 de görüldüğü üzere bazı polimerlerin (polietilen ve polipropilen) özgül ağırlık oranları 1 in altındadır. Bu durum suyun altında yapılacak çalışmalarda dikkate alınmalıdır. Çünkü birim hacim ağırlığı sudan düşük olanlar, suyun üzerinde yüzeceklerdir. Çizelge 5.1 Geotekstil üretiminde kullanılan bazı hammaddelerin özgül ağırlıkları [1] Polimer Malzemeler Özgül Ağırlık Oranları Polyvinil klorit 1.69 Pamuk 1.55 Polyester Polietilen (PE) Polipropilen (PP) Birim Alan Kütlesi Birim alan kütlesi, genel tabiri ile bir geotekstilin birim alandaki ağırlığıdır. Geotekstillerin birim alan kütlesi literatürde genellikle gr/m² olarak verilir. Birim alan kütlesi, geotekstil hiçbir gerilmeye maruz değil iken ölçülür. Genel olarak 24

43 geotekstillerin birim alan kütleleri 100 gr/m² ile 1000 gr/m² arasında değişmektedir. Kullanılan liflerin maliyeti ve geotekstilin mekanik özellikleri direkt olarak birim alan kütlesi ile ilgilidir Kalınlık Bir geotekstilin kalınlığı, en üst ile en alt yüzeyi arasında belli bir basınç altında (ASTM D5199 için 2.00 kpa basınç altında) ölçülen mesafedir. Genel olarak sıkça kullanılan geotekstillerin kalınlıkları 0.25mm ile 7.5mm arasında değişmektedir Katılık Geotekstilin katılığı, kendi ağırlığı altında bükülmeye karşı göstermiş olduğu direnç olarak tanımlanabilir. Bu özellik, geotekstilin uygulama esnasında uygun çalışma alanı sağlaması için önemlidir. Çok yumuşak zeminlerde geotekstil serilirken yüksek katılığa sahip olması istenir. 5.2 Mekanik Özellikler Mekanik özellikler, geotekstilin uygulanan yüklerin mobilize olmasından veya uygulama koşullarından kaynaklanan çekme gerilmesine karşı direncini gösterir Sıkışabilirlik Bir geotekstilin sıkışabilirliği, uygulanan normal gerilmeler altında kalınlığının değişmesidir. Çoğu geotekstil için sıkışabilirlik düşüktür. Bir geotekstil yükler altında ne kadar çok sıkışırsa, onun düzleminden geçireceği sıvı akışı da o kadar az olur. Örgüsüz iğne delikli geotekstillerin sıkışabilirliği, diğerlerine göre çok daha yüksektir Çekme Dayanımı Bir geotekstilin en önemli özelliği çekme dayanımıdır. Tüm geotekstil uygulamalarında, birincil fonksiyon (güçlendirme uygulamaları) ya da ikincil fonksiyonlarını (ayırıcı, filtrasyon, drenaj veya koruma) yerine getirebilmesi tamamen bu özellik ile bağlantılıdır. Çekme dayanımı testi basitçe şu şekilde yapılır. Bir parça geotekstil mekanik test makinasına kıskaçlarla tutturulur ve geotekstil kopana kadar gerilmeye devam edilir. Bu test boyunca uygulanan yük ve geotekstilin uğradığı deformasyon 25

44 ölçülür. Elde edilen veriler doğrultusunda gerilme-deformasyon eğrisi çizilir. Bu eğri yardımı ile aşağıdaki veriler elde edilir: Maksimum çekme gerilmesi (geotekstilin dayanımı olarak da tanımlanabilir.) Geotekstilin özelliğini yitirdiği andaki deformasyon (maksimum uzama) Dayanıklılık (geotekstil zayıflamadan önceki birim hacimde yapılan işi gösterir, genelde gerilme-deformasyon eğrisinin altında kalan alan olarak alınır.) Elastisite Modülü (gerilme-deformasyon eğrisinin doğrusal olan ilk kısmının eğimi) Çekme testlerinde en çok kullanılan yöntem kapma testi (ASTM D4632: 2008) denilen basit çekme deneyidir. Bu deneyde 100mm genişliğinde ve 150mm uzunluğunda bir geotekstil numunesi Şekil 5.1 de de gösterildiği gibi üst ve alttan sıkıştırılır ve çekme deneyi uygulanır. Bu test, geotekstilleri birbirleriyle kıyaslamada ya da fabrikaların kalite kontrol birimlerinde kullanılır. Şekil 5.1 Kapma testi (ASTM D4632:2008) [1] Ayrıca dar şerit testi de (25 ya da 50mm genişliğinde geotekstil şerit ile yapılır) birçok araştırma ve geliştirme çalışmalarında minimum miktarda geotekstil ile yapıldığı için tercih edilir. Geotekstiller ile tasarım yapılacağında tercih edilen test, büyük enli geotekstil ile yapılan çekme testidir. Bu testte elde edilen sonuçlar daha güvenilirdir. 200mm genişliğinde ve 100mm yüksekliğinde geotekstil kullanılarak yapılır (ASTM D4595 ve ISO 10319:2008). 26

45 Kapma testi, kolay ve ufak numune boyutları ile gerçekleştirildiği için en çok tercih edilen deneydir. Ancak bu testte diğer testlere göre malzemenin en yüksek değerlerde çekme dayanımları elde edilir, bu yüzden de tasarımda bu test yerine büyük enli çekme deneyi testi tercih edilir (Şekil 5.2). Şekil 5.2 Büyük enli çekme testi (ASTM D4595:2009) [1] Yorulma Direnci Yorulma direnci, bir geotekstilin işlevini yitirmeden önce tekrar eden yüklere karşı dayanma yeteneğidir. Genellikle büyük enli çekme test numunesi, sabit oranda uzama gerçekleştirecek önceden belirlenmiş bir yük (çökme yükünden daha az bir değerde olan) ile gerilir ve sonra yük sıfıra indirilir. Bu döngü, geotekstil göçünceye kadar tekrarlanır. Beklendiği üzere uygulanan gerilme değerleri azaldıkça geotekstilin göçme anına ulaşan döngü sayısı artmaktadır Yırtılma Testi Geotekstiller serilme esnasında sıklıkla yırtılma gerilmelerine maruz kalırlar. Geotekstillere yırtılma ile ilgili yapılan üç ayrı çeşit test vardır: 1-Trapezoidal yırtılma testi : Bu testte geotekstil, bir gerilme test cihazının içine çapraz olarak yerleştirilir. Geotekstili oluşturan ipliklere uygulanan gerilme arttırılarak yırtılma gerçekleştirilir. İşleme başlamadan önce geotekstilde 15mm kesik açılır. Uygulanan yük geotekstilin yapısı yerine iplikleri bağımsız olarak gerer. Testte ortaya çıkan değerler kaydedilir. (ASTM D4533:2010) 2-Dil Yırtılma testi: Bu test, 75 x 200mm ebatlarında geotekstil numune ile gerçekleştirilir, numune test cihazına yerleştirilir ve geotekstilde 75mm uzunluğunda başlangıç kesiği oluşturulur, daha sonra numuneye artan bir gerilme kuvveti uygulanır. 27

46 Teste geotekstil yırtılana kadar devam edilir ve elde edilen veriler kaydedilir. Bu testte elde edilen veriler, trapezoidal testinden elde edilenlerden daha yüksektir (ASTM D751:2006). 3-Elmendorf yırtılma testi: Bu test sadece örgülü geotekstillere uygulanır. Diğer testlerde olduğu gibi geotekstil numunesinde ön kesik oluşturulur ve yırtılmanın meydana geldiği kuvvet tespit edilir. Bu test örgüsüz geotekstillerde uygulanmaz (ASTM D1424:2009). Tüm bu testlerde geotekstilin yırtılmaya karşı direnci tespit edilir Darbe Testi Geotekstilin üzerine düşen malzemeler (kayalar, aletler ya da diğer inşaat malzemeleri) geotekstilde delikler açabilir. Bu nedenle geotekstillerin darbe dayanımını belirlemek amacıyla bir takım testler geliştirilmiştir. Bu testlerde genellikle geotekstil, CBR kalıbı gibi bir boş kaba altı boş kalacak şekilde sabitlenir ve belirli bir yükseklikten belli bir ağırlıktaki koni geotekstilin üzerine serbest olarak düşürülür. Koninin geotekstile giriş miktarı, darbe gerilmelerine karşı direncini belirler (Şekil 5.3). Şekil 5.3 Dinamik darbe testi [10] Koninin 50 cm yükseklikten düşmesi sonucu geotekstilde açtığı deliğin çapı ölçülerek geotekstilin darbe dayanımı belirlenir (EN 918). 28

47 5.2.6 Delinme Testi Darbe testinin yanı sıra taşlar veya kütüklerin geotekstili delmesi karşısındaki direnci de belirlenmesi gereken diğer bir parametredir. Bu testte 8mm çapında delici çelik çubuk kullanılır. Geotekstil, iç çapı 45mm olan bir silindire gerilme uygulamadan sabitlenir ve çelik çubuk geotekstile doğru sıkıştırma test aleti yardımıyla itilir. Delinmeye karşı direnç de bu esnada kuvvet biriminde ölçülür. Şekil 5.4 Delinme test aleti (ASTM D4833:2007) [12] Bu test basit olması ve otomatikleştirilebilmesi açısından oldukça sık kullanılan bir testtir. Tüm geotekstil üreticileri tarafından belirlenmektedir (Şekil 5.5). Bu test metodu ile ölçülmüş çok geniş bir veri tabanı bulunmaktadır. Ayrıca normal toprak testlerinde kullanılan CBR test aleti ile de bu test yapılabilir (Şekil 5.6). Şekil 5.5 Delinme testi (8 mm çubuk) [10] 29

48 Şekil 5.6 CBR statik delinme testi (50 mm çubuk) [10] Geotekstilin CBR delinme direnci değeri ile büyük enli çekme dayanımı arasında direkt bir ilişki mevcuttur. Şekil 5.7 Delinme testi aleti [10] Sürtünme Davranışı Bir çok tasarım problemlerinde zemin ile geotekstilin birbiri arasındaki sürtünme davranışını bilmek önemlidir. Bunu belirleyebilmek için geoteknik mühendisliğinde kullanılan direk kesme deneyinden faydalanılır. Geotekstil, test aletinin bir yarısına yerleştirilir ve diğer yarısında da zemin numunesi konulur. Şekil 5.8 Geotekstil ve zemin numunesi ile kesme deneyi [1] 30

49 Normal gerilme uygulandıktan sonra geotekstil ile zemin arasında kayma meydana gelene kadar kesme kuvveti uygulanır. Test, farklı normal kuvvetler ile uygulanır ve veriler toplanır. Toplanan veriler sonucu Mohr-Coulomb göçme kriteri elde edilir. Şekil 5.9 Direkt kesme deneyi test verileri [1] Geotekstilin zemine tepkisi ile zeminin zemine tepkisi karşılaştırıldığında, zeminin kohezyonu ve sürtünme açısındaki kesme dayanımı verimi saptanabilir. 5.3 Hidrolik Özellikler Fiziksel ve mekanik özellikleri belirlemede kullanılan geleneksel testler haricinde giysi sektöründe kumaşlara uygulanan sıvı akışı ile ilgili testler bulunmamaktaydı. Ancak geotekstillerin inşaat sektöründe kullanılmaya başlaması ile birlikte hidrolik testler bir ihtiyaç haline gelmiştir Porozite Geotekstilin porozitesi, boşluk hacminin toplam hacme oranı olarak tanımlanabilir. Sıvının geotekstil boyunca ya da içinden akma kabiliyeti ile ilgili olmakla birlikte nadiren direkt olarak ölçülür. Geotekstilin diğer özelliklerinden hesaplanır. Porozite hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılır; (5.1) Burada: n : Porozite m : birim alan kütlesi (gr/m²) ρ : geotekstil yoğunluğu (g/m³) t : geotekstil kalınlığı (m) 31

50 5.3.2 Açıklık Alanı Yüzdesi (POA) Açıklık alanı yüzdesi (POA, Percent Open Area), sadece örgülü monofilament geotekstillere uygulanabilen bir geotekstil özelliğidir. POA, bitişik iplikler arasındaki toplam boşluk alanının toplam numune alanına oranlanması olarak tanımlanabilir. Örgülü monofilament geotekstiller için POA %0 (kapalı yapıya sahip) ile %36 (çok açık) arasında değişmektedir. Bir çok ticari örgülü geotekstilde bu oran %6 - %12 arasındadır. Bu test, örgüsüz geotekstiller için uygun değildir Görünen Açıklık Boyutu (AOS) Görünen açıklık boyutu (AOS, Apparent Opening Size), ilk olarak örgülü geotekstiller için askeri mühendisler tarafından geliştirilmiştir. AOS, geotekstildeki açıklıklara en yakın açıklıklardaki Amerikan standart elek numaraları olarak tanımlanır. AOS u belirlemek için ASTM D4751 numaralı test geliştirilmiştir. Bu testte çapları bilinen cam boncuklar kullanılır ve standart kuru elek analizi ile gerçekleştirilir. Cam boncuklar tıpkı elek analizinde olduğu gibi geotekstil üzerinden elek işlemine tabii tutulurlar. Geotekstil üzerinde elenen cam boncukların toplamının %5 i kadarı kalana kadar (%95 i geotekstilin içinden geçene kadar) cam boncukların çapları değiştirilerek işleme devam edilir. Geotekstil üzerinde toplam cam boncukların %5 i kaldığında geotekstilden geçen en büyük dane çapı ile O95 (danelerin %95 inin geotekstilden geçtiği açıklık boyutu) belirlenmiş olur. AOS testi, bir çok problemlere sahip bir test olmakla beraber uygulaması kolay olduğu için kullanılan testlerden biridir. Kuru AOS testine alternatif olarak ıslak elek testi de kullanılmaktadır. Islak testte geotekstil üzerine iyi derecelendirilmiş standart zemin numunesi konur ve düzenek suya daldırılır. Genel olarak bu test kuru elek testine nazaran daha az problem oluşturur ve şantiye ortamını daha iyi temsil eder Geçirgenlik (Permitivite) Geotekstillerin ana fonksiyonlarından biri filtrasyondur. (Bazı üreticiler bunu yanlış bir biçimde drenaj olarak da tanımlarlar.) Filtrasyonda su mıcır içinden, perfore borudan ya da diğer bir drenaj sisteminden geotekstile dik olarak geçerek akar. Geotekstilin suyu 32

51 hiç bekletmeden geçirmesi önemlidir. Bundan dolayı geotekstilin düzlemine dik geçirgenliği ölçülmelidir. Bu geçirgenlik permitivite olarak tanımlanır: (5.2) Burada: ѱ = permitivite ( ) = permeabilite (hidrolik iletkenlik (m/s)) t = geotekstil kalınlığı (m) Permitivite formülü Darcy nin formülünde kullanıldığında [13]: q = i A = A = (5.3) (5.4) Burada: q = Akış debisi (m³/s) i = Hidrolik eğim (birimsiz) = Suyun geçtiği iki nokta arasındaki seviye farkı (m) A = Geotekstil numunesinin alanı (m²) Bu formülasyon, zeminin permeabilitesini belirlemek için kullanılan sabit seviyeli permeametre deneylerinde kullanılır. Permeabilite tespiti için akış debisi (q), suyun seviyesi sabit tutularak belirlenir ve bu test farklı yükseklikler için tekrarlanarak farklı debi değerleri (q) elde edilir. Elde edilen değerler doğrultusunda A q grafiği çizilir ve elde edilen doğrunun eğimi istenen permitiviteyi (ѱ) ortaya çıkartır. Sabit seviyeli permeametre düzenek örneği Şekil 5.10 da gösterilmektedir. Şekil 5.10 Sabit seviyeli permeametre düzeneği [1] 33

52 Permitivite ayrıca düşen seviyeli permeametre deneyi ile de belirlenebilir. Burada Darcy nin formülü entegre edilerek aşağıdaki denklem elde edilir: = 2.3 (5.5) Burada: Ѱ = permitivite ( ) a = Su sağlayan borunun alanı (m²) A = Geotekstil test numunesinin alanı (m²) = ile arasındaki zaman farkı (s) = Deney başlangıcında su sağlayan borudaki su seviyesi (m) = Deney bitişinde su sağlayan borudaki su seviyesi (m) Her iki deneyde de permitivite geotekstil kalınlığı ile çarpılarak geleneksel permeabilite değerleri bulunur. Genel olarak geotekstillerin permitivite ve permeabilite değerleri, özellikleri ve kalınlıklarına göre Çizelge 5.2 deki gibi değişmektedir; Çizelge 5.2 Geotekstillerin permitivite ve permeabilite değerleri [1] Permitivite (ѱ) ( ) 0,02-2,2 Permeabilite ( ) (m/s) 8x - 2 x Zeminde kullanılan geleneksel permeametre deney aletleri, geotekstillerde kullanılmamaktadır; çünkü su boşaltma kanalları, çoğu geotekstilden gelen suyu tahliye edebilecek büyüklükte değildir. Yukarıda tarif edilen deney yöntemlerinde permitivite, sıfır düşey yük altında hesaplanmaktadır. Oysa ki normal şartlarda zemine serilen ve üzerine dolgu yapılan geotekstiller belirli bir yüke maruz kalmaktadır. Test koşullarını gerçek duruma yaklaştırmak amacıyla yük altında permitivite ölçen deney aletleri geliştirilmiştir. Bu aletlerde birkaç geotekstil katmanı (2 ila 5 katman) altına ve üzerine paslanmaz çelik elek gelecek şekilde yerleştirilir. Bu birleşim bir permeametre aletine yerleştirilir ve üzerine yükü temsilen 12mm çaplarında seramik toplar konulur. Bu normal gerilme, geotekstilin üzerine etkir. Bu deney ASTM D5493:2011 ile standart hale getirilmiştir ve yük altında geotekstillerin permitivite davranışlarını belirlemek için kullanılır. 34

53 Örgülü ve örgüsüz geotekstillerin basınç altında permeabilite değişimi Şekil 5.11 de gösterilmektedir. Şekil 5.11 Geotekstillerin basınç altında permeabilite değerleri [10] Transmisivite (Düzlem Permeabilitesi) Suyun geotekstil düzlemi boyunca aktığı durumlarda (drenaj fonksiyonu olarak kullanımı gibi) geotekstilin kalınlığı (yük altında sıkışabilirliği) çok önemli bir konudur. Transmisivite, geotekstilin kendi düzlemi boyunca geçirimlilik katsayısının, geotekstil kalınlığı ile çarpılması sonucu elde edilir. θ= t (5.6) Burada: θ : Transmisivite (m²/s) kp : Geotekstil düzlemindeki permeabilite (m/s) t : Geotekstil kalınlığı (m) Transmisivite, drenaj fonksiyonu ilk amaç olan geonet veya drenaj geokompozitlerinde daha çok ön plana çıkmaktadır. Geotekstil tiplerine göre transmisivite ve geçirimlilik katsayıları Çizelge 5.3 te verilmiştir. 35

54 Çizelge 5.3 Geotekstillerin tipik transmisivite değerleri [1] Geotekstil çeşidi Transmisivite (m²/s) Permeabilite katsayısı (m/s) Örgüsüz, ısıl işlem bağlı 3,0 x 6,0 x Örgülü, şerit tip 1,2 x 2,0 x Örgülü, monofilament 3,0 x 4,0 x Örgüsüz, iğne delikli 2,0 x 4,0 x Kalın geotekstiller, düzlemleri doğrultusunda suyu en fazla drene etme özelliğine sahiptirler ancak yük altında sıkışmaları diğerlerine göre daha fazla olduğundan drenaj özelliklerini en büyük oranda kaybederler. Şekil 5.12 de de görüldüğü üzere uygulanan yük arttıkça geotekstilin transmisivitesi düşmektedir. Ancak bir çok geotekstilde yaklaşık 85 kpa normal gerilme değerine ulaşıldıktan sonra transmisivite yaklaşık sabit değerlerde devam etmektedir. Bunun nedeni ise ipliklerin yapısının yeterince sıkışmış ve yoğun olmasıdır. Böylece sıvıyı hala yayılı bir şekilde taşımaya devam ederler. Ayrıca seçilen geotekstilin ağırlığının artması, transmisivitenin de artması anlamına gelmektedir. Şekil 5.12 Farklı ağırlıklardaki örgüsüz iğne delikli geotekstillerin yük artışıtransmisivite ilişkisi [1] 36

55 5.4 Dayanıklılık Özellikleri Mekanik, fiziksel ve hidrolik deneyler, geotekstillerin davranışlarını kısa süreler içerisinde gözlemlemektedir. Oysa ki geotekstillerin servis şartları ve planlanan tasarım ömürleri içerisinde dayanıklılığı çok önemli bir etkendir Geotekstillerin Uygulama Esnasında Oluşabilecek Zararlara Karşı Direnci Bir geotekstil, eğer uygulama ya da serilmesi esnasında zarar görürse, hiçbir fonksiyonunu yerine getiremez. Geotekstiller için kritik olan dönem, yapımın tamamlanması sonrası servis ömründen ziyade araziye ilk uygulanma aşamasıdır. Zararların %95 i çoğunlukla bu sırada, özelikle de agregalar geotekstil üzerine dökülürken ya da kompaksiyon esnasında meydana gelmektedir. Genellikle bu aşamalarda eğer geotekstil, üzerindeki gerilmelerden zarar görmezse servis ömrü boyunca oluşan gerilmelere kolaylıkla karşı koyabilir. Geotekstillerde ilk uygulama esnasında meydana gelebilecek hasarların tespiti için çalışmalar yapılmıştır. Bu amaçla 100 şantiye sahasından geotekstil serilip üzerine dolgu yapıldıktan birkaç saat sonra 1 m² lik parçalar geri sökülmüştür [14]. Alınan geotekstillerin çoğu karayollarında temelde ayırıcı olarak kullanılanlar olmakla beraber bazıları da dolgular, duvarlar, alt drenajlar, erozyon kontrol alanları ve diğer uygulama alanlarından temin edilmiştir. Bu numuneler laboratuvara getirilip hiç kullanılmamış olan geotekstillerle kıyaslama yapılabilmesi için bazı testlerden geçirilmiştir. Sahadan serildikten kısa bir süre sonra alınan geotekstillerde, hiç serilmeyenlere göre dayanımlarında belirli bir yüzdede düşüş olduğu gözlemlenmiştir. Geotekstillerde aşağıdaki mekanik testler uygulanmıştır: -Çekme Testi (şantiyeden alınan her numune için 3-6 test yapılmıştır.) -Delinme Dayanımı Testi (şantiyeden alınan her numune için 3-6 test yapılmıştır.) -Trapezoidal Yırtılma Testi (şantiyeden alınan her numune için 3-6 test yapılmıştır.) -Yanma Dayanımı Testi (şantiyeden alınan her numune için 3-6 test yapılmıştır.) -Geniş Enli Dayanım Testi - makine yönünde (şantiyeden alınan her numune için 1-2 test) - Geniş Enli Dayanım Testi - makine yönüne ters (şantiyeden alınan her numune için 1-2 test) 37

56 Bu testlerin yanı sıra delik sayısı ve çapları ile ilgili çalışmalar da yürütülmüştür. Yapılan testlerin sonuçları değerlendirildiğinde örgüsüz iğne delikli geotekstillerde kum tampon kullanılmadığı sürece 270 gr/m² den daha az ağırlığa sahip olanların kullanılmaması önerilmektedir [1]. Ayırıcı bir geotekstilin fiziksel özellikleri ile sahadaki gerçek performansının arasındaki ilişkiyi anlamak için SINTEF (merkezi İskadinavya da bulunan bağımsız araştırma organizasyonu) birçok çalışma ve testler yapılmıştır. Test sonuçları, geotekstilin darbe enerjisini absorbe etme kabiliyeti ile uygulama aşamasında hasara karşı hassasiyeti arasında korelasyon olduğunu teyit etmektedir [14]. Şekil 5.13 Geotekstilde yüksek uzama [10] Geotekstilde yüksek uzama kabiliyeti, geotekstile girmeye çalışan taş etrafında esnemesine izin verir. Şekil 5.14 Geotekstilde yüksek dayanım [10] Geotekstilde yüksek dayanım, geotekstilin düşen taşın kuvvetine dayanmasını sağlar. Şekil 5.15 Dayanımsız geotekstil [10] Yüksek dayanımı ya da uzaması olmayan geotekstil zarar görmektedir. SINTEF in İnşaat ve Çevre Mühendisliği bölümü, 1997 yılında Norveç te yolların inşaatında kullanılan geotekstiller ile ilgili bir araştırma yapmıştır. Bu araştırmada iğne delikli örgüsüz geotekstiller ile ısıl işlemle bağlı örgüsüz geotekstil kullanılmıştır. 38

57 Deney, zorlu kış koşullarında gerçekleştirilmiştir. Geotekstiller zemine serildikten sonra üzerlerine belirli bir yükseklikten agrega dökülmüştür. Daha sonra geotekstiller, serildikleri yerden çıkartılarak üzerlerinde oluşan deformasyonlar (delikler ve toplam delik çapları) incelenmiştir (Şekil 5.16 ve Şekil 5. 17). Şekil 5.16 İğne delikli örgüsüz geotekstilin deney sahasından çıkartılışı [14] Şekil 5.17 Isıl işlemle bağlı örgüsüz geotekstilin deney sahasından çıkartılışı [14] 39

58 Yapılan incelemeler sonucu her iki tip geotekstilde de zedelenmeler, deformasyonlar ve delikler oluştuğu görülmüştür. Ancak örgüsüz ısıl işlemle bağlı geotekstillerde oluşan deliklerin, örgüsüz iğne delikli geotekstillerden çok daha az olduğu belirlenmiştir. Bu da uygulama esnasında oluşabilecek darbelere karşı örgüsüz ısıl işlemle bağlı geotekstillerin, örgüsüz iğne deliklilere göre daha dayanıklı olduğunu göstermektedir. Şekil 5.18 Örgüsüz ısıl işlemle bağlı geotekstil (Sol taraf) - Örgüsüz iğne delikli geotekstil (Sağ taraf) [14] Geotekstillerin Enerji Emme Özelliği Enerji, fiziksel sistemin iş yapabilme kapasitesidir. Standart birimi Joule (J) dur. Bir joule, bir Newton luk bir kuvvetin bir cismi kuvvet doğrultusunda bir metre hareket ettirmesiyle yapılan işe eşittir. Enerjinin iki ana formu vardır, bunlar potansiyel ve kinetik enerjidir. Potansiyel enerji, bir maddede depolanan enerjidir, kinetik enerji ise bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir. Bir geotekstilin enerji emilim potensiyeli (W), geotekstilin uzaması ile uygulanan kuvvetin kombinasyonu olarak tanımlanabilir. Bir geotekstilin çekme dayanımı deneylerinden elde edilen gerilme - deformasyon eğrisi kullanılarak belirlenir. Eğrinin altında kalan alan, geotekstilin enerji emilim potansiyelini gösterir. Yapılan çekme dayanımı testlerine göre (ISO 10319: 2008) elde edilen sonuçlar, teorik olarak hesaplanan enerji emilim değerlerinden daha fazladır. Şekil 5.19 da geotekstilin gerilme-deformasyon eğrisi gösterilmektedir. Ayrıca deney sonuçları ve teorik sonuçlar da şekilde gösterilmiştir. 40

59 Şekil 5.19 Gerçek ile teorik enerji emilim potansiyel değerlerinin karşılaştırması [10] Sünme (Krip) (Sabit Gerilme) Deneyleri Sünme, bir kuvvete uzun süreli maruz kalan bir malzemenin deformasyonudur. Kuvvet, akma sınırının altında olsa da bu olay meydana gelebilir. Sünme, geotekstile uygulanan uzun süreli sabit yük altında geotekstilin uzaması veya deformasyona uğraması olarak adlandırılabilir. Polimerlerin genel olarak sünmeye karşı hassas malzemeler olduğu bilindiğinden dolayı bu incelenmesi gereken bir özelliktir. Sünme dayanımını belirlemek için geniş enli çekme deneyinden faydalanılır. Bu testte uygulanacak olan yükün seçimi önemlidir. Geleneksel geniş enli çekme testinden elde edilen geotekstil çekme dayanım yükünün %20 ve %60 ı uygulanmaktadır. Gerilmelerle genel olarak arası çevrim yapılır ve belirli zaman aralıklarıyla okumalar alınır. Zaman aralıkları 1, 2, 5, 10 ve 30 dakika ile başlayıp daha sonrasında ise 1, 2, 5, 10, 30, 100, 200, ve 1000 saat olarak devam eder saatin üzerinde yapılacak olan okumalarda 500 saat ara ile okuma alınması uygundur. Her gerilme artışında uzama ya da deformasyon eğrisinin zaman ile olan ilişki eğrisi çizilir. Daha sonra bu eğriler yardımıyla sünme oranları hesaplanır. 41

60 Geotekstilleri oluşturan iplik ya da liflerin sünme davranışlarını inceleyen birçok çalışma vardır. Bunlar içinden en önemli olanı, gerilme seviyesi ile polimer tipi arasındaki ilişkiyi gösterendir. Bu bilgi tasarım için çok önemlidir. Sünme deformasyonu için azaltma faktörleri Çizelge 5.4 te verilmiştir [1]. Çizelge 5.4 Sünme azaltma faktörleri* ( ) [1] Geotekstil lif/iplik tipi den Hoedt Lawson Koerner Polipropilen 4,0 2,5-5,0 3,0-4,0 Polietilen 4,0 2,5-5,0 3,0-4,0 Poliamid 2,5 1,5-2,5 2,0-2,5 Polyester 2,0 1,5-2,5 2,0-2,5 *Tablodaki azaltma faktörleri, sünme deformasyonunu önlemek için (sıfır sünme durumu) kullanılır. Geotekstil ile tasarım yaparken, uzun servis ömrü boyunca sünmeye karşı dayanımını yitirmemesi için çizelgedeki büyük olan azaltma faktörleri kullanılmalıdır. Geosentetiklerin çekme özellikleri, sünme davranışının yanı sıra yerleştirme hasarı, yaşlanma, ısı, çevresel basınç ve dayanıklılık gibi faktörlerden de etkilenmektedir. Projelendirmede bu nedenlerle sünme faktörünün yanı sıra diğer faktörler de kullanılarak nihai çekme gerilmesinin oldukça azaltılması gereklidir. Geotekstillerin uzun dönem çekme gerilmesi, aşağıdaki eşitlikle belirlenir [15]: (5.7) RF= (5.8) Burada: : Geosentetiğin uzun dönem çekme gerilmesi (kn/m) : Geosentetiğin nihai çekme gerilmesi (kn/m) : Sünme azaltma faktörü : Yerleştirme hasarı azaltma faktörü : Kimyasal ve biyolojik çürüme için azaltma faktörü 42

61 Sınırlandırılmış sünme testleri de sünme dayanımını belirlemekte uygulanabilir. Bu testlerden elde edilen sonuçlara göre zemin sınırlandırıldığında sünme davranışında iyileşme olduğu görülmüştür Gerilme Gevşemesi (Sabit Deformasyon) Deneyleri Gerilme gevşemesi deneyi, geotekstil numunesi sabit deformasyon altındayken gerilmede azaltmaya gidilmesiyle gerçekleştirilir. Bu testin kurulması ve yapılması zor ve zahmetlidir. Yükleme hücrelerine, elektronik deformasyon ölçer aletlere ve sünme de olduğu gibi uzun zamana ihtiyaç vardır Aşınma Deneyleri Geotekstillerin servis süreleri içindeyken aşınmaları, zemin-geotekstil sistemlerinin göçmelerine yol açabilir. Bu nedenle geotekstillerin aşınma dirençlerini belirlemek amacıyla deney metodları geliştirilmiştir (ASTM D1175:1980). Bu testler altı prosedürü kapsar. Bunlar: şişik diyafram, esneme ve aşınma, titreşim silindiri, dönen platform (çift kafalı), üniform aşınma ve çark düşüşüdür. Tüm prosedürlerde aşınma, malzemenin ovalanarak ya da sürtünerek yıpranması olarak tanımlanır. Ancak bu gibi testlerde üzerinde durulması gereken bir çok değişken vardır. Yapılan testler sonucunda malzemenin ağırlığındaki kayıp ya da dayanımındaki azalma yüzde cinsinden belirlenir. Aşınma testlerinden biri olan çift kafalı dönen platform deneyini inceleyecek olursak, bu testte her iki kafa da 1000 gr lık ağırlıklara oturtulur ve aşındırma tekerleri sırlanır. Test numunesi 90 mm dış çapı ve 60 mm iç çapı olan disk şeklindedir. Numune, kauçuk bazlı platform üzerine yerleştirilir ve aşındırma tekerleri bu numune üzerinde 1000 tur yapana kadar döndürülerek yıpratılmaktadır. Aşınmış numuneden iki şerit kesilir ve çekme dayanım testleri yapılır. Daha sonra sonuçlar hiç aşındırılmamış olan geotekstillerin çekme gerilme değerleri ile karşılaştırılır ve geotekstilin aşınmadan sonraki dayanımı yüzde cinsinden belirtilir. Ayrıca geotekstilin aşınmadan sonraki uzaması da raporlanabilmektedir. Şekil 5.20 ve 5.21 de farklı tip geotekstillerin (her biri yaklaşık 200 gr/m² olan) aşınma deneyi sonuçları gösterilmektedir. 43

62 Şekil 5.20 Kalıcı dayanım aşınma tur sayısı diyagramı [1] Şekil 5.21 Kalıcı deformasyon aşınma tur sayısı diyagramı [1] 44

63 5.4.5 Uzun Dönem Akış (Tıkanma) Testi Bir geotekstilin tıkanmadan uzun dönem akış kapasitesini sürdürebilmesi, en önemli dayanım endişelerinden biridir. Geotekstillerin tıkanma potansiyelini belirlemek için deneyler yapılması gereklidir. En doğrudan yaklaşım, şantiye sahasında zeminden numune almak ve test silindirinin içine serilmiş olan geotekstilin üzerine yerleştirmektir. Daha sonra uzun zaman periyodunda bu silindire sabit akış uygulanmaktadır. Testte su akışı 10 saat (granüler zeminler için) ile 200 saat (ince daneli zeminler) arasındadır. Eğer eğrinin eğimi bu geçiş zamanında sıfıra gelirse, o geotekstilin zemine uygun olduğu sonucuna varılır. Ancak eğer eğim eksilere düşerse, bu durum geotekstilin tıkandığını gösterir ve bu zemin için uygun olmadığı sonucuna varılır. Bu deney yönteminin dezavantajlarından en önemlisi, çok uzun zaman periyodunda gerçekleştirilebilmesidir. Normal şartlarda geçiş zamanında eğrinin eğimini belirlemek için 1000 saat (yaklaşık 40 gün) sürmektedir. Bu süre şantiye şartları için çok uzun bir zaman dilimidir. Uzun dönem akış deneyi ile ilgili akış oranı ile zaman arasındaki ilişkiyi gösteren diyagram Şekil 5.22 de gösterilmiştir. Şekil 5.22 Uzun dönem akış testi akış oranı/zaman diyagramı [1] 45

64 5.4.6 Eğim Oranı (Tıkanma) Deneyi Bu deney yaklaşımı, uzun dönem akış tıkanma testine nazaran daha kısa süren bir testtir ve zemin-geotekstil sisteminin hidrolik uyumluluğunu belirlemeyi amaçlamaktadır. Deney, ilk olarak ABD de askeri amaçlarla geliştirilmiştir ve daha sonra çok ufak adaptasyonlarla birlikte ASTM D5101 test metodu olarak uygulanmaya başlanmıştır [1]. Bu deneyde uzun dönem akış testindekine benzer şekilde akış düzeni oluşturulur. Ancak burada akış oranlarını ölçmek yerine zemin-geotekstil sistemindeki farklı lokasyonlarda hidrolik seviye ölçülür. Ölçülen seviyeler hidrolik eğimlere dönüştürülür ve sonuç olarak aşağıda ifade edilen GR değeri (Gradient ratio-eğim oranı) hesaplanır. (5.9) Burada: : Geotekstilin altından geotekstilin üzerindeki zeminin 25 mm üzerine kadar olan seviye değişimi (mm) : Geotekstil kalınlığı + 25 mm zemin (mm) : Geotekstilin 50 mm üzerindeki 50 mm zemindeki seviye değişimi (mm) : 50 mm zemin kalınlığı (mm) Yapılan deneyler sonucunda GR oranının 3,0 değerinden büyük olması durumunda deneydeki zemin numunesine göre kullanılan geotekstilin kabul edilemez olduğu kanaatine varılmıştır (USACE CW-02215:1977). Yapılan testlerde zemin karışımları, ideal yuvarlıktaki kum ile kohezyonsuz silt karışımdan oluşmaktadır. Bu karışıma kohezyonsuz silt eklenerek silt yüzdesi sistematik olarak arttırılmıştır. Farklı çeşitlerdeki geotekstiller, her zemin karışımı ile irdelenir ve GR değerleri belirlenmiştir. Eğim oranı deneylerinden elde edilen eğriler Şekil 5.23 de gösterilmektedir.. 46

65 Şekil 5.23 Eğim oranı deneyine göre geotekstillerin tıkanma potansiyelleri [16] Şekil 5.23 te de görüldüğü üzere örgüsüz ve örgülü şerit filmli geotekstiller, yüksek yüzdelerde silt eklendiğinde yetersiz sonuçlar vermişler ve GR değerleri 3 ün üzerine çıkmıştır. Ancak örgülü monofilament geotekstiller, yüksek oranda silt-zemin karışımlarında bile GR değerleri 3 ün altında kalmıştır. Bu nedenle kritik hidrolik koşullarda örgülü monofilament geotekstilleri kullanmak daha uygun olmaktadır. Ancak yapılan deneyler çok zorlu koşullarda yapılmıştır (yüksek hidrolik dağılım, kohezyonsuz zemin gibi). Haliburton ve Wood (1982), GR değeri her zaman 3 ün altında kalmasına karşın geniş gözenek açıklığına sahip örgülü geotekstillerden geçen silt miktarına hiç değinmemişlerdir. Oysa ki bu durum tasarımda önemli bir etkendir Hidrolik Geçirgenlik Oranı (Tıkanma) Testi Williams ve Abouzakhm (1989), sadece aşırı tıkanma durumlarını değil, aynı zamanda aşırı zemin kaybı ve eşitlik durumlarını da belirlemek için esnek duvarlı permeametre testini önermişlerdir. Bu deney de zemin kolonu ASTM D5084:2003 e göre hazırlanır ve zemin numunesinin üzerine geotekstil yerleştirilir. Tamamen geotekstil mühendisliği prosedürleri uygulanmalıdır, deneyde zeminin sahada maruz kaldığı gerilmeler uygulanır, ayrıca deney zeminin sahadaki su muhtevası ile gerçekleştirilir [17]. Test iki aşamadan oluşur, önce sıvı yukarıdan geotekstilden geçer ve zemin kolonundan da geçerek zeminin permeabilitesi belirlenir ( ). Daha sonra akış tersine döndürülür ve 47

66 zemin kolonundan yukarı geotekstile doğru yönlendirilerek zemin-geotekstil permeabilitesi belirlenir ( ) ve HCR (hidrolik iletkenlik oranı- hydraulic conductivity ratio) hesaplanır: HCR = (5.10) Şekil 5.24 Hidrolik iletkenlik oranı diyagramı [18] Farklı geotekstillerle yapılan testler sonucu elde edilen eğriler Luettich ve Williams (1989) tarafından yorumlanmıştır. Buna göre HCR oranının yüksek olması zemin kayıplarına, düşük olması ise aşırı tıkanmalara neden olur. HCR değerinin orta değerlerde olması ( aralığı) ise zemin-geotekstil dengesine işaret etmektedir. 5.5 Bozulma Özellikleri Geotekstillerin mekanik özellikleri, zaman içerisinde şantiyede uygulandığı şartlarda fabrikadan çıktığı özelliklere göre değişim göstermekte ve bozulmalar gerçekleşmektedir. Bu bozulmalar güneş ışığı, sıcaklık, oksidasyon, hidroliz, kimyasal, radyoaktif ve biyolojik bozulma olarak kendini gösterebilir. Bu bozulmalar geotekstillerin gerilme-deformasyon eğrisi, kopma anındaki uzama ve dayanım gibi özelliklerinde kendini gösterir. 48

67 5.5.1 Güneş Işığı (Ultraviyole) Bozulması Güneş ışığı, geosentetikleri oluşturan polimerlerde tüm organik malzemelerde olduğu gibi bozulmalara neden olur. Geosentetik amaçlar için, güneşten gelen enerji üç parçaya bölünür: Kızılötesi : Görünen: Ultraviyole: 760 nm den daha uzun dalga boyu 760 nm ile 400 nm arasında dalga boyu olan 400 nm den daha kısa dalga boyu olan Ultraviyole (UV) bölgesi de kendi içinde 3 e ayrılır: UV-A : ( nm arası) polimerlere biraz zarar verir. UV-B : ( nm arası) polimerlere büyük zarar verir. UV-C : ( nm arası) bu sadece uzay boşluğunda bulunmaktadır. Yaz ile kış ayları arası güneş ışığının yoğunluk ve spektrumunda değişiklikler olmaktadır. Bu değişikliklerden en belirgin olanı, UV radyasyonu kısa dalga boyunda kış aylarında bir kayıp olmasıdır. UV bozulmasına yol açan diğer etkenler ise coğrafi lokasyon, sıcaklık, bulutlar, rüzgar, nem ve atmosferik kirliliktir [1]. Dalga boyu spektrumu Şekil 5.25 te gösterilmektedir. Şekil 5.25 Görülebilir ışık ve ultraviyole dalga boyu spektrumu [19] Laboratuvar ortamında güneş ışığına benzetmek amacıyla suni ışık kaynakları (lambalar) kullanılır, bu kaynaklarda maksimum solar durumu oluşur. Polimerlerdeki gerçek bozulma, polimerlerin kimyasal bağlarını kıran ışıktaki fotonlardır. Her tip 49

68 bağda, bağı bölen bir eşik dalga boyu vardır. Bu yüzden kısa dalga boyları kritiktir. Yapılan çalışmalar sonucu polietilen (PE), UV bozulmalarına karşı en hassas malzemedir (300 nm civarı bozulma gerçekleşir). Polietilenden daha az hassas olan malzemeler ise sırasıyla Polyester (PET) (325 nm civarı) ve Polipropilen (PP) (370 nm civarı) dir. UV bozulmasına karşı geotekstiller uzun süreli UV ışığına maruz kalmamalıdır. Her zaman plastik koruyucu kılıflarda olmalıdır ve sahada kullanılana kadar paketleri açılmamalıdır. Üreticinin tavsiyeleri doğrultusunda hareket edilmelidir. Genel olarak geotekstillerin açıkta güneş ışığına maruz kalma süreleri yaklaşık 14 gündür [1]. Daha uzun süre güneş ışığına maruz kalmaları gereken durumlarda mutlaka şantiye ortamında incelemeler yapılmalıdır Sıcaklık Bozulması Sıcaklık, tüm polimerlerin bozulma mekanizmalarını hızlandırmaktadır. Plastiklerin mekanik davranışlarına göre sıcak ve soğuk ısılar yumuşama ya da katılaşmaya neden olur. Geotekstiller içinse yüksek sıcaklıklar esnekliği arttırır, bunun ile ilgili yapılacak testler ASTM D1388 (2008) de tanımlanmıştır. Düşük sıcaklıklar ise geotekstillerin gevrekliğini ve darbe dayanımını etkiler, bunun ile ilgili de ASTM D746 (2007) deney metodu geliştirilmiştir. Aşırı soğuk ısılarda geotekstil numuneleri özel bir darbe aleti ile sınanır. Gevrekliğe yol açan sıcaklık ise test numunesinin istatistiksel olarak %50 sinin tanımlanan testte başarısız olduğu sıcaklık olarak tanımlanabilir. Bu testi gerçekleştirebilmek için birçok numuneye ihtiyaç vardır Oksidasyon Bozulması Her çeşit polimerde, oksijen ile reaksiyona girdiğinde bozulma gerçekleşir. Polipropilen ve polietilen bu reaksiyondan en çok etkilenenlerdir. ASTM D794 (1993), yüksek ısı oksidasyon deneyini tanımlar. Yapılan testlerde sıcaklık arttıkça oksidasyona bağlı bozulma da artmıştır. Bu arada geotekstillere bu testler yapılırken polipropilenin 165 ve polietilenin ise 125 de eridiği unutulmamalıdır Hidroliz Bozulması Hidroliz, ipliklerde iç ya da dış reaksiyonlar oluşturarak bozulmalara yol açabilmektedir. Özellikle de polyester reçinesi bu durumdan etkilenir ve eğer 50

69 geotekstilin kullanıldığı ortamdaki sıvı yüksek alkali seviyesine sahip ise bozulma daha da fazla kendini gösterir (Çizelge 5.5). Çizelge 5.5 Hidrolizin çeşitli geotekstillerde 20 dayanım kaybına etkisi [20] Geotekstil Tipi PP monofilament örgülü Solüsyon Ağırlık (gr/m²) de 120 günde farklı ph değerlerinde ph=2 ph=4 ph=7 ph=10 ph=12 Ca(OH)² 220 dy dy dy PP iğne delikli --- dy dy dy Ca(OH)² örgüsüz PP ısıl bağlı örgüsüz Ca(OH)² dy dy sy PVC monofilament örgülü Ca(OH)² 95 dy dy dy PET iğne delikli örgüsüz Ca(OH)² 550 dy dy dy PET ısıl bağlı örgüsüz Ca(OH)² dy dy dy PET iğne delikli örgüsüz (beyaz ve Na(OH) 450 dy -33% -53% siyah fiber karışımı) PET ısıl bağlı örgüsüz Na(OH) 100 dy dy dy PET iğne delikli örgüsüz A- (beyaz ve Na(OH) % dy dy -27% -32% siyah fiber karışımı) PET iğne delikli örgüsüz B- (beyaz ve Na(OH) 150 dy dy dy -13% -16% siyah fiber karışımı) PET iğne delikli örgüsüz (beyaz fiber) Na(OH) 150 dy dy dy dy dy PET iğne delikli örgüsüz A- (siyah karbon harmanlı fiber) PET iğne delikli örgüsüz -B- (siyah karbon harmanlı fiber) PET iğne delikli örgüsüz (şişe dereceli fiber) Na(OH) % -15% dy dy dy Na(OH) 134 dy dy dy dy dy Na(OH) 264 dy dy dy dy dy *Tüm lifler belirtilmediği sürece devamlıdır. dy :değişiklik yok herhangi bir değişim olmadığını gösterir. sy : sonuç yok ise verilerin dağılımının düzensiz olmasından dolayı herhangi bir sonuç elde edilemediğini göstermektedir. Yüksek ph değerleri bazı polyesterleri etkilerken, düşük ph değerleri de bazı poliamidlere zarar vermektedir. Kalıcı geotekstil uygulamalarında kullanılan polyester 51

70 reçinenin yüksek moleküler ağırlığı (örneğin>25,000) ve düşük karboksil son grup (CEG- carboxyl end grup) konsantrasyonu (örneğin<30) olması çok önemlidir Kimyasal Bozulma Kimyasal bozulmaya karşı yapılan testler ASTM D543 (2006) da tanımlanmıştır. Burada plastiklerin kimyasal reaksiyonlara karşı dayanımı ve bozulması incelenir. Bu test metodunda ayrıca ağırlık, boyut, görünüş ve dayanım değişimleri de rapor edilir. Örneğin Dupont firması ipliklerini değerlendirirken (asetat, dacron, naylon, orlon, rayon, pamuk, yün ve ipek dahil) geniş bir çeşitlilikte kimyasallar kullanılarak (sülfirik asit, hidroklorik asit, nitrik asit, hidrofilorik asit, fosforik asit, organik asitler, sodyum hidroksit, ağartıcılar, tuz çözeltileri, organik kimyasallar ) geotekstilleri test eder. Kullanılan kimyasallar farklı konsantrasyonlarda ve farklı sıcaklıklardadır. Test gerçekleştirildikten sonra geotekstil numunesi durulanır, hava ile kurutulur ve daha sonra 21 de ve % 65 nem oranında 16 saat bekletilir. Daha sonra kimyasal teste maruz kalan numunenin kırılma dayanımı, uzaması ve sertliği bulunarak kimyasal teste maruz kalmamış olan numunenin değerleri ile karşılaştırılır. Bu yapılan işlemler, çoğu hammadde sağlayıcıları ve geotekstil üreticileri tarafından da kendi ipliklerinin özelliklerini belirlemek amacıyla gerçekleştirilmektedir. Bu testlerde belirlenen özellikler, özellikle arazi doldurmada kullanılacak olan geotekstilin belirlenmesi için büyük önem taşır Radyoaktif Bozulma Açık literatürde radyoaktif bozulma ile ilgili herhangi bir referans olmamasına rağmen bu konu özellikle radyoaktif çöp depolama sahalarının inşasında sıklıkla tartışılan bir konudur. Açıkça ispatlanmamış olsa da düşük seviyeli radyoaktif atıklarda (hastane atıkları, nükleer santral alet ve giysileri, vb.) radyoaktif seviye düşük olduğundan geosentetikleri oluşturan polimerlere zarar verecek zincirleme reaksiyonun gerçekleşmeyeceği varsayılır. Ancak yüksek seviyeli radyoaktif çöplerde (örneğin bitmiş nükleer yakıt çubukları) geotekstillerde radyoaktif bozulmalar meydana gelebilir. Bu yüzden bu gibi durumlarda kullanılacak olan geotekstillerin mutlaka radyoaktif koşullardaki davranışları incelenmelidir. 52

71 5.5.7 Biyolojik Bozulma Bakteri ya da mantar gibi mikroorganizmaların polimerlerde bozulmaya yol açmaları, kendilerini ipliklere tutturmaları ve polimerleri besin kaynağı olarak kullanmaları sayesinde gerçekleşir. Yaygın olarak kullanılan polimerik reçinelerde bu durum pek görülmez. Geosentetiklerde kullanılan reçinelerin tümü, çok yüksek moleküler ağırlığa sahiptir ve geosentetikleri biyolojik bozulmalara karşı korur. Biyolojik bozulmaları için belirlenen herhangi bir test metodu henüz yoktur. Geotekstillerin özelliklerinin değişim aralıkları Çizelge 5.6 da gösterilmiştir. Çizelge 5.6 Geotekstillerin özelliklerinin değişim aralıkları [1] Fiziksel Özellikler Birim ağırlık Kalınlık Katılık gr/m² 0,25-7,5mm mg-cm Mekanik Özellikler Sıkışabilirlik Çekme Dayanımı (Kapma testi) 0 dan yükseğe 0,45-4,5 kn Çekme Dayanımı (Geniş enli çekme testi) kn/m Sınırlandırılmış Çekme Testi Dikiş Yeri Dayanımı Patlama Dayanımı Yırtılma Dayanımı Darbe Dayanımı Delinme Dayanımı Sürtünme Davranışı kn/m Çekmenin %50-%100 ü arası kpa N J J Zemin sürtünmesinin % ü arası 53

72 Çekilme Davranışı Geotekstil dayanımının %50-%100 ü arası Dayanım Özellikleri Yerleştirme hasarı Sünme davranışı Dokuma dayanımının %0-70 arası Genel olarak problem yok eğer < dayanımın %40 ı kullanılıyorsa Sınırlandırılmış Sünme Davranışı Genel olarak problem yok eğer < dayanımın %50 ı kullanılıyorsa Gerilme Gevşemesi Aşınma Uzun Dönem Tıkanma Düşen Oran Tıkanma Hidrolik İletkenlik Oranı Genel olarak problem yok eğer < dayanımın %40 ı kullanılıyorsa Geotekstil dayanımının % arası Kritik durumlarda araştırılmalıdır. Kritik durumlarda araştırılmalıdır arası kabul edilebilir değerlerdir. Bozulma Özellikleri Sıcaklık Bozulması Oksidasyon Bozulması Hidroliz Bozulması Kimyasal Bozulma Biyolojik Bozulma Güneş Işığı (UV) Bozulması Yüksek sıcaklık bozulmayı hızlandırır. Uzun servis ömrü için araştırılmalıdır. Uzun servis ömrü için araştırılmalıdır. Agresif kimyasallar olmadığı sürece genel olarak problem yoktur. Genel olarak problem yoktur. Korunmadığı sürece problem oluşturur. 54

73 BÖLÜM 6 KAPLAMASIZ YOLLARDA GEOTEKSTİL İLE YOL TASARIMI 6.1 Kaplamasız Yollara Genel Bakış Kaplamasız yollar, geçici ya da kalıcı geçiş sağlayan, normalde basit ve birbiriyle bağ oluşturmamış agrega temellerden oluşur. Bu yollarda yumuşak zeminlerin üzerine doğrudan agrega serildiği durumlarda geotekstil kullanımı oldukça faydalı bir uygulama olmaktadır. Kaplamasız yollarda agreganın üzerine beton ya da asfalt gibi bir kaplama bulunmamaktadır. Üzerinde herhangi bir kaplama bulunmayan (taş ocağı yolları, şantiye yolları, taşıma yolları, geçiş yolları vb.) binlerce kilometrelik tali yollar mevcuttur. Yılları da bulabilen belirli bir süre sonrasında bu yolların (oturmalar tamamlandıktan ve tekerlek izleri doldurulduktan sonra) üzerlerine asfalt gibi bir kaplama yapılabilir. Geotekstillerin kaplamasız yollarda kullanımı, 1970 lerde kabul görmüştür ve sıkça başvurulan bir yaklaşım haline gelmiştir. Yapılacak olan yollarda geotekstilli ve geotekstilsiz durumlarda kullanılacak olan agreganın hesaplanması ve geotekstil kullanılması halinde agrega kullanımının azaldığının belirlenmesiyle, geotekstiller yüksek miktarlarda kullanılmaya başlanmıştır. Geotekstil kullanımından dolayı tasarruf edilecek olan agreganın maliyetinin geotekstil ile mukayesesi sonucu değeri anlaşılmıştır. Ancak kullanılacak geotekstilin yoldan aktarılacak yüklerden dolayı zeminin deformasyonuna karşı koyabilecek çekme dayanımı ve/veya elastisite modülüne sahip olması gereklidir. Geotekstilin altındaki zeminde meydana gelen hareketler, geotekstilde deformasyona ve çekme özelliklerinin ortaya çıkmasına neden olur. Bu da yumuşak zeminin hareketinin, geotekstilde çekme kuvvetlerini tetiklediği 55

74 anlamına gelmektedir. Ancak bu özelliğin ortaya çıkması için geotekstilin ne kadar deforme olması gerektiği üzerinde durulması gereken bir sorudur [1]. Geotekstilin dayanımı zeminin ne kadar yumuşak olduğuyla bağlantılıdır. Bu konuda tüm dünyada kullanılan ve standartlarda yer alan CBR (California Taşıma Oranı) deneyinden faydalanılır (ASTM D1883:2007). CBR oranı, 50 mm çaplı pistonun belirli bir deformasyon altında kırma taş temel malzemesine uygulanan kuvvetin zemin direnci ile karşılaştırılmasıdır. Yüzde ile ifade edilir. Deney, zemin numunesinin arazi koşullarındaki su muhtevası ile ya da 24 saat bekletilip doygun hale geldikten sonra yapılır. İki durumda, kuru ve ıslak CBR değerleri elde edilir. Islak CBR değerleri, genelde kurudan daha düşüktür. Ancak fark, zemin tipine göre değişiklik gösterir. Kuru ve ıslak durumlarda tipik bir zeminin CBR değerleri, Çizelge 6.1 de gösterilmektedir. Çizelge 6.1 Yol inşaatında farklı geotekstil fonksiyonlarını ayırt etmek için tavsiye edilen zemin CBR değerleri [1] Geotesktil Fonksiyonu Kuru CBR Değeri (%) Islak Ayırıcı 8 3 Stabilizasyon* Güçlendirme ve ayırma 3 1 *Stabilizasyon ayırmayı, bilinmeyen bir oranda güçlendirmeyi ve genellikle filtrasyonu içeren genel bir terim olarak kullanılmıştır Kaplamasız Yolların Yüzeyindeki Bozulmaların Nedenleri Kaplamasız yolların yüzeyindeki bozulmaların sebepleri şu şekilde sıralanabilir [10]: Agrega temelin dinamik yükler altında ince daneli zeminden dolayı bozulması (pompa etkisi) nedeniyle agreganın kayma dayanımında büyük azalmalar görülmesi Agrega temelin bozulmasıyla temelin dona karşı daha hassas hale gelmesi ve bundan dolayı dondan sonra erime aşamasında taşıma kapasitesinde azalma olması Alt yüzey drenajının olmayışı 56

75 Tahmin edilemeyen yoğunlukta trafik artışı görülmesi Kaplamasız yollarda bozulmaları daha iyi engelleyebilecek ve değişimlerden daha az etkilenecek geotekstil kullanımı agrega temelin bozulmasını önlemesi yanında servis ömründe de artış sağlayacaktır [10] Kaplamasız Yollarda Geotekstil Kullanımının Faydaları Doğal zemin ile agrega temel arasına serilen uygun geotekstilin faydaları aşağıdaki gibidir: Agreganın daha iyi sıkışması Zeminin dinamik yükler altında konsolidasyonu Membran etkisi ve tutma (sınırlandırma) sayesinde yapının güçlenmesi Zeminde makul basınçtan dolayı son taşıma gücündeki artış ( p = (π+2) x ) [21] Geotekstilin bu faydalarından dolayı zeminin CBR değeri yaklaşık %3 lük bir artış göstermektedir. Tasarımda CBR (California Taşıma Oranı), (drenajsız kayma mukavemeti), (rijitlik modülü) ve (sıkışabilirlik modülü) arasında korelasyon faktörlerini gösteren tablo aşağıda Çizelge 6.2 de gösterilmektedir [22]. Bu çizelge, kaplamasız ve kaplamalı yol tasarımlarında kullanılabilir. Geotekstilin serilme ve trafik durumuna göre yüksek enerji seviyesi olan bir geotekstil seçilmelidir. Çizelge 6.2 Zemin CBR değerlerine göre tahmini korelasyon çizelgesi [22] 57

76 6.2 Kaplamasız Yollarda Tasarım Metodları Analitik Metod Giroud ve Noiray (1981), mühendislerin gerekli agrega kalınlığını hesaplayıp uygun geotekstili seçmelerine yardımcı olacak bir metod geliştirmişler ve sonuçlarını kullanarak bir tasarım çizelgesi oluşturmuşlardır. Bu çizelge, kohezyonlu zeminler içindir ve hafif ile orta seviye arası trafik yükü için geçerlidir ( teker yükü tekrar sayısı aralığı). Zeminin suya doygun ve düşük geçirgenlikte olduğu ve bu nedenle, hızlı yüklemelerde (kısa süreli durum) drenajsız davranış göstereceği varsayılmıştır. Bu durumda zemin sıkışmaz, toplam gerilme etkisinde içsel sürtünme açısı sıfırdır ve kayma dayanımı drenajsız kayma mukavemetine ( ) eşittir. Geotekstilin ise agrega tabakasının geotekstil yüzeyinden kaymasını engelleyecek kadar pürüzlü olduğu kabul edilmiştir (geotekstil ile zemin ara yüzeyinde kaymanın olmadığı durum). Geotekstil kullanılmadan yapılan kaplamasız yolun tasarımında zemindeki maksimum normal gerilme ile taşıma kapasitesi karşılaştırılmıştır. Bu analiz baz alınarak zeminin dayanımı ve aks yükünün bilindiği durumlarda agrega tabakasının kalınlığını belirleyecek abaklar geliştirilmiştir. Ancak bu abaklar, kaplamasız yollar ve trafik yükünün çok fazla olmadığı durumlar içindir. Girod ve Noiray (1981), CBR değerinin 1 ve üzerinden geçiş sayısının arasında olduğu durumlarda tipik geotekstillerin (kullanılan geotekstil tipine göre) agrega tabakasının kalınlığını %20 ile 60 arası azalttığını bulmuşlardır. İzin verilen teker izi derinliği arttığında gereken agrega tabakası kalınlığı (geotekstilli veya geotekstilsiz durumlarda) azalmaktadır. Ayrıca geotekstilin çekme dayanımı küçüldükçe daha kalın bir agrega tabakasına ihtiyaç vardır. Giroud ve Noiray in kullandığı geometrik model Şekil 6.1 de gösterilmektedir. Burada BxL tekerin temas eden alanını, ise bu alana etki eden teker yükü basıncını göstermektedir. Ayrıca geotekstilsiz agrega temel tabakası kalınlığını, h ise geotekstil kullanıldığındaki agrega temel kalınlığını göstermektedir. Bu geometriye göre geotekstilsiz durumda zemindeki gerilme, geotekstilli durumdaki gerilme ise p ile gösterilmektedir. Buradan hareketle (6.1) ve (6.2) deki denklemler elde edilir: 58

77 (6.1) (6.2) Burada: P = Aks yükü (kn) = Agrega birim hacim ağırlığı (kn/m³) Şekil 6.1 Piramidal yük dağılımı [23] Aks yükü tarafından agregaya ve oradan da zemine uygulanan basınc bilindiğinde, geoteknik mühendisliğindeki sığ temel teorisine dayalı çözümler mümkün olabilmektedir. Zeminin drenajsız durumda olduğu varsayımıyla kayma mukavemeti kohezyona eşit olacaktır (τ = c). Burada zeminin doygun haldeki ince daneli siltli ve killi zemin olduğu farz edilir. Bu tasarımda kritik olan, geotekstilsiz durumda elde edilen en büyük basıncın zeminin elastik limitine karşı gelmesidir. = πc + γ (6.3) Ayrıca geotekstilli durumda da sınırlayıcı basınç, zeminin nihai taşıma gücüne yükseltilebilir. Bu da: =(π+2)c + γh (6.4) Böylece, geotekstilsiz durum için 6.1 ile 6.3 denklemleri eşitlenirse: (6.5) Burada: c : Zemin kohezyonu (kpa) P : Aks yükü (kn) 59

78 : Teker şişirme basıncı (kpa) : Agrega kalınlığı (mt) : Yük dağılım açısı ( 26 ) Geotekstilsiz durumda ise (6.4) teki yerine (p- ) kullanılır. Burada geotekstildeki gerilmenin bir fonksiyonudur, bundan dolayı da uzama önemlidir. Geotekstil-zemin sisteminin Şekil 6.2 deki muhtemel yansıyan şekline dayanarak (6.6) eşitliği elde edilir [15]: Şekil 6.2 Geotekstilin yumuşak zeminlerdeki deformasyonu [24] (6.6) Burada: E : Geotekstilin elastisite modülü (kn/m) : Uzama (deformasyon) (%) a : Geometrik özellik (mt) S : Teker altındaki oturma (teker izi derinliği) (mt) (6.2), (6.3) ve (6.4) denklemleri ile = ( p- ) eşitliği kullanılarak aşağıdaki (6.7) eşitliği elde edilir. Elde edilen bu denklemdeki h, bilinmeyen agrega kalınlığıdır. Bu denklem yardımıyla çeşitli teker izi derinlikleri ve geotekstil modüllerine göre grafikler oluşturulabilir. π 2 = - (6.7) 60

79 Bu eşitlikler yardımıyla tasarım yapılabilir ve (geotekstilsiz kalınlık) ile h (geotekstilli kalınlık) hesaplanabilir. Bu iki değer ile Δh= h) elde edilir. Burada Δh geotekstil kullanıldığında elde edilecek agrega tasarrufunu göstermektedir. Eşitlikler kullanılarak elde edilen abak Şekil 6.3 te gösterilmektedir. Şekil 6.3 Abak yardımıyla agrega kalınlığı tayini (Giroud ve Noiray) [23] 61

80 Şekil 6.3 teki abak yardımıyla belirli bir aks yükü ve teker izi derinliğinde farklı zemin CBR değerleri için teker yükü geçiş sayısı ve geotekstillerin modülüne göre geotekstil kullanılmaması durumunda gerekli olan agrega kalınlığı (, ve kullanılması ile kullanılmaması arasındaki fark (Δh) elde edilir. Elde edilen değerler yardımıyla geotekstil kullanılması durumunda gerekli olan agrega tabakası kalınlığı ( = -Δh) elde edilir. Giroud ve Noiray (1981) ın agrega kalınlığı belirlemesinde kullanılan abağının kullanımı, aşağıdaki örnek yardımıyla gösterilebilir: Tek aks yükü 80 kn ve teker şişirme basıncı 480 kpa olan bir aracın, CBR değeri= 2 ve izin verilen teker izi derinliği 0,3 m olan zayıf bir zeminde 1000 teker geçişi için geotekstilsiz durumda gerekli olan agrega kalınlığı ( abaktan 300 mm olarak okunur. Kullanılacak olan geotekstilin modülü (E) 9 kn/m olduğu varsayılırsa, bu geotekstil için abaktan okunan (Δh) değeri 95 mm dir. Bu durumda geotekstil kullanıldığında serilmesi gereken agrega değeri ( = -Δh) 205 mm olur Laboratuvar Yaklaşımı Laboratuvar imkanlarının yeterli olması durumunda geotekstil tarafından sağlanan iyileştirme oranının modellenmesi mümkündür. Laboratuvar metodunda izlenecek yol aşağıdaki gibidir: Standart CBR kalıbının alt parçası alınır ve sahadan alınan zemin numunesi (sahadaki yoğunluk ve su muhtevasında) kalıba yerleştirilir. Agrega (kırma taş) CBR kalıbının üst parçasına yerleştirilir. Agrega tabakasına piston yardımıyla yukarıdan yük uygulanır ve farklı aralıklardaki piston batmalarıyla yük-batma testi gerçekleştirilerek elde edilen veriler kaydedilir. CBR kalıbında zemin numunesi ile agrega arasına geotekstil konularak aynı test tekrar edilir ve veriler kaydedilir. Her batma artışındaki yük oranları hesaplanır. Çizelge 6.3 teki veriler, farklı su muhtevalarına sahip geotekstil yerleştirilmiş dört ayrı kaolinit kili ile gerçekleştirilen testlerin iyileştirme oranlarını göstermektedir. 62

81 Çizelge 6.3 Modifiye CBR testi güçlendirme oranları [1] Kaolinit Kili * Su Muhtevası ve İyileştirme Oranları Batma (mm) %32 %35 %38 %41 3,3 1,0 1,0 1,2 1,4 6,7 1,0 1,1 1,3 1,7 10 1,0 1,2 1,5 2,0 13 1,1 1,3 1,7 2,2 25 1,3 1,5 2,0 2,4 37 1,5 1,8 2,4 3,0 50 1,8 2,2 3,0 3,4 *Rötre Limiti=%18, Plastik Limit=%32, Likit Limit=%41 Çizelge 6.3 te görüldüğü gibi iyileştirme oranı, batma ve su muhtevasının artmasıyla birlikte artmaktadır [1]. Bulunan güçlendirme oranları, zeminin arazideki CBR değeri ile çarpılarak geotekstilli durum için gerekli olan agrega kalınlığı elde edilir. Çizelge 6.3 te elde edilmiş olan test sonuçlarına göre bir örnek vermek gerekirse: Eşdeğer tekil teker yükü 45 kn, tekerlek temas alanı 300 x 450 mm ve 5000 geçiş için kaplamasız bir yolda %41 su muhtevasına sahip ve CBR değeri 1 olan kaolinit killi zeminin üzerine gelecek olan agrega kalınlığını geotekstilsiz ve geotekstilli tespit etmek için: h=(3.24 log C ) ( (6.8) Burada; h : Agrega kalınlığı (mm) C : Geçişe sayısına göre trafik P : Eşdeğer tekil teker yükü (N) A : Teker temas alanı (mm²) Formül (6.8) kullanılarak: h=(3.24 log ) ( h=(3.24 log ) ( 63

82 =488 mm (Geotekstilsiz durum için gerekli olan agrega kalınlığı) bulunur. Geotekstil kullanıldığı durum için agrega kalınlığını ( ) tespit etmek için, laboratuvar testinde elde ettiğimiz verilerden (Çizelge 6.2) eşdeğer CBR değerini (=2.4) formülde yerine koyduğumuzda: h=(3.24 log ) ( h=(3.24 log ) ( =302 mm (Geotekstilli durumda kullanılması gereken agrega kalınlığı) Bu durumda Δh= tasarrufu elde edilir. h) eşitliğinden geotekstil kullanıldığında elde edilecek agrega Burada Δh=( )=186 mm olarak bulunur. Bu deney yaklaşımında da bazı hatalar oluşmaktadır. Bunları yükleme başlamadan önce geotekstilin gerilmelerden etkilenmesi ve laboratuvar testi sırasında ölçek etkisi gözlemlenmesi olarak sıralamak mümkündür Geotekstillerin Ek Yerlerinin Birleştirilmesi Yumuşak sıkışabilir zemin üzerine yapılacak olan kaplamasız yollarda geotekstile gelen gerilmeleri aktarabilmesi açısından yapılacak olan bindirmeler çok büyük önem taşımaktadır. Bu bindirme, geotekstil rulolarını hem enine hem de boyuna yönde etkiler. Zemin her ne kadar yumuşak olursa, yapılması gereken bindirmeler de o kadar fazla olmalıdır. Şekil 6.4 te farklı tip kullanımlar için gereken bindirme miktarları gösterilmektedir. Bu grafikte de kolaylıkla görüldüğü üzere düşük dayanımlı zeminler için daha büyük bindirmeler gerekmektedir. Bu da bindirme miktarı arttıkça, toplam kullanılacak olan geotekstilin maliyetinin de artması anlamına gelmektedir. Bu yüzden geotekstillerde serbest bindirme yerine sahada yerinde dikilmesi tercih edilir ve dikiş yöntemi serbest bindirmeye göre çok daha ekonomiktir. 64

83 Şekil 6.4 Kaplamasız yollarda zemin CBR değerine göre tavsiye edilen geotekstil bindirme miktarları [1] Sahada geotekstillerin ek yerlerine dikiş yapılırken dikkat edilmesi gereken hususlar aşağıda sıralanmaktadır: İplik Tipi : Genelde polyester, polipropilen ve poliamidlerdir. Dikkate alınması gereken durum, dikilecek olan geotekstillerin aynı tipte iplikten olmasıdır. İplik Gerilmesi : Genellikle geotekstili kesmeden yeterli gerginlikte olacak şekilde sahada ayarlanır. İlmik Yoğunluğu : Her 25 mm de iki, üç ya da dört ilmek atılmalıdır. İlmik Tipi : İlmik tipleri düz, J şekilli ve kelebek olmak üzere üç tiptedir. En güçlü olanı kelebek tipinde olanıdır. İlmik tipleri Şekil 6.5 te gösterilmektedir. Dikiş Yeri Sayısı : Bir, iki ya da üç sıra dikiş uygulanır, genellikle iki sıra dikiş tavsiye edilir. 65

84 Şekil 6.5 Dikiş Tipleri [25] Üretici Firmaların Metodları Bütün büyük geotekstil üreticilerinin kendi üretimlerindeki geotekstilleri için bir kaplamasız yol tasarım metodları vardır. Genellikle bu metodlarında oluşturdukları diyagramlarda x ekseninde zeminin CBR değerini ve y ekseninde de geotekstilli ve geotekstilsiz durumlar için gerekli olan agrega kalınlığını gösterirler. Tüm bu sonuçlarda mantık çerçevesi içinde zemin güçsüzleştikçe geotekstil kullanımı ile gerekli olan agregadan elde edilen tasarruf artmaktadır. Tüm üreticilerin, kaplamasız yolların güçlendirilmesinde kullanılması için üretmiş olduğu geotekstil çeşitleri mevcuttur. Bu çeşitlilik içinde geotekstil tipinin ağırlığı ya da dayanımı arttıkça, kullanılacak olan agregadan elde edilecek tasarruf miktarı da artmaktadır. Her üreticinin kendine has eğrileri mevcuttur. Bu eğrileri teorik çalışmaları, laboratuvar çalışmaları, sahadaki 66

85 gözlemleri ve deneysel gözlemleri sonucu oluştururlar. Bu yüzden bir tekniği diğer biriyle kıyaslamak neredeyse imkansızdır. Üretici firmaların tasarım metodlarına örnek olarak Dupont firmasının kaplamasız yollar için geliştirdiği yöntemler aşağıda detaylı bir şekilde ele alınacaktır Dupont Firmasının Kendi Geotekstilleri için Geliştirdiği Metodlar Dupont firması, merkezi Lüksemburg da bulunan, 200 yılı aşkın bir süredir faaliyetlerine devam eden ve geotekstil üretiminde dünyanın en büyük üreticilerinden biridir. Üretimde %100 polipropilenden mamül, ısıl bağlı kesintisiz liflerle örgüsüz Dupont TYPAR SF geotekstillerinin üretimini gerçekleştirmektedir. Geçici veya kalıcı kaplamasız yolların tasarımında teorik çalışmaların yanı sıra 30 yıldır taşıma kapasitesi düşük farklı birçok zemin türünde yapmış olduğu tam ölçekli yol testlerinden elde ettiği sonuçları bulunmaktadır [10]. Firmanın özellikle üstünde durduğu konulardan biri elastisite modülüdür. Başlangıç modülü, bir geotekstilin düşük deformasyonlardaki davranışını tanımlar. Belirli bir uzama değeri için dik bir çizgi çizilerek eğriyi kestiği nokta belirlenir, daha sonra x ve y ekseninin merkezinden bu noktaya bir doğru çizilir. Bu çizginin eğimi bize başlangıç modülünü vermektedir (K=T/Ɛ). Başlangıç modülü eğrisi ne kadar dik olursa, modül o kadar yüksek olur. Bir geotekstilin dayanım ile uzama arasındaki ilişkisini gösteren diyagram örneği Şekil 6.6 da gösterilmiştir. Şekil 6.6 Elastisite Modülü [10] 67

86 Geotekstiller kaplamasız yollarda agrega temele ek bir dayanım sağlamaktadır. Yol inşaatlarında kullanılan geotekstillerin ana fonksiyonları, agrega temellerde ayırıcı ve stabilizasyonu sağlayıcı olarak kullanılmasıdır. Yapılan araştırmalar, stabilizasyon fonksiyonunun sağlanmasında en önemli faktörün büyük oranda ipliklerin modülüne bağlı olduğunu göstermiştir. Mekanizmaların etkinliği, geotekstilin gerilme-şekil değiştirme davranışlarıyla ilişkilidir. Farklı tiplerdeki geotekstillerin birbirinden farklı gerilme-şekil değiştirme eğrileri vardır. Bu farklılık en iyi enerji emilim potansiyeli (W) ile tanımlanır. Örgülü geotekstillerin çok yüksek başlangıç elastisite modülleri ve maksimum dayanımları vardır ancak çok düşük uzamalara sahip oldukları için enerji emme değerleri düşüktür. İğne delikli örgüsüz geotekstillerin ise düşük başlangıç elastisite modülleri vardır ve kayda değer bir çekme dayanımı oluşabilmesi için çok fazla deformasyon gereklidir, bu durum da düşük enerji emilim değeri ile sonuçlanır. Isıl bağlı polipropilen kesintisiz liflerle örgüsüz geotekstillerin ise yüksek başlangıç elastisite modülleri, yüksek dayanımları ve maksimum yüklerde yüksek uzaması vardır ve bu nedenle enerji emilim potansiyelleri (W) yüksektir. Enerji emilim potansiyelinin yüksek olması, stabilizasyona uygun bir şekilde yüksek hasarlara karşı direnç sağlar. Şekil 6.7 de farklı geotekstillerin gerilme-şekil değiştirme eğrileri gösterilmektedir. Şekil 6.7 Farklı geotekstillerin gerilme-şekil değiştirme eğrileri [10] 68

87 Geçici yollarda meydana gelen diğer ciddi problem de teker izi oluşumudur. Tekerlekli araçların düzenli geçişleri, zemini deforme eden çekme gerilmelerini oluşturmaktadır. Isıl bağlı polipropilen kesintisiz liflerle örgüsüz geotekstillerin diğer çoğu geotekstillerden farklı olarak oluşan bu gerilmeleri karşılayabilmek için çok daha az uzama ve deformasyona ihtiyacı vardır. Bunun sonucu olarak da daha az teker izi oluşumu gerçekleşmektedir. Trafik yükünü taklit ederek (1000 dinamik yükleme döngüsü gerçekleştirilerek) çeşitli geotekstillere uygulanan testlerden elde edilen sonuçlar Şekil 6.8 de gösterilmektedir. Şekil 6.8 Teker izi deformasyonları [10] Sonuçlar, başlangıç modülü ile teker izi oluşumu arasında bir korelasyon olduğunu göstermektedir. Yüksek başlangıç modülü, dış gerilmeleri daha çok sönümlendirir Dupont Typar SF Geotekstilleri ile Kaplamasız Yol Tasarımı Dupont, merkezi Luxemburg da bulunan ve 200 yıldır faaliyetlerini sürdüren bir şirkettir. Firma, ısıl bağlı kesintisiz liflerle % 100 polipropilenden imal edilen izotropik örgüsüz geotekstil üretimi gerçekleştirmektedir. Dupont firmasının üretmiş olduğu Typar SF geotekstillerine ait farklı gramaj ve teknik verilere sahip ürünlerin özelliklerini gösteren tablo, Çizelge 6.4 te gösterilmektedir. 69

88 Çizelge 6.4 Dupont Typar SF geotekstillerinin teknik veri tablosu [11] Başlangıç Agrega Kalınlığının Belirlenmesi ( ) Tasarımda öncelikle ilk belirlenmesi gereken, yük ve zemin koşullarına göre ilk başlangıç agrega kalınlığıdır ( ). Daha sonra servis ömrü için ayarlanmış kalınlık (T), ve agreganın verimliliği dikkate alınmalıdır. Efektif agrega kalınlığı belirlendikten sonra ( ) uygun enerji seviyesindeki geotekstil seçilmelidir. Bu arada aks yükünün 130 kn dan büyük olması durumuna dikkat edilmelidir. Şekil 6.9 da gösterilen, belirli aks yüklerinde 1000 geçiş için sıkıştırılmış kırma taş kalınlığı (mm) ile CBR değeri arasındaki ilişkiyi gösteren eğrilerin bulunduğu abak yardımıyla ilk başlangıç kalınlığı ( ) belirlenir. 70

89 Şekil 6.9 Sıkıştırılmış kırma taş kalınlığı-zemin CBR değeri eğrileri [10] Agrega ilk başlangıç kalınlığı ayrıca Çizelge 6.5 teki tablo yardımıyla da belirlenebilir. Çizelge 6.5 Agrega tabakası ilk kalınlığını hesaplama faktörleri [10] 71

90 ( ) Agrega Kalınlığının Servis Ömrü için Düzeltilmesi Agrega kalınlığının servis ömrü için düzeltilmesinde aşağıdaki denklemlerden yararlanılır: T = C * (6.9) Burada ( C ), servis ömrü düzeltme faktörüdür ve aşağıdaki şekilde formüle edilmiştir: C = (0,27 x log ( x EAYS ) + 0,19 ) (6.10) Burada : : Gerçekleşen geçiş sayısı EAYS : Eşdeğer aks yükleri sayısı olup: EAYS = (6.11) Burada: : Eşdeğer aks yükü (kn) : Aks yükü (kn) Buradan da (6.12) deki denklem elde edilmiştir: T = (0,27 x log ( x EAYS ) + 0,19 ) x (6.12) Eğer 130 kn dan daha fazla olan aks yüklerine çokça rastlanıyorsa (taş ocağı taşıma yolları gibi), eşdeğer aks yükleri sayısını ( x ) kullanmak çok uygun değildir. Bu durumda C, gerçekleşen geçiş sayısı ( ) ile bulunur. Servis ömrü, 80 kn aks yükü uygulamasının toplam sayısı olarak ifade edilir. Gerçek aks yükü, EAYS faktörü kullanarak önce eşdeğer standart aks yüküne ( =80 kn) çevrilir. Aks yükü, eğer ayrı ayrı bilinmiyorsa aracın toplam ağırlığının aks sayısına bölünmesiyle belirlenir. Farklı aks yükleri için eşdeğer faktör EAYS Çizelge 6.6 da gösterilmektedir. Buradan verilen aks yüküne göre EAYS değeri belirlenir, daha sonra gerçekleşen geçiş sayısı ( bulunan EAYS değeri ile çarpılarak eşdeğer standart aks yükleri geçiş sayısı belirlenir ( x ). 72

91 Çizelge 6.6 Eşdeğer faktör tablosu (EAYS) [10] agrega kalınlığı,1000 aks yükü uygulamasına göre indekslendiği için gerçek standart yüklerin sayısına C düzeltme faktörü ile çarpılarak kullanılır. ile C arasındaki ilişki Şekil 6.10 da gösterilmektedir. Şekil 6.10 Servis ömrü için düzeltme faktörü [10] Daha sonra servis ömrüne göre ayarlanmış agrega kalınlığı olan T, (6.12) deki denklem yardımıyla elde edilmiş olur. T = C * = (0,27 x log ( x EAYS ) + 0,19 ) x 73

92 Agrega Kalınlığının (T) Agrega Verimliliği için Düzeltilmesi Agrega temeller için kullanılan farklı malzemelerin birbirlerine göre farklı verimlilikleri vardır. Bu fark, agrega verimlilik faktörü olan α kullanılarak hesaplanır. Seçilen agrega, sıkıştırılabilir olmalıdır. Amaç, tüm kütleyi yük altında birlikte kenetlemektir. Açılı kırılmış agrega en iyi malzemedir çünkü çok iyi kenetlenmekte ve yüksek taşıma kapasitesi sunmaktadır [10]. Uygunluğuna göre diğer malzemeler veya karışımlar da kullanılabilir. Şekil 6.11 de temel malzemesi olarak kullanılabilecek çeşitli malzemelerin verimlilikleri gösterilmiştir. Şekil 6.11 Agrega verimliliği için düzeltme faktörü tablosu [10] Kırma taş ile tasarlanan başlangıçtaki kalınlık (T), kullanılan malzemelerin kalınlıklarına ( ) göre süperpozisyon yapılarak ve verimlilik faktörü ( ) yardımıyla kullanılacak olan agreganın verimli kalınlığı ( ) bulunur. = / (6.13) Enerji Seviyelerine Göre Uygun Geotekstil Seçimi Şimdiye kadar olan tasarım yönlendirmeleri, standart enerji seviyesi bir olan Dupont Typar geotekstillerine göre yapılmıştır. Enerji seviyesi iki, üç ya da dört gibi yüksek seviyeye sahip geotekstiller ayrıca istenen ek tasarım gereksinimleri için tercih edilebilir. Bu ek tasarım gereksinimleri aşağıda belirtilmiştir: Trafik etkisi Uygulama koşulları etkisi Kompaksiyon etkisi 74

93 Farklı enerji seviyelerine sahip Dupont geotekstillerinin özellikleri Çizelge 6.7 de gösterilmektedir. Çizelge 6.7 Farklı enerji seviyelerindeki Typar geotekstillerin minimum değerleri [10] Trafik Etkisi Büyük sayılardaki eşdeğer standart aks yüklerine (EAYS) ve ağır araçların (genellikle 130 kn dan fazla aks yüküne sahip araçların) oluşturduğu ek gerilmelere dayanmak için yüksek özelliklere sahip geotekstillere gereksinim vardır. Şekil 6.12 de gösterilen zemin CBR değeri ile aks yükü sayısı uygulamalarının diyagramlarından uygun enerji seviyesine sahip geotekstil seçilir. Şekil 6.12 Trafiğin bir fonksiyonu olarak tavsiye edilen enerji seviyeleri [10] 75

94 Uygulama Koşullarının Etkisi Bir geotekstilin uzun dönem fonksiyonlarını sağlayabilmesi için inşaat esnasında oluşan gerilmeleri (agreganın belirli bir yükseklikten geotekstilin üzerine boşaltılması ve kompaksiyon esnasında oluşan gerilmeler) karşılaması gerekmektedir. Şekil 6.13 de agrega boyutu ve serilme yüksekliğinin bir fonksiyonu olarak tavsiye edilen Typar geotekstillerinin enerji seviyeleri gösterilmektedir. Şekil 6.13 Agrega boyutu-seriliş yüksekliğine göre tavsiye edilen enerji seviyeleri [10] Agreganın direkt olarak geotekstilin üzerine dökülmesi yerine dökülen malzemenin sürüyerek üzerine getirilmesi daha az enerji seviyesine sahip geotekstillerin kullanılmasını mümkün kılmaktadır Kompaksiyon Etkisi Agreganın kompaksiyon esnasında sivri taşlar tarafından delinmesi, hedeflenen uzun süreli ayırma fonksiyonu için zararlıdır. Şekil 6.14 te zeminin CBR değerleri ve geotekstil ile temas halindeki kırma agreganın ının (granülometre eğrisinde danelerin % 90 ının küçük olduğu dane çapı) bir fonksiyonu olarak tavsiye edilen Typar geotekstillerinin enerji seviyeleri gösterilmektedir. 76

95 Şekil 6.14 Agrega boyutu-cbr değerine göre tavsiye edilen enerji seviyeleri [10] Filtre Gereksinimleri Uzun dönem etkili ayırma ve filtrasyon performansı için bir geotekstil, Çizelge 6.8 de gösterilen ıslak elek test metodunda (EN 12956) ölçülen (gözenek açıklığı) sadeleştirilmiş kriteri karşılamak zorundadır. Çizelge 6.8 Genel filtre gereksinimleri [10] Çok ince daneli, kohezyonlu zeminler Kohezyonsuz zeminler <0,06, <0,002 0,200 mm 2 * Uygulama Adımları Geotekstil yol inşaatında ve agrega temellerde uygulanırken aşağıdaki adımlar izlenmelidir: Geotekstili delebilecek büyük parçalar kaldırılmalıdır. Serilecek olan geotekstil en az temeldeki agrega katmanının genişliği kadar olmalıdır. Birden fazla geotekstil rulosu kullanılıyorsa bindirmelere dikkat edilmelidir. (en az 30 cm bindirme uygulanmalıdır.) 77

96 Eğer hava rüzgarlı ise, geotekstilin uçmasını engellemek için kürek dolusu iri agregalar belirli aralıklarla geotekstilin üzerine dökülmelidir. Agregalar kamyonlardan geri geri (geotekstilin üzerine çıkmadan) dökülerek serilmelidir. Üzerinde ağır trafik oluşmadan agrega düz seviyeye getirilmeli ve kompaksiyon ile sıkıştırılmalıdır. Agrega boyutunun, agrega tabakası kalınlığının 1/3 ünü geçmesinden kaçınılmalıdır. Eğer oluşmuşsa, agrega tabaka kalınlığının 1/3 ünü geçmeden teker izleri doldurulmalıdır. Teker izi oluşumu böylece duracaktır. İlk agrega kalınlığı minumum 250 mm kalınlığında olmalıdır. Agreganın geotekstil üzerine doğru bir biçimde serilmesi Şekil 6.15 de gösterilmektedir. Şekil 6.15 Agreganın geotekstil üzerine serilmesi [10] 6.3 Kaplamasız Yollarda Analitik ile Üretici Firma Metodu Karşılaştırması Kaplamasız yol tasarımı için analitik metod ve üretici firmaların geliştirmiş olduğu formülasyon ve programları karşılaştırmak amacıyla aşağıda belirtilen kriterlere sahip bir yol tasarımı yapılmıştır: Tek aks yükü 80 kn ve teker şişirme basıncı 480 kpa olan bir aracın, CBR değeri =1 ve izin verilen teker izi derinliği 0,3 metre olan zayıf bir zeminde 1000 teker geçişi için geotekstilli durumda gerekli olan agrega kalınlığı ( ve geotekstil kullanıldığında serilmesi gereken agrega kalınlığı ( ) hesaplanmıştır. Kullanılacak olan geotekstilin elastisite modülü (E) 66 kn/m dir. Bu durumda verileri sıralamak gerekirse: 78

97 P (Aks Yükü) : 80 kn p (Teker şişirme basıncı) : 480 kpa CBR değeri : 1 r (Teker izi derinliği) : 0,3 mt N (Teker geçiş sayısı) : 1000 E (Geotekstil Elastisite Modülü) : 66 kn/m Analitik Yöntemle Kaplamasız Yol Tasarımı (Giroud ve Noiray, 1981) Bölüm 6.3 de verilen değerlere göre Şekil 6.3 te gösterilen abak yardımıyla geotekstilsiz durumda CBR=1 ve araç geçiş sayısı N=1000 için değeri 0,465 metre olarak okunur [23]. Abaktan okunan değer Şekil 6.16 da gösterilmektedir. Şekil 6.16 Analitik metod ile geotekstilsiz durumda gerekli agrega kalınlığı tespiti [23] 79

98 Geotekstilsiz durum için gerekli agrega kalınlığı olan değeri belirlendikten sonra geotekstil kullanılması ile kullanılmaması durumundaki agrega kalınlıkları arasındaki fark (Δh), verilen geotekstil elastisite modülü ile yine aynı abak yardımıyla tespit edilir. Geotekstil kullanılması ile kullanılmaması durumundaki agrega kalınlıkları arasındaki fark (Δh), abaktan 0,14 metre olarak okunur (Şekil 6.17). Şekil 6.17 Analitik metod ile Δh agrega kalınlığı farkı tespiti [23] Elde edilen değerler yardımıyla geotekstil kullanılması durumunda gerekli olan agrega tabakası kalınlığı, = -Δh formülü yardımıyla hesaplanır. = 0,465-0,140 = 0,325 metre 80

99 6.3.2 Üretici Firmaların Metodlarıyla Kaplamasız Yol tasarımı Kaplamasız yolların tasarımında geotekstilsiz durum için Tenax firmasının kullandığı formül aşağıdaki gibidir [26] : (6.14) N=1000, P=80 kn, r(izin verilen maksimum teker izi derinliği)=0,3 metre ve (drenajsız kayma mukavemeti)=30 kpa için verilen değerler 6,14 deki formülde yerine konulduğunda: Geotekstilsiz durum için gerekli olan değeri 0,47 metre olarak hesaplanır. Geotekstilli durum için gerekli olan agrega kalınlığı için Dupont firmasının bölüm de anlatılan adımları uygulandığında, öncelikle sıkıştırılmış kırmataş kalınlığı ( ), Şekil 6.18 deki abak yardımıyla ya da (6.15) deki denklem ile tespit edilir [10]. Şekil 6.18 Üretici firma abağı yardımıyla geotekstilli agrega kalınlığı tespiti [10] 81

100 Abaktan okunan değer, (6.15) te belirtilen formül yardımıyla da bulunabilir: (6.15) (6.15) te kullanılacak olan değeri, daha önce çizelge 6.4 te verilen tablodan CBR(%)=1 için alınarak yerine konduğunda; 2 2 mt olarak hesaplanır. T (servis ömrü) hesaplaması için gerekli olan C (düzeltme faktörü) değeri, Şekil (6.19) da verilen tablo yardımıyla tespit edilir. Şekil 6.19 Servis ömrü hesaplaması için gereken (C) ayarlama faktörü tespiti [10] Verilen N=1000 geçiş sayısı değeri için bulunan ayarlama faktörü değeri, C = 1 dir. Bu değer (6.9) daki formülde yerine konulduğunda: T = C x T=0,290 metre olarak elde edilir. Bulunan T (servis ömrüne göre ayarlanmış geotekstilli durum için olan agrega kalınlığı) değeri, standart sert kırma taş agrega kullanılması durumundaki agrega kalınlığıdır. Eğer bunun yerine daha başka bir malzeme kullanacaksak, bu durumda (6.13) teki denklem ve daha önce verilen Şekil 6.11 deki agrega verimliliği için ayarlama faktörü 82

101 tablosu yardımıyla, kullanılacak olan malzemelerin kalınlıklarına göre süperpozisyon yapılarak ve verimlilik faktörü ( ) kullanarak (kullanılacak olan agreganın verimli kalınlığı) hesaplanır ( = / ). Hesaplardaki tasarımda standart sert kırma taş agrega kullanıldığından, Şekil 6.11 deki tablodan değeri 1 olarak okunur ve bu durumda; = 0,290 mt olur. Bu durumda, bulunan kalınlığa uygun geotekstilin seçimi için şekil 6.20 deki trafiğin bir fonksiyonu olarak tavsiye edilen enerji seviyeleri ile Şekil 6.21 deki agrega boyutuseriliş yüksekliğine göre tavsiye edilen enerji seviyeleri tahkiki gerçekleştirilir. Şekil 6.20 Verilen N geçiş sayısı değerine göre enerji seviyesi tahkiki [10] Şekil 6.20 ye göre N=1000 geçiş için, seçilmesi gereken geotekstilin enerji seviyesinin 1.kademede olması gerektiği gözükmektedir. Şekil 6.21 Agrega boyutu ve serilme yüksekliğine göre enerji seviyesi tahkiki [10] 83

102 Ayrıca Şekil 6.21 de de enerji seviyesine göre taşın serilme yüksekliği ve maksimum taş boyutu belirlenmektedir. Tasarımı yapılan kaplamasız yol verilerinde herhangi bir agrega boyutu belirtilmemekle birlikte, Şekil 6.21 de görüldüğü üzere eğer serilme işlemi 0.5 metre yükseklikten yapılacaksa kullanılabilecek olan maksimum agrega boyutunun 1. enerji seviyesinde kalması için 300 mm olduğu görülmektedir. Eğer serim işlemi 1 metreden yapılacak ise agrega boyutunun 1.enerji seviyesi içindeki maksimum boyutu 200 mm ye düşmektedir. Farklı enerji seviyelerindeki Typar geotekstiller için minimum değerler daha önce Çizelge 6.7 de verilmiştir Dupont Firmasının Kaplamasız Yol Tasarımı Bilgisayar Programı Dupont firması, yol tasarımı için kullanılması gereken geotekstili belirleyen bir bilgisayar programı da geliştirmiştir. Bu program yardımıyla analitik metod ve üreticilerin metodunda kullanılan veriler bu bilgisayar programına girilerek yol tasarımı ve kullanılması gereken geotekstil tipi belirlenebilmektedir. Buna göre aks yükü 80 kn, CBR değeri 1 ve N (Teker geçiş sayısı) 1000 olan bir kaplamasız yol tasarımını bu programda ilgili yerlere yazmak gerekmektedir. Program çalıştırıldığında, Şekil 6.22 deki ara yüz görüntülenmektedir. Şekil 6.22 Dupont yol tasarımı bilgisayar programı ara yüzü [10] 84

103 Açılan pencerede önce yol tipi (kaplamalı ya da kaplamasız yol) Şekil 6.23 teki gibi seçilmektedir. Şekil 6.23 Bilgisayar programında tasarım için yol tipinin belirlenmesi [10] Kaplamasız yol tipi seçildikten sonra Şekil 6.24 teki gibi zeminin CBR değeri girilir ve daha sonra eğer zemin kohezyonlu bir zemin ise kohezyonlu zemin ibaresi bulunan yerdeki kutucuk işaretlenir. Şekil 6.24 Bilgisayar programında zemin değerlerinin girilmesi [10] Daha sonra programdaki Traffic kelimesinin yanındaki + işaretine tıklanarak araç bilgilerinin girileceği bölüm açılmaktadır. Buraya sırasıyla aks yükü (kn), bir günde geçen aks sayısı ve toplam gün sayısı girilmektedir geçiş sayısı (N) için buraya Şekil 6.25 teki gibi günlük 10 aks ve toplam 100 gün yazarak tasarımdaki toplam geçiş sayısını 1000 yapacak şekilde veriler girilmektedir. Aks yüküne de 80 kn değeri girilmektedir (Şekil 6.25). Şekil 6.25 Bilgisayar programında trafik verilerinin girilmesi [10] 85

104 Trafik verileri girildikten sonra programın girilmesini istediği diğer veriler agreganın dökülme yüksekliği ve dökülecek olan agreganın maksimum boyutudur. Burada döküm yüksekliği 1 metre ve maksimum agrega boyutu da 100 mm olduğu varsayılarak Şekil 6.26 daki gibi girilmektedir. Şekil 6.26 Bilgisayar programında agrega boyutu ve dökülme yüksekliği girilmesi [10] Tüm veriler programa girildikten sonra hesap makinası ikonuna ( ) basılarak programın hesaplama yapması sağlanmaktadır. Program hesaplamalarını yaptıktan sonra kullanılmasını önerdiği geotekstil tipini Şekil 6.27 deki gibi belirlemektedir. Şekil 6.27 Bilgisayar programında önerilen geotekstil tipi [10] Burada önerilmiş olan geotekstilin teknik verileri, daha önce Çizelge 6.4 te de verildiği üzere aşağıdaki gibi olmaktadır: Çizelge 6.9 Bilgisayar programında seçilen geotekstilin teknik verileri [11] 86

105 Uygun geotekstil tipi belirlendikten sonra programın ara yüzünün sağ tarafında bulunan alternatif yol katmanlarından birisi seçilerek katmandaki yerine taşınmaktadır. Bu işlem yapıldığında, seçilen katmanın olması gereken kalınlığı da program tarafından hesaplanarak gösterilmektedir. Örnek olarak programda standart olarak bulunan sert kırma taş seçilip Şekil 6.28 deki gibi geotekstilin üzerine sürüklendiğinde bu katmanın kalınlığı hesaplanmış olmaktadır. Şekil 6.28 Bilgisayar programında belirlenen agrega tabakası kalınlığı [10] Böylece geliştirilen bu program yardımıyla uygun geotekstilin tipi ve üzerine gelmesi gereken agrega kalınlığı ( = 300 mm) hesaplanmış olmaktadır. Ayrıca bu programda sert kırma taş agrega yerine alternatif olarak başka bir malzeme serildiğinde, serilen bu malzemenin de katman kalınlığı hesaplanabilmektedir. Örnek olarak geotekstilin üzerine sahada temini daha kolay olan kumlu çakıl tabakası serilerek kaplamasız yol tasarımı yapıldığında, programdaki kumlu çakıl kutucuğu boşluğa sürüklenmekte ve program yeni bir hesaplama gerçekleştirerek olması gereken kalınlığı Şekil 6.29 daki gibi tekrar hesaplamaktadır. 87

106 Şekil 6.29 Bilgisayar programı yardımıyla alternatif agrega tabakası kalınlık tayini [10] Şekil 6.29 da görüldüğü gibi sert kırma taş agrega tabakası yerine kumlu çakıl tabakası ile yol tasarlandığı zaman, katman yüksekliği 300 mm den 578 mm ye yükselmiştir. Ayrıca program yardımıyla iki veya daha fazla ayrı katmanlar kullanılarak ve katmanlardan istenenin kalınlığı girilerek de tasarım gerçekleştirilebilmektedir. Örnek olarak 300 mm kumlu çakıl katmanı, geotekstilin üzerine serilip bu katmanın üstüne de orta kırma taş ile bir tasarım gerçekleştirmek istenirse öncelikle kumlu çakıl tabakası kutunun üzerine sürüklenip bırakılmaktadır. Daha sonra katmanlar kısmında kumlu çakıl katmanının yüksekliği 300 mm olarak girilmekte ve tabaka kalınlığı sabitlenmektedir. Sonra yandaki katmanlardan orta kırma taş simgesi tutulup kutunun içine sürüklendiğinde program otomatik olarak kullanılması gereken orta kırma taş kalınlığını hesaplayarak Şekil 6.30 daki gibi katmanları oluşturmaktadır. Bu durumda 88

107 toplam katmanların kalınlığı 474 mm olarak hesaplanmakta, bunun 300 mm si kumlu çakıl ve 174 mm si ise orta kırma taş agrega olmaktadır. Şekil 6.30 Bilgisayar programıyla alternatif agrega tabakaları kalınlığı tayini [10] Analitik ve Üretici Firma Metodları ile Elde Edilen Sonuçlar Kohezyonlu ve taşıma gücü düşük zeminlerde (CBR değeri sırasıyla % 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0 için) belirli koşullarda ( P : aks yükü = 80 kn, p :teker şişirme basıncı = 480 kpa, r : teker izi derinliği = 0,3 m, N : Teker geçiş sayısı = ve , E : Geotekstil elastisite modülü = 66 kn/m ) analitik ve üretici firmaların yöntemleri ile yapılan kaplamasız yol tasarımı çözümlemelerinde elde edilen değerler Çizelge 6.10 da verilmiştir. 89

108 Çizelge 6.10 Analitik ve üretici firma metodları ile bulunan agrega kalınlıkları CBR (%) Geçiş için gerekli olan agrega kalınlıkları Geotekstilsiz Durum (Giroud - Noiray) (mm) (Tenax) (mm) Fark (Tenax Giroud&Noiray) 1% 1% 1% 2% Geotekstilli Durum (Giroud - Noiray) (mm) (Dupont) (mm) Fark (Dupont Giroud&Noiray) 21% 11% 7% -5% Geçiş için gerekli olan agrega kalınlıkları Geotekstilsiz Durum (Giroud - Noiray) (mm) (Tenax) (mm) Fark (Tenax Giroud&Noiray) 2% 0% 2% 4% Geotekstilli Durum (Giroud - Noiray) (mm) (Dupont) (mm) Fark (Dupont Giroud&Noiray) 35% 29% 25% 16% ve geçiş için Giroud ve Noiray ile Tenax formülasyonuna göre geotekstil kullanılmadan tasarım yapıldığında gerekli olan agrega kalınlıkları Şekil 6.31 ve Şekil 6.32 deki diyagramlarda gösterilmektedir. Ayrıca Şekil 6.33 ve 6.34 teki diyagramlarda da ve geçiş için Giroud ve Noiray ile Dupont firmasının çözümüne göre geotekstil kullanılarak tasarım yapıldığında gerekli olan agrega kalınlıkları gösterilmektedir. 90

109 Şekil 6.31 Geotekstilsiz agrega kalınlığı (1.000 geçiş) Şekil 6.32 Geotekstilsiz agrega kalınlığı ( geçiş) 91

110 Şekil 6.33 Geotekstilli agrega kalınlığı (1.000 geçiş) Şekil 6.34 Geotekstilli agrega kalınlığı ( geçiş) 92

111 Yapılan çözümlemelerinde aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır: Geotekstil kullanılmadığı durumda, her iki yöntemle bulunan agrega tabakası kalınlıkları % 1-2 fark ile birbirlerine çok yakın değerlerde çıkmıştır. Geotekstil kullanıldığı durumda her iki yöntemle yapılan kaplamasız yol tasarımında kullanılacak olan agrega miktarı azalmaktadır. Agrega katmanından elde edilen tasarruf, çok zayıf zeminlerde (CBR değeri % 0.5) çok daha fazla olmakla beraber zeminin taşıma gücü arttıkça (CBR değeri %1.0, 1.5, 2.0) bu fark azalmaktadır. Geotekstil kullanıldığı durumda aks yükü geçişi için her iki yöntem karşılaştırıldığında, çok zayıf zeminlerde (CBR değeri % 0.5) üretici firma yöntemiyle bulunan agrega kalınlığı, analitik çözümle bulunan sonuçtan yaklaşık % 21 daha azdır. Bu fark, zeminin CBR değeri arttıkça azalmaktadır. Geotekstil kullanıldığı durumda aks yükü geçişi için her iki yöntem karşılaştırıldığında, çok zayıf zeminlerde (CBR değeri % 0.5) üretici firma yöntemiyle bulunan agrega kalınlığı, analitik çözümle bulunan sonuçtan yaklaşık % 35 daha azdır. Bu fark, zeminin CBR değeri arttıkça azalmaktadır. 93

112 BÖLÜM 7 GEOTEKSTİLLERİN ENERJİ EMİLİM POTANSİYELİ Enerji emilim potansiyelinin günümüzde Avrupa normlarında bir geotekstilin ayırt edici önemli özelliklerinden biri olduğu düşünülmektedir [27]. Bağımsız araştırma kuruluşu SINTEF (1997) in [14] ve Dupont firmasının yaptığı araştırmalar sonucunda bir geotekstilin uygulamalar esnasındaki gerilmelere karşı dayanımı ile enerji emilim potansiyeli arasında korelasyon olduğu saptanmıştır [27]. Geotekstilin özelliklerini tanımlamada kullanılan çekme dayanımı ya da statik delinme testi gibi ortak referanslar, uygulama esnasında ürünün gerçek performansını her zaman yansıtmamaktadır. Geotekstil uygulanırken olası hasarlara karşı dayanım göstermesi önem kazanmaktadır [28]. Bir geotekstil çoğu uygulamalarda ayırıcı ve filtre özelliklerinin kombinasyonu, güçlendirme veya koruma gibi çok çeşitli amaçlara hizmet etmektedir. En önemli gereksinimi ise meydana gelebilecek hasarlara karşı dayanımıdır. Hasar görmüş bir geotekstil hiçbir fonksiyonunu yerine getiremeyecektir. Geotekstilin hayatındaki en önemli kritik evre, servis ömründen ziyade uygulama ve inşaat esnasındadır. Genellikle eğer uygulama esnasında hasar görmez ise servis ömrü boyunca herhangi bir sorun oluşmamaktadır [27]. 7.1 Enerji Emilim Kavramı Diğer malzemelerde olduğu gibi geotekstillerin de şüphesiz bir enerji emilim potansiyeli mevcuttur. Geotekstillerde enerji emilimi, Şekil 7.1 de görüldüğü gibi çekme dayanımı için gerilme - deformasyon eğrisinin altında kalan alan olarak tanımlanmaktadır [29]. 94

113 Şekil 7.1 Enerji emilim potansiyeli diyagramı [29] Enerji emilimi (kj/m²), bir geotekstilin işlevini yitirmezden önce absorbe ettiği maksimum enerjidir. Bu nedenle hasar dayanımını belirlemede enerji emilim özelliği, geotekstilde en önemli faktörlerden birisidir. 7.2 Normlar, Şartnameler ve Standartlar Daha önceleri, geotekstiller şartnamelerde tanımlanırken genellikle birim ağırlıkları ile ya da bir marka belirtilip bu marka veya muadili olarak tanımlama yapılmaktaydı. Daha sonra tekstil sektörünün gelişmesiyle birlikte uygulanan test metodları da gelişmiştir ve geotekstillerin özellikleri belirlenmeye başlanmıştır yılında Norveç Yol Araştırmaları Laboratuvarının (Norwegian Road Research Laboratory) tanıştırdığı ve daha sonra 1981 yılında Fransızların takip ettiği geotekstillerin yapısının gelen yüklere, (ağır ya da hafif trafik), şantiye koşullarına, zeminin taşıma gücüne ve üzerine gelecek kaplamanın özelliklerine göre tanımlandığı yaklaşımlar dikkate alınmaya başlanmıştır [30]. Almanya da da yürütülen çok sayıdaki deneyler ve laboratuvar testleri sonucu Alman sınıflandırma sistemi oluşturulmuştur. Buna benzer çalışmalar da Amerika Birleşik Devletlerinde yürütülmüş ve 1990 yılında AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) tarafından bir sınıflandırma sistemi geliştirilmiştir [31]. 7.3 Test Düzeneği Dupont tarafından yapılan testlerde 2 x 2,5 metre ebatlarında çelik plakalar kullanılmıştır. Plakaların üzerine sahadan alınan yumuşak kil numunesi yerleştirilmiş ve 95

114 25 cm kalınlığa kadar zemine kompaksiyon uygulanmıştır. 2 x 2 metre ebatlarında geotekstil, sıkıştırılan zemin üzerine serilmiştir ve daha sonra geotekstilin üzerine de 25 cm kalınlığında zemin katmanı yerleştirilmiştir. Sonra cm çapındaki ağırlık 50 cm yükseklikten bu tabakanın üzerine düşürülmüştür. Deney alanı Şekil 7.2 de görülmektedir. Şekil 7.2 Enerji emilim potansiyeli deneyinden bir görüntü [29] Bundan sonra sistem, yedi ton vibratörlü silindir ile ileri ve geri dört geçiş yaparak sıkıştırılmıştır (Şekil 7.3). Şekil 7.3 Deney alanından vibratörlü silindirin geçişi [29] Geotekstili çıkartmak için zemin/geotekstil/agrega sistemini taşıyan plakaya yatırılmıştır ve sonra kaldırılmıştır. Agrega, geotekstilin üzerinden kaydırılmış, böylece geotekstilin ayrıca zarar görmesi engellenmiştir (Şekil 7.4) 96

115 Şekil 7.4 Agreganın geotekstil üzerinden kaydırılışı [29] Tüm geotekstiller aynı koşullarda yerleştirilip çıkartılmıştır. Testte kullanılan geotekstillerin özellikleri Çizelge 7.1 de gösterilmektedir. Çizelge 7.1 Testte kullanılan geotekstillerin testten önceki verileri [29] 7.4 Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi Geotestil numuneleri temizlenip köşelerinden 25 cm kesilmesinden sonra geriye kalan numuneler (1.5 x 1.5 metre) laboratuvarda analiz edilmiştir. Her bir numunede meydana gelen deliklerin sayısı ve çapları ölçülmüş ve toplam hasar gören alan % cinsinden 97

116 hesaplanmıştır. Daha sonra eşit ebatlardaki geotekstil numuneleri, düzenekten çıkarıldıktan sonraki halleriyle tekrar çekme dayanımı testine tabi tutulmuş ve deneyden sonra kalan çekme dayanımları belirlenmiştir. Elde edilen veriler Çizelge 7.2 de gösterilmektedir. Çizelge 7.2 Testte kullanılan geotekstillerin test sonrası verileri [29] Testlerin toplam zarar görmüş yüzey alanı yüzdelerinin korelasyonu karşılaştırılmıştır. Zarar gören alan yüzdesi ile kalan dayanım yüzdeleri arasında iyi bir korelasyon olduğu gözlenmiştir. Şekil 7.5 de zarar gören alan yüzdesi ile kalan dayanım yüzdeleri arasındaki korelasyon diyagramı gösterilmektedir. Şekil 7.5 Zarar gören alan-kalan dayanım yüzdesi korelasyonu [29] 98