Sıcak Karışım Parametrelerinin Marshall Stabilitesine Etkisinin Çok Yönlü İncelenmesi

Transkript

1 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), May 2011, Elazığ, Turkey Sıcak Karışım Parametrelerinin Marshall Stabilitesine Etkisinin Çok Yönlü İncelenmesi E. Özgan 1, S. Serin 2, T. Kap 3 1 Düzce Üniversitesi, Düzce/Türkiye, ercanozgan@duzce.edu.tr 2 Düzce Üniversitesi, Düzce/Türkiye, sercanserin@duzce.edu.tr 3 Düzce Üniversitesi, Düzce/Türkiye, tuncaykap@duzce.edu.tr Multi Variety Investigation into the Effects of Hot-Mix Asphalt Parameters on the Marshall Stability Abstract In the present study, the effect of hot-mix parameters, including particle diameters of aggregates, quantity of bitumen in the hot-mix asphalt, different environmental temperature and exposed time in this environmental temperature, on the Marshall Stability was detailed investigated. For this aim total 60 core samples were taken from different section in Duzce city. In laboratory, Marshall Stability tests, extraction tests were conducted by using trichloroethylene and extraction test device with 3600 cycles/min to decompose bitumen from aggregates in the asphalt core samples. Each one core sample was exposed to similar process so that bitumen and aggregates decomposed from each other. Sieve analysis were realised on the each one core sample s aggregates to determine particle diameters. Also, some physical and mechanical properties of aggregates were determined. For multi variety investigation of the effect hot-mix asphalt parameters on the Marshall Stability statistical analyses were released. In this scope, correlation coefficients have been determined between Marshall Stability and hot-mix asphalt parameters, different prediction models have been developed based on the hot-mix asphalt parameters for Marshall Stability by using Multi Linear Regression Analysis. In the model equations, while particle diameters of aggregates in the asphalt core samples, quantity of bitumen, environmental temperature and exposed time in this environmental temperature have been used as independent variables, Marshall Stability values has been used as dependent variable. As a result, it was determined that while some particle diameter of aggregates (0,56mm, 1mm, 0,18mm etc.) and the quantity of bitumen with 0,43 correlation coefficient increase Marshall Stability, the other particle diameter of aggregates (19mm, 8mm, 9,5mm etc) and environmental temperature with - 0,83 correlation coefficient decrease Marshall Stability. Keywords Asphalt concrete, Hot Mix Asphalt, Marshall Stability, Prediction model Y I. GİRİŞ OL üstyapısını oluşturan tabakalar; kaplama, temel ve alttemel tabakalarıdır. Kaplamalar rijit ve esnek olmak üzere iki şekilde sınıflandırılır. Rijit yol üstyapılarında bağlayıcı malzeme olarak portlant çimentosu (PÇ), esnek yol kaplamalarında ise asfalt çimentosu (AC) kullanılmaktadır [1]. Yol üstyapı dizaynının amacı az maliyetle uzun ömürlü olarak, arzu edilen hizmeti veren değişik kalınlıktaki tabaka ve malzemelerin kombinasyonunu seçmektir [2]. Karayollarında oluşturulan üstyapılar kullanılan malzemenin tipine bağlı olarak; rijit üstyapılar, yarı rijit üstyapılar ve esnek üstyapılar şeklinde sınıflandırılabilir. Rijit üstyapılar, taban zemini üzerine serilmiş granüler alt temel ve onun üzerine de donatılı veya donatısız serilmiş beton plakalarından oluşur. Yarı rijit üstyapılarda, esnek üstyapılardan farklı olarak granüler temel veya çimento ile stabilize edilmiş alt temel kullanılır. Bu tabakaların üzerine sırasıyla bitümlü temel, asfalt betonu binder ve aşınma tabakaları serilir. Esnek üstyapılar ise taban zemini üzerine serilmiş granüler alt temel ve temel tabakaları üzerine bitümlü kaplamaların serilmesi şeklinde inşa edilir [3]. Temel tabakası, üstyapının ana yapısal elemanlarından biri olup, alt temel ve tabana gelen basınç gerilmelerinin kabul edilebilir düzeye düşmesi ve belirli bir esneklik sağlayarak kaplamanın kırılmasını önlemek gibi işlevleri vardır [4]. Temel tabakası, kaplama tabakasından gelen yükleri ve meydana gelebilecek ilave gerilmeleri karşılamaktadır. Bu özelliğinden dolayı yol üstyapısına gelen yüklerin dağılımında önemli rol oynar [5]. Bu bakımdan temel tabakası belirli özellikleri sağlayan iyi kaliteli malzemeden teşkil edilmelidir. Temel tabakası olarak, kırmataş, plentmiks kırmataş, penetrasyon makadam, asfaltlı makadam, sıcak karışım bitümlü temel veya çimentolu bitümlü temel tiplerinden biri kullanılabilir. Kaplama tabakası, üstyapının trafik yüklerine doğrudan maruz kalan en üst tabakasıdır. Trafik yükleri nedeniyle oluşan basınç ve çekme gerilmelerinin en yüksek seviyede olması nedeniyle kaplama tabakası, üstyapının diğer tabakalarına göre daha yüksek elastisite modülüne sahip olmalıdır. Kaplama tabakasının; trafiğin aşındırma etkisine karşı koymak, temel tabakasına iletilen basınç ve kayma gerilmelerini azaltmak, yüzey sularının temel tabakasına geçmesini önlemek, düzgün ve emniyetli bir sürüş sağlamak, yolu kalıcı deformasyonlara karşı korumak gibi işlevleri vardır. Bu işlevleri yerine getiren en iyi kaplama cinsi asfalt betonu kaplamalardır. Bu tür kaplamalar, üstte aşınma ve altta binder olmak üzere iki tabaka halinde inşa edilirler [6]. Bu tabakalarda kullanılan sıcak karışımlar asfalt betonu olarak ifade edilmektedir. Asfalt betonu, katı (agrega, filler), sıvı (asfalt) ve gaz (boşluklu) olmak üzere üç fazlı bir sistem olarak düşünülebilir. Katı faz sisteme elastiklik verir ve kayma gerilmelerine mukavemet sağlar. Sıvı faz sistemi visko-elastik yapan fazdır ve kohezyonu temin eder. Gaz fazı ise, sisteme 101

2 dolaylı olarak tesir eder ve karışımın bazı fiziksel ve mekanik özelliklerini etkiler. Bitüm, sıcaklığa bağlı olarak gevrek, elastik, elasto plastik, viskoelastik ve viskoz olmak üzere değişik reolojik hallerde bulunur. Bitüm ısıtılınca kıvamı değişir ve bağlayıcı olarak kullanılmasını sağlayan özelliklerden biri de budur. Bitüm termo-plastik bir malzeme olduğundan dolayı yüksek sıcaklıklarda düşük mukavemet gösterir. Özellikle yaz aylarında asfalt ısıyı absorbe eder ve bu durumda deformasyon direnci büyük ölçüde azalır. Düşük sıcaklıklarda ise yüksek mukavemet gösterir ancak çok düşük sıcaklıklarda asfalttaki sertleşme aşırı artarsa trafik yükleri altında oluşan çatlaklar kaplamanın kütlesel ayrışmasına ve dolayısıyla stabilitesinin düşmesine neden olur. Asfaltın gerilme-deformasyon ilişkisi reolojik modeller ile tam olarak ifade edilemediğinden yük altındaki visko-elastik davranışları rijitlik modülü ile tanımlanmaya çalışılmıştır. Rijitlik, yükleme altında gerilme ve deformasyon arasındaki ilişkinin göstergesidir [7]. Rjitlik modülü, yüzey kaplamalarının en önemli performans karakteristiği ve bitümlü kaplamalarda yük dağıtma kabiliyetinin bir ölçüsüdür. Rijitlik modülü, kaplamanın altında trafik etkisiyle meydana gelen ve yorulma çatlaklarına neden olan çekme gerilmelerini ve basınç gerilmesinin neden olduğu kalıcı deformasyonları kontrol eder [8]. Asfalt betonunda, mineral agrega sıcak karışım asfaltın hacimce % nını, ağırlıkça % ini oluşturur. Dolayısıyla yol üst yapılarının istenen performansı sağlayabilmesi büyük ölçüde mineral agreganın kalitesine bağlıdır. Yol üst yapıları için mineral agreganın kalitesi dayanıklılık, dayanım (durabilite), temizlik, parçacık şekli ve köşeli oluşu, absorpsiyon ve yüzey pürüzlülüğüne bağlıdır [9]. Shen ve diğerleri laboratuar testleri ve tek faktörlü Varyans analizi (ANOVA) yaparak gradasyon karışım oranlarının özelliklerini tahmin etmeye çalışmışlardır. Kalıcı deformasyon testleri ve analitik sonuçlara dayanılarak, agrega sıkıntısı olan durumlarda 2.36 mm elek 12.5 mm nominal maksimum agrega boyutu (NMAS) için ve 4.75 mm elekde NMAS 19 mm için ihmal edilebilir sonucuna varmışlardır [10]. Kim ve arkadaşları düşük trafik hacimli yollar için özel olarak potansiyel tekerlek izi oturmaları üzerinde Superpave sınırlı bölge ile ilişkili karışım gradasyonu etkisini değerlendirmişlerdir. Çalışmada düşük trafik hacmindeki kaplamanın tekerlek izi oturma performansında kalite araştırması için daha evvelden toplanmış olan verilerin istatistiksel analizlerini ve istatistiksel sonuçlara dayanan deneysel araştırmaları içine alan sistematik bir yaklaşım çerçevesinde hedefledikleri araştırma bulgularını özetlemişlerdir. Agrega gradasyonunun sınırlandırılmış bölgede tekerlek izi oturma performansını etkileyen oldukça önemli bir faktör olduğunu gözlemlemişlerdir [11]. Abo- Quadis ve Al-Shweily bazı durumlarda sıcak asfalt karışımdaki agreganın kimyası ve fiziksel özelliklerinin sünme ve soyulma davranışları üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Bu çalışmada kalker ve bazalt olmak üzere iki tür agrega değerlendirilmiştir. Agrega tipinin etkileri üç farklı agrega gradasyonu ve sıcak asfalt karışım için kullanılan iki tip asfalt için değerlendirilmiştir. Bu çalışmada sıcak asfalt karışımın statik sünme birim deformasyonunun yüzdece artışı soyulma değerini saptamada şartları oluşturmak için kullanılmıştır. Sonuçlar göstermektedir ki sıcak asfalt karışım numunelerinin hazırlanmasında kullanılan bazalt agrega kalkere göre sünme daha iyi karşı koymuştur. Fakat ilerleyen durumlarda bazaltın sünmeye karşı olan dayanımının kalkere göre daha fazla düştüğü görülmüştür. Absorbe edilen asfalt yüzdesi direk olarak soyulma direnciyle ilişkilendirilerek bulunmuştur. Aynı zamanda hazırlanan karışımda soyulmaya karşı en yüksek dayanımı için ASTM nin üst düzeyde agrega gradasyon yoğunluğu kullanılmıştır. Yapılan adezyon hesapları neticesinde sıcak karışım için soyulmanın, sünme davranışı üzerindeki etkisinin ortadan kaldırılabileceği sonucuna varılmıştır [12]. Airey ve arkadaşları laboratuar sıkıştırmaları boyunca agrega gradasyonunun bozulması üzerinde asfalt karışım tipi ve sıkıştırma enerji düzeyinin etkisini araştırmışlardır. Agrega gradasyon bozulma sonuçları hem sıkıştırma öncesi hem de sıkıştırma sonrası elek üzerinde kalan yüzde agrega gradasyonu karşılaştırması ile kararlaştırılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki asfalt karışım tipi ve ayrıca agrega gradasyonunun kompaksiyon altındaki agreganın gradasyonun bozulması üzerinde bir hayli fazla etkiye sahiptir [13]. II. MATERYAL Bu çalışmada toplam 60 adet Asfalt (Bitümlü sıcak karışım- BSK) karot numunesine ait veriler kullanılmıştır. BSK karot numuneler Düzce ilinde aynı yolun muhtelif yerlerinden alınmış olup tamamı aşınma tabakasına aittir. Numuneler karot makinesi ile yerinde kesildikten sonra laboratuara getirilmiş ve temel fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Hizmet ömründen doğabilecek gradasyon değişiklikleri numunelerin tamamı aynı yol güzergahından alındığı için bu nedenle doğabilecek gradasyon değişikliği de standart hata olarak değerlendirilmiştir. BSK karot numunelerinin fiziksel özellikleriyle ilgili deney sonuçlarına ait tanımlayıcı istatistik değerleri aşağıda gösterilmiştir. Tablo 1: BSK Karot Örneklerinin Fiziksel Özellikleri İçin Tanımlayıcı İstatistikler Fiziksel Özellikler N Aralık Min. Max. Ortalama Std. Hata Std. Sapma Varyans Kuru Ağırlık (gr) , , , ,9387 9, , ,169 Doygun Ağırlık (gr) , , , , , , ,837 Örneğin Hacmi (cm 3 ) ,43 474,30 589,73 530,6558 3, , ,127 Doygun Birim Hacim Ağırlık (gr/cm 3 ) 60,26 2,41 2,67 2,5350,00602,04663,002 Kuru Birim Hacim Ağırlık (gr/cm 3 ) 60,27 2,39 2,66 2,5303,00609,04719,

3 Sıcak Karışım Parametrelerinin Marshall Stabilitesine Etkisinin Çok Yönlü İncelenmesi BSK karot numunelerinin hava kurusu ağırlıklarının 1198,31 ile 1495,40 gr arasında değiştiği, doygun ağırlıkların 1208,04 ile 1499,80 gr arasında değiştiği, numune hacimlerinin 474,30 ile 589,73 cm 3 arasında değiştiği, doygun birim hacim ağırlıkların 2,41 ile 2,67 gr/cm 3 arasında değiştiği hava kurusu birim hacim ağırlıkların ise 2,39 ile 2,66 gr/cm 3 arasında değiştiği görülmektedir. III. YÖNTEM Karot numuneler 10,16 cm çapında ve 6,35 cm yüksekliğinde olacak şekilde numune kesme makinesi ile kesilerek Marshall Stabilite deneyine uygun hale getirilmiş ve 0,01 gr hassasiyette tartılmışlardır. Numunelerin temel fiziksel özellikleri belirlendikten sonra numuneler farklı sıcaklıklarda farklı sürelerle bekletilerek bu süreler sonunda Marshall Stabilite deneyine tabi tutulmuşlardır. Marshall Stabilite deneyi ile stabiliteleri belirlenmiş olan numunelerin bitüm miktarları ile agrega tane dağılımlarının belirlenebilmesi amacıyla ekstraksiyon deneyleri yapılmıştır. Ekstraksiyon deneyleri 3600 dev/dak hızla dönüş yapabilen ekstraksiyon cihazında yapılmış olup bitüm ve agregayı birbirinden ayırabilmek amacıyla çözücü olarak trikloretilen kullanılmıştır. Deneyler sonunda agregalar ve bitüm birbirinden ayrıştırılmıştır. Bitümden ayrılmış olan agregalar etüve konularak trikloretilen agregalardan uzaklaştırılmıştır. Etüvden çıkartılan agregalar soğuduktan sonra elek analizleri yapılmış ve her bir BSK karot numunenin içinde bulunan agreganın granülometrik dağılımları belirlenmiştir. Deneyler sonunda 25,4 mm den (1 inç.) 0,06 mm ye (230 Nolu elek) kadar aralıktaki elek serileri için agregaların % geçen değerleri belirlenmiştir. Yapılan deneylerle, 60 adet karot numunesinin agrega granülometrisi, bitüm yüzdesi, deplasman miktarları ve Marshall Stabiliteleri farklı deney sıcaklıkları (30-40 ve 50 ⁰C) ve farklı bekleme süreleri (1,5-3-4,5 ve 6 saat) için belirlenerek tablo haline getirilmiştir. Tablo haline getirilen veriler kullanılarak SPSS paket programı ile istatistiksel analizler yapılmıştır. Şekil 1: BSK karot örneklerinin etüvde yumuşatılması ve ekstraksiyon cihazına konulması Şekil 2: BSK karot örneklerinin ekstraksiyon deneyi için hazırlanması ve bitümün agregadan ayrıştırılması IV. DENEYSEL ARAŞTIRMA SONUÇLARI Numunelerin alındığı tüm güzergâh boyunca TÜPRAŞ rafinerisinden alınan AC penetrasyonlu aynı bitümün kullanıldığı yetkililerden öğrenilmiş olup, modifiye bitüm kullanılmadığı ifade edilmiştir. Çalışmada kullanılan 60 adet BSK karot numunesinin ekstraksiyon deneyleri sonucunda agrega granülometrileri, bitüm miktarları, deplasman miktarları ve Marshall Stabilite değerleri belirlenmiş olup deney sonuçlarına ait tanımlayıcı istatistik değerleri aşağıda gösterilmiştir. Tablo 2: BSK karot numunelerinin elek analizi ve diğer özelliklerine ait tanımlayıcı istatistikler Elek Çapı(inç) Elek Çapı (mm) N Aralık Min. Max. Ortalama Std. Hata Std. Sapma Varyans 1 25,4 60,00 100,00 100,00 100,0000,00000,00000,000 3/ ,80 94,20 100,00 98,5990, , ,875 5/ ,47 86,54 99,01 93,9440, , ,935 ½ 12, ,85 77,73 93,58 85,9795, , ,561 3/8 9, ,33 65,98 88,31 76,7157, , ,809 5/ ,57 58,05 83,62 70,8813, , ,143 No4 4, ,92 43,67 69,59 55,8477, , ,175 No ,73 16,43 39,16 28,9958, , ,344 No18 1, ,72 7,18 22,90 16,8870, , ,371 No35 0, ,78 3,74 16,52 10,3323, , ,873 No40 0, ,97 3,30 13,27 8,8523, , ,495 No60 0, ,60 2,26 9,86 5,9765, , ,267 No80 0, ,68 1,60 8,28 4,5632, , ,766 No100 0, ,30 1,19 7,49 3,8923, , ,578 No120 0, ,30,79 7,09 3,2370, , ,512 No230 0, ,86,24 5,10 1,7237, , ,486 Sıcaklık ( o C) 60 20,00 30,00 50,00 40,0000 1, , ,797 Zaman (saat) 60 4,50 1,50 6,00 3,7500, , ,

4 Bitüm oranı(%) 60 5,57 5,57 11,14 7,8117, , ,709 Akma (mm) 60 4,93 4,06 8,99 5,9803 0, , ,127 Marshall Stabilitesi (kg) ,00 326, , , , , ,024 Ekstraksiyon deneyi ile bitümden ayrıştırılan agregaların temel fiziksel ve mekanik özellikleri ile ilgili deneyler yapılmış ve deney sonuçları aşağıdaki tablolarda gösterilmiştir. Tablo 3: ASTM ye Göre Agreganın Fiziksel Özellikleri Tane Çapı(mm) Gevşek Birim Ağırlık (gr/cm³) Sıkışık Birim Ağırlık (gr/cm³) İnce Malzeme Oranı (%) Tane Yoğunluğu (gr/cm³) Su Emme Oranı (%) 0 5 1,554 1,813 11,968 2,54 2, ,538 1,692 1,403 2,693 1, ,4 1,395 1,567 0,764 2,794 0,492 Tane Boyutu (mm) Tablo 4: ASTM ye Göre Agreganın Temel Mekanik Özellikleri Donma Çözülme Kaybı (%) Los Angeles Aşınma Direnci (%) Darbe Dayanımı (%) Ezilme Dayanımı (%) ,930 17,132 21,642 24, ,4 0, V. İSTATİSTİKSEL ANALİZ A. Korelâsyon Analizi BSK karot numunelerinde Marshall Stabilitesi ile agrega tane çapı, bitüm miktarı, sıcaklık ve sıcaklığa maruz kalma süreleri arasındaki ilişkilerin anlamlılık düzeylerinin belirlenebilmesi amacıyla korelasyon analizi yapılmış ve sonuçlar Tablo 5 de gösterilmiştir. BSK karot numunelerinin Marshall Stabilite değerleri ile agrega tane çapları, sıcaklık, sıcaklığa maruz kalma süreleri, bitüm miktarları ve deplasman değerleri arasındaki korelasyon katsayılarına ait grafik ise Şekil 3 de gösterilmiştir. Tablo 5: %95 güven aralığında Marshall Stabilite, agrega tane çapları ve sıcak karışım parametreleri arasındaki korelasyon katsayıları Değişkenler 19 mm 16 mm 12,5mm 9,5mm 8 mm 4,75 mm 2 mm 1,0 mm 0,56 mm 0,43mm Marshall Stabilite (kg) -0,312-0,103-0,035-0,133-0,168-0,115 0,102 0,216 0,278 0,079 Değişkenler 0,25 mm 0,18 mm 0,15 mm 0,13 mm 0,06 mm Sıcaklı o C Zaman saat Bitüm % Deplasman mm Marshall Stabilite (kg) 0,127 0,154 0,1 0,135 0,066-0,832-0,14 0,433-0,

5 Şekil 3: Marshall Stabilitesi ile Sıcak Karışım Parametreleri Arasındaki Korelâsyon Katsayıları Korelâsyon grafiği incelendiğinde, numunelerin Marshall Stabilite değerleri ile incelenen diğer parametreler arasında hem pozitif hem de negatif ilişkilerin olduğu görülmektedir. Marshall Stabilitesi ile pozitif ilişkisi olan parametrelerden en büyük değerin 0,433 ile bitüm oranında olduğu görülmektedir. Diğer taraftan Marshall Stabilite değerini olumlu yönde etkileyen agregaların ise sırasıyla 0,56 mm, 1 mm, 0,18 mm, 0,13 mm, 0,25 mm ve 2 mm tane çapına sahip agregalar olduğu görülmektedir. Marshall Stabilitesi ile negatif ilişkisi olan parametrelerden en büyük değerin -0,832 ile sıcaklık olduğu görülmektedir. Diğer taraftan Marshall Stabilite değerini olumsuz yönde etkileyen agrega tane çaplarının ise sırasıyla 19 mm, 8 mm, 9,5 mm, 4,75 mm, 16 mm, ve 12,5 mm olduğu görülmektedir. B. Çoklu Lineer Regresyon Analizi a) Sıcak Karışım Parametrelerine Bağlı Olarak Marshall Stabilite Analizi Karot numunelerin Marshall Stabilitesi, karışıma girmiş olan agregaların tane çapları, ortam sıcaklığı, bu sıcaklığa maruz kalma süreleri ve bitüm miktarlarına bağlı olarak tahmin edilmiştir. Yapılan Regresyon analizi, Varyans analizi ve elde edilen tahmin modeline ait katsayılar aşağıda gösterilmiştir (Tablo 6, Tablo7 ve Tablo 8). Tablo 6: Marshall Stabilitesi İçin Tahmin Modelinin Anlamlılık Düzeyi İstatistikî Değişimler Model R R Kare Tahmini Std. Hatası R Kare değişimi F Değişimi df1 df2 F Katsayısı Değ. 1,92,85 324,32260,846 12, ,000 Tablo 7: Marshall Stabilitesi İçin Tahmin Modelinin Varyans Analizi Sonuçları Model Kareler toplamı df Kareler ortalaması F Sig. 1 Regresyon 2,373E ,290 12,532,000 Kalan , ,151 Toplam 2,804E7 59 Tablo 8: Sıcak Karışım Parametrelerine Bağlı Olarak Marshall Stabilitesi Tahmin Modeli İçin Katsayılar. Standardize Standardize Edilmemiş B için 95% lik Güven Edilmiş Model Katsayılar Katsayılar t Değer Aralığı B Std. Hata Beta Alt Sınır Üst Sınır 1 (Sabit) 5085, ,231 1,247, , , mm 35,587 59,575,071,597,554-84, , mm -48,962 40,514 -,187-1,209, ,780 32,857 12,5 mm 4,376 45,111,022,097,923-86,727 95,

6 9,5 mm -101,297 73,073 -,565-1,386, ,871 46,276 8 mm 171,200 73,724,998 2,322,025 22, ,089 4,75 mm -100,503 34,038 -,746-2,953, ,244-31,762 2,0 mm -57,000 43,811 -,324-1,301, ,478 31,478 1,0 mm 297, ,012 1,249 2,024,049, ,486 0,56 mm -118, ,840 -,416 -,926, , ,818 0,43 mm -112, ,752 -,346 -,708, , ,179 0,25 mm -139, ,913 -,366 -,367, , ,609 0,18 mm -105, ,642 -,255 -,162, , ,294 0,15 mm 1031, ,405 2,403 1,512, , ,896 0,13 mm -863, ,550-1,986-2,629, , ,231 0,06 mm 136, ,774,241,757, , ,094 Sıcaklık ( o C) -70,283 8,226 -,839-8,544,000-86,896-53,670 Zaman (saat) -101,609 31,611 -,249-3,214, ,448-37,769 Bitüm Oranı (%) 14,894 36,330,036,410,684-58,475 88,263 b) Marshall Stabilitesinin Sıcaklık, Sıcaklığa Maruz Kalma Süreleri ve Bitüm Miktarlarına Bağlı Olarak Analizi BSK karot numunelerin Marshall Stabiliteleri sıcaklık, sıcaklığa maruz kalma süreleri ve bitüm miktarlarına bağlı olarak tahmin edilmiş olup Regresyon analizi, Varyans analizi sonuçları ile regresyon analizi ile elde edilen tahmin modeline ait katsayılar aşağıda gösterilmiştir (Tablo 9, Tablo 10 ve Tablo 11). Tablo 9: Marshall Stabilitesi için sıcaklık, zaman ve bitüm oranı esas alınan tahmin modelin anlamlılık düzeyi İstatistikî Değişimler R Model R Tahmini Std. hata Kare R Kare F F Değeri df1 df2 değişimi Değişimi Değişimi 1,844, ,16737,713 46, ,000 Tablo 10: Marshall Stabilitesi için sıcaklık, zaman ve bitüm oranı esas alınan tahmin modelin Varyans analizi sonuçları Model Kareler toplamı df Kareler ortalaması F Sig. 1 Regresyon 1,999E ,701 46,345,000 Kalan , ,898 Toplam 2,804E Tablo 11: Sıcaklık, zaman ve bitüm oranı esas alınarak Marshall stabilitesi tahmini için katsayılar Model Standardize Edilmemiş Katsayılar Standardize Edilmiş Katsayılar t Değer B için 95% lik Güven Aralığı B Std. Hata Beta Alt Sınır Üst Sınır (Sabitler) 4601, ,834 8,801, , ,700 Sıcaklık ( o C) -71,983 7,206 -,860-9,990,000-86,418-57,548 Zaman (saat) -58,157 29,248 -,143-1,988, ,747,433 Bitüm (%) -21,317 36,096 -,051 -,591,557-93,626 50,993 c) Agregaların Tane Çaplarına Bağlı Olarak Marshall Stabilite Analizi BSK karot numunelerin Marshall Stabiliteleri sadece karışıma giren agregaların tane çaplarına bağlı olarak tahmin edilmiş olup Regresyon analizi, Varyans analizi ve Regresyon analizi ile elde edilen tahmin modeline ait katsayılar aşağıda gösterilmiştir (Tablo 12, Tablo 13 ve Tablo 14). 106

7 Model Tablo 12: Agrega tane çapına bağlı olarak Marshall Stabilitesi tahmin modelinin anlamlılık düzeyi İstatistiki Değişim Model R R Kare Tahmini Std. hata R Kare F F Değeri df1 df2 Değişimi Değişimi Değişimi 1,694, ,80629,482 2, ,005 Tablo 13: Agrega tane çapına bağlı olarak Marshall Stabilitesi tahmin modelinin Varyans Analizi sonuçları Kareler Kareler Toplamı df F Model Ortalaması Değer 1 Regresyon 1,350E ,830 2,724,005 Kalan 1,454E ,272 Toplam 2,804E7 59 Tablo 14: Agrega tane çapına bağlı olarak Marshall Stabilitesi tahmin modeli için katsayılar Standardize Edilmemiş Katsayılar Standardize Edilmiş Katsayılar t Değer B için 95% lik Güven Aralığı B Std. Hata Beta Alt Sınır Üst Sınır 1 (Sabitler) 13621, ,997 2,098, , , mm -174,497 95,255 -,347-1,832, ,471 17, mm 6,962 70,157,027,099, , ,355 12,5 mm 89,283 78,129,440 1,143,259-68, ,741 9,5 mm -27, ,319 -,154 -,221, , ,018 8 mm -23, ,497 -,136 -,201, , ,388 4,75 mm -23,663 55,247 -,176 -,428, ,007 87,680 2,0 mm -84,148 77,447 -,478-1,087, ,231 71,935 1,0 mm 544, ,455 2,287 2,142,038 32, ,793 0,56 mm -286, ,249-1,006-1,282, , ,752 0,43 mm -644, ,411-1,983-2,486, , ,126 0,25 mm -205, ,301 -,538 -,307, , ,538 0,18 mm 1983, ,755 4,786 1,861, , ,672 0,15 mm -1059, ,723-2,468 -,963, , ,759 0,13 mm 233, ,719,537,430, , ,481 0,06 mm -505, ,752 -,894-1,756, ,362 74,490 VI. SONUÇ ve ÖNERİLER BSK karot numunelerin doygun birim hacim ağırlıklarının 2,41 ile 2,67 gr/cm 3 arasında değiştiği hava kurusu birim hacim ağırlıkların ise 2,39 ile 2,66 gr/cm 3 arasında değiştiği görülmüştür. Numunelerin bitüm miktarları ise %5,57 ile %11,14 arasında değişmektedir. Marshall Stabilite deneyinde ölçülen akma değerleri 4,06 mm ile 8,99 mm arasında değişmiştir. Numuneler 30 o C ile 50 o C arasındaki sıcaklıklarda 1,5 ile 6 saat bekletilmişlerdir. Bu şartlarda ölçülen Marshall Stabilite değerlerinin ise 326 kg ile 3214 kg arasında değiştiği görülmüştür. İstatistiksel analizler sonucunda, sıcaklıkla Marshall Stabilite değerleri arasındaki korelasyon katsayısının -0,832 olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte bazı agrega tane çaplarının da stabiliteyi olumsuz etkilediği bazılarının ise Stabiliteyi olumlu yönde etkiledikleri tespit edilmiştir. Stabiliteyi olumsuz etkileyen agrega tane çaplarının Marshall Stabilitesi ile korelasyon katsayıları şöyle belirlenmiştir; 19 mm tane çapı ile Marshall Stabilite arasındaki korelasyon katsayısı 0,312, 8 mm ile 0,168, 9 mm ile 0,133, 4,75 mm ile 0,115, 16 mm ile 0,103 ve sıcaklığa maruz kalma süresi ile de 0,14 olarak belirlenmiştir. Stabiliteyi olumlu etkileyen agrega tane çaplarının Marshall Stabilitesi ile korelasyon katsayıları şöyle belirlenmiştir; 0,56 mm tane çapı ile Marshall Stabilite arasındaki korelasyon katsayısı 0,278, 1,0 mm ile 0,216, 0,18 mm ile 0,154, 0,13 mm ile 0,135, 0,25 mm ile 0,127, 2 mm ile 0,102 ve bitüm oranını ile de 0,433 olduğu belirlenmiştir. Bu duruma göre BSK da kullanılacak agrega tane çaplarının mümkün olduğu kadar Marshall Stabilitesini olumlu etkileyen agrega tane çaplarından seçilmesinin Marshall Stabilitesini arttıracağı söylenebilir. 107

8 Çoklu lineer regresyon analizi ile elde edilen model denklemlerinde Marshall stabilitesi bağımlı değişken karışıma girmiş olan agregaların tane çapları, ortam sıcaklığı, bu sıcaklığa maruz kalma süreleri ve bitüm miktarları da bağımsız değişkenler olarak kullanıldığında tahmin modelinde koreleasyon katsayısı R 2 =0,85 olarak bulunmuştur. Marshall Stabilitesi sıcaklık, sıcaklığa maruz kalma süresi ve bitüm miktarına göre tahmin edildiğinde ise tahmin modelinin korelasyon katsayısı R 2 =0,713 olarak bulunmuştur. Marshall Stabilitesi sadece Agrega tane çaplarına göre tahmin edildiğinde ise tahmin modelinin korelasyon katsayısı R 2 =0,482 olarak bulunmuştur. Marshall Stabilitesini maksimum yapabilecek Agrega tane çapları, bitüm miktarı, sıcaklık ve sıcaklığa maruz kalma sürelerinin optimumum değerleri bu çalışmada elde edilen model denklemleri ve değişkenlerin kısıtlarına bağlı olarak optimizasyon teknikleri ile belirlenebilir. Marshall Stabilitesi sadece Agrega tane çaplarına bağlı olarak maksimize edilmek istenirse Marshall Stabilitesini maksimum yapan Agrega tane çaplarının optimum değerleri sadece agrega tane çapına göre elde edilen model denkleminin (R 2 =0,482) maksimize edilmesi ile belirlenebilir. Construction and Building Materials, Volume 21, Issue 9, Pages , G.D. Airey, A.E. Hunter, A.C. Collop, The effect of asphalt mixture gradation and compaction energy on aggregate degradation Construction and Building Materials, Volume 22, Issue 5, Pages , KAYNAKLAR 1. V. F. Babkov, Highway Engineering. New York, 157s O. H. Clarkson, G. R. Hics, Highway Engineering, New York, 730s M. A. Önal, M. Kahramangil, Bitümlü Karışımlar Laboratuvar El Kitabı, Karayolları Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara, 19-29, F. Umar, E. Ağar, Yol Üstyapısı, İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul, 339s J. R. Salter, Highway Design and Construction, London, 285s., Karayolları Genel Müdürlüğü, Karayolları Esnek Üstyapılar Projelendirme Rehberi, Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara, 93s., F. Zaimoğlu, Beton Asfalt Kaplamalarda Rjitlik Modülünün Shell Metodu ve İndirek Çekme Metodu ile Karşılaştırılması, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, T. Alataş, E. T. Somunkıran, P. Ahmetzade, Ereğli Demir Çelik Fabrikası Cürufunun Asfalt Betonunda Agrega Olarak Kullanılması, Fırat Üniversitesi, Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18 (2), pp , B.D. Prowell, J. Zhang and E.R. Brown, Aggregate Properties and the Performance of Superpave-Designed Hot Mix Asphalt, National Center for Asphalt Technology. Auburn, AL.Transportatıon Research Board. NCHRP Report: 539.Washington DC., Der-Hsien Shen, Ming-Feng Kuo, Jia-Chong Du, Properties of gap-aggregate gradation asphalt mixture and permanent deformation Construction and Building Materials, Volume 19, Issue 2, Pages , Yong-Rak Kim, Hee Mun Park, Francisco Thiago Sacramento Aragão, Jamilla Emi Sudo Lutif, Effects of aggregate structure on hot-mix asphalt rutting performance in low traffic volume local pavements Construction and Building Materials, Volume 23, Issue 6, Pages , Saad Abo-Qudais, Haider Al-Shweily, Effect of aggregate properties on asphalt mixtures stripping and creep behavior 108