BÖLÜM 1. TEMEL BİLGİLER. 1.1 Giriş

Transkript

1 BÖLÜM 1. TEMEL BİLGİLER 1.1 Giriş Bir yol üstyapısı, değişik elemanlardan oluşur. Bu elemanlar üstyapının proje ömrü boyunca emniyetli bir şekilde ve her türlü iklim koşulları altında hizmet verebilmesini ayrıca çok sayıda aracın üzerinden geçmesini sağlayacak koşulları yerine getirebilmelidir. Üstyapılar genel olarak iki temel sınıfa ayrılabilir: Esnek ve rijit (beton yollar) üstyapılar.

2 Esnek kaplamalar çok tabakalı bir yapı olup, alt tabakaları dren yeteneği (suyu uzaklaştırma) yüksek granüler (daneli) malzemelerle ve üst tabakaları ise yüksek stabilite (yapısını koruma-deformasyona karşı direnç) ve sürüş konforu sağlamak amacıyla bitümlü (bağlayıcı) karışımlarla yapılmaktadır. Rijit kaplamalar ağır ve yüksek trafik hacmine sahip yollarda granüler bir alt temel tabakası üzerine yapılan beton plaklardan oluşur. Kaplamalar trafik ve çevre etkilerine karşı koyan ve trafik yüklerini zemine ileten yapılardır. Trafik yüklerini zemine iletme yetenekleri her bir tabakanın yük dağıtma özelliğine bağlıdır. Bu nedenle kaplama kalınlığı, zeminin taşıma gücüne ve kaplamanın tipine bağlı olarak değişir. Kaplama kalınlığına etki eden temel faktörler ve bunlara ait değişkenler tablo 1 de verilmiştir.

3 ANA FAKTÖRLER TRAFİK ETKİLERİ İKLİM VE ÇEVRE ETKİLERİ MALZEME YAPIM VE BAKIM ŞARTLARI ANA FAKTÖRLERE BAĞLI DEĞİŞKENLER * Trafik hacmi, kompozisyonu (taşıt ağırlığına göre dağılımı), artış eğilimi, gelecekte beklenen trafik hacmi vb. * Dingil yükü (karayolu) veya tekerlek yükü (havaalanı için) * Dingil sayısı veya tekerlek geometrisi (konfigurasyonu) * Lastik basıncı miktarı ve temas alanı * Standart yük tekrar sayısı * Yükleme hızı (veya tatbik süresi) * Günlük ve mevsimlik ısı değişimleri, yağış miktarı, don derinliği * Maksimum ve minimum ısı * Drenaj şartları, uzun dönem oturmalar * Zeminin don kabarması, şişme, donma-çözülme periyotları * Zeminin taşıma gücündeki değişimler * Kullanılan malzemelerin (agrega, bitüm, beton çimentosu) fiziksel özellikleri * Kaplama tabakalarının yük dağıtma kapasiteleri, deformasyon direnci, mukavemeti vb. gibi mekanik özellikleri * Kaplama tabakalarının yorulma mukavemeti * Kaplama tasarımı (kaplama kalınlıkları ve cinsi) * Yapım kalitesi ve kalite kontrol seviyesi * Bakım-onarım periyotları ve kalitesi * Trafik yüklerinin kontrolü ve kısıtlanması

4 Kaplamaların performans (sürüş konforu ve emniyeti) ve stabilite (deformasyona karşı direnç) olmak üzere iki temel işlevi vardır. Bu nedenle, kaplamalar aşağıdaki hususları yerine getirmekle sorumludur. -Taşıtlar için düzgün ve pürüzsüz yüzeyler sağlayarak sürüş konforunu artırmalı ve taşıt işletme giderlerini azaltmalıdır. -Kaplama yüzeyi sürüş emniyeti için yeterince kayma direncine sahip olmalıdır. -Trafik yüklerinin yaratacağı aşınmalara ve deformasyonlara karşı yeterince dirençli olmalıdır. -Trafik yüklerini yayarak zemine iletebilmeli fakat bu işi yaparken de bu yüklere karşı koyabilecek kadar da mukavemetli olmalıdır. -Bakım-onarım ve rehabilitasyon (yeniden kaplama yapılması) maliyetlerinin az olması için yeterince yorulma mukavemetine sahip olmalıdır.

5 -Hem zeminde istenilen gerilmeyi yaratabilecek hem de tahmin edilen yük tekrar sayısına yeterince direnç gösterebilecek kalınlığa sahip olmalıdır. -Zeminin don kabarması ve şişmelerden dolayı oluşabilecek gerilmelere karşı koyabilmeli ve zeminin taşıma gücünde olabilecek azalmalarda yeterince rijit ama zeminin uzun dönem oturmalarında da bu çökmelere uyum sağlayabilecek kadar da esnek davranış gösterebilmelidir. -Yağmur sularının sızmasını önleyecek kadar geçirimsiz olmalıdır. Sonuç olarak kaplamaların temel amaçları; * Taşıtlar için sürüş konforu ve sürüş emniyetini sağlamak * Trafik yüklerini emniyetle zemine iletmek * Trafik, iklim ve çevre etkilerine karşı dirençli ve dayanıklı olmak olarak özetlenebilir.

6 Kaplamalarda oluşan gerilmeler yukarıdan aşağıya doğru azalır. Bu nedenle, kaplamaları oluşturan tabakalar yukarıdan aşağıya doğru daha az kalite ve maliyete sahip olacak şekilde dizayn ve inşa edilmelidir. Rijit ve esnek kaplamalar sahip oldukları avantaj ve dezavantajlara göre aşağıdaki gibi karşılaştırılabilir. * Rijit kaplamalar çok yüksek trafik hacmine ve çok ağır taşıt trafiğine sahip yollar için yapılması zorunlu iken esnek kaplamalar daha düşük trafik hacmine sahip yolar için ekonomiktir. * Rijit kaplamaların ilk yapım maliyetleri çok yüksek ve rutin bakım maliyetleri ise çok düşük iken esnek kaplamalarda bu durum tam tersinedir. * Rijit ve esnek kaplamalar kuru olduklarında hemen hemen aynı kayma direncine sahip iken yağışlı havalarda sıcak bitümlü karışım kaplamalar nispeten daha düşük kayma direncine sahiptir.

7 * Rijit kaplamalar ile beton asfalt kaplamalarda yuvarlanma direnci düşük iken sathi kaplamalarda ise yuvarlanma direnci daha yüksektir. Yuvarlanma direnci arttıkça taşıt işletme giderleri, lastik ve araç yıpranması önemli ölçüde artmaktadır. * Rijit kaplamalar plakalar halinde inşa edildiklerinden dolayı plakalar arasındaki derzler sürüş konforunu azaltmakta ve tekerlek gürültüsünü artırmaktadır. Fakat beton asfalt yolların sürüş konforu yüksek ve tekerlek gürültüsü az iken sathi kaplamalarda sürüş konforu nispeten düşük ve tekerlek gürültüsü fazladır. * Rijit kaplamaların tamiri ve büyük onarımları sırasında uzun süreye ihtiyaç göstermesinden dolayı servis yoluna ihtiyaç varken, esnek kaplamaların onarımları ve hatta yeniden kaplanmaları sırasında dahi yol trafiğe açık tutulabilmekte ve onarım süresi de rijit kaplamaya nazaran daha kısa olmaktadır.

8 Yuvarlanma Direnci: Bir taşıtın maruz kaldığı yuvarlanma direnci; taşıt lastiklerinin kaplamaya temas ettikleri noktalarda meydana gelen şekil değişmesiyle taşıtın kaplamadaki küçük çukurluklar, kasisler, kum-çakıl parçaları ve gevşek bir satıh üzerinden geçmesi sırasında ayrıca, taşıtın aktarma organlarına ait dişlilerde meydana gelen sürtünme sonucu oluşur. Direncin miktarı yol yüzeyinin durumu, lastiklerin esneklik derecesi ve iç basınçlarına ayrıca, taşıtın hızına göre değişir. Özet olarak yuvarlanma direnci, taşıtın tekerleklerinin dönmesini zorlaştıran etkenlerin tümüdür.

9 tersinedir. * Rijit kaplamaların inşaatı için daha az enerji gerekirken ve tamamen yerli malzemeden imal edilebilirken esnek kaplamaların inşaatı için daha çok enerji gerekmekte ve bağlayıcı maddesi olan asfalt çimentosu önemli ölçüde ithal edilmektedir. * Rijit kaplamaların inşası daha zor ve daha titiz bir çalışmayı gerektirirken esnek kaplamaların yapımı nispeten daha kolay ve çabuktur. * Esnek kaplamalar inşa edilirken kaplanacak yüzeyde rutubetin olmaması ve hava ısısının yüksek olması (15 º den fazla) gerektiğinden dolayı yapım süresi kısıtlı iken rijit kaplamalarda bu hususlar önemli bir dezavantaj yaratmaz. Dolayısıyla rijit kaplamalar don ve yağış olmamak kaydıyla daha uzun inşaat mevsimine sahip iken esnek kaplamaların inşaat mevsimi daha kısadır. * Rijit kaplamalar açık renkli olduklarından gece daha kolay görünürken gündüz parlayarak rahatsız ederler. Esnek kaplamalar bu durum tam

10 Temel Tanımlar: Üstyapı: Trafik yükünü taşımak üzere taban zemini üzerine yerleştirilen tabakalı yol yapısıdır. Esnek Üstyapı: Tesviye yüzeyi ile sıkı bir temas sağlayan ve yükleri taban zeminine dağıtan bir üstyapı şekli olup, stabilitesi agrega kenetlenmesine, dane sürtünmesine ve kohezyona (bitümün yük altında kopmadan uzayabilme özelliği) bağlıdır. Rijit Üstyapı: Oldukça yüksek eğilme mukavemetine sahip ve çimentodan yapılmış tek tabakalı plak vasıtasıyla yükleri taban zeminine dağıtan üstyapı tipidir. Taban Zemini: Tesviye yüzeyi altında kalan, üstyapının taşıma için gerekli olan dayanıma sahip, belli bir derinliğe kadar devam eden malzemedir. Tesviye Yüzeyi: Yol üstyapısı ve banketlerin oturduğu zeminin üst yüzeyi.

11 Alttemel: Temel tabakasını taşımak üzere taban zemini üzerine yerleştirilen granülometrisi ve plastisite özellikleri belirli granüler malzemeden oluşmuş üstyapı tabakasıdır. Temel: Alttemel veya taban zemini üzerine hesaplanan bir kalınlıkta inşa edilen, belirli fiziksel özelliklere sahip tabaka veya tabakalardır. Temel tabakasının kaplamayı taşımak, gerilmeleri yaymak, iyi bir drenaj temin etmek ve don etkisini azaltmak gibi fonksiyonları vardır. Kaplama Tabakası: Üstyapının en üst tabakası olup, genellikle asfalt betonu veya sathi kaplamadan oluşur. Bu tabaka, kaymaya, trafiğin aşındırmasına ve iklim koşullarının ayrıştırma etkisine karşı koyar. Yüksek standartlı yollarda kaplama tabakası aşınma ve binder olmak üzere iki tabaka halinde yapılır. Düşük standartlı yollarda kaplama tabakası tek kat ve ya çift kat sathi kaplama olarak yapılır.

12 Asfalt Betonu: Oranları dikkatli bir şekilde saptanmış(düzgün granülometrili) bulunan iri agreaga, ince agrega ve filler ile asfalt çimentosunun sabit karıştırma tesislerinde sıcaklık, nem ve bileşim bakımından çok sıkı bir kontrol altında karıştırılması ile elde edilen stabilite ve dayanıklılık yönünden yüksek kaliteli bir sıcak karışımdır. Beton asfalt, yol üstyapısının binder ve aşınma tabakalarından oluşan kaplama tabakasında kullanılır. Proje Süresi: Yolun trafiğe açılması ile takviye tabakasının uygulanacağı planlanan zaman arasındaki yıl sayısıdır.

13 1.2 Yolların Yüzey Özellikleri Kaplamanın yüzey yapısı (yüzeysel dokusu, pürüzlülüğü vb.) hem sürüş konforunu hem de sürüş emniyetini belirleyen en önemli husustur. Yolda taşıtların güvenli bir şekilde seyredebilmeleri için yol yüzeyinin geçirimsiz olması, belirli bir pürüzlülüğe sahip olması ayrıca, enine ve boyuna profilinin sürekli düzgün olması gerekir. Yolun Geometrik Düzgünlüğü, Enine ve Boyuna Profilin Sürekliliği: Yolun enine ve boyuna profilinde girinti ve çıkıntı olmamalıdır. Yol yüzeyinin düzgünlüğü yolu kullananların konforunu sağladığı gibi işletme masraflarını da azaltır. Yolun üstyapısında ve taban zemininde gerekli kalite ve direnç sağlanmamışsa yüzeyde elde edilecek düzgünlük geçicidir. Çünkü bir süre sonra, yükler altında yolda kalıcı deformasyonlar oluşacak ve yolun yüzeysel düzgünlüğü bozulacaktır. Kaplama tabakasının cinsi ve yapılma şekli de düzgünlük üzerinde etkilidir.

14 Pürüzlülük: Yol yüzeyinin pürüzlülüğü, taşıtlara uygun bir frenlenme ve iyi bir enine denge (özellikle kurplarda savrulmaya karşı direnç) imkanı sağlamak için gereklidir. Yol kuru ve temiz ise taşıt tekerlek lastiği ile yol yüzeyi arasında yüksek bir sürtünme sağlanması mümkündür. Buna karşılık kirli ve ıslak yüzeyli yolda kaymalar daha kolay olabilir. Geçirimsizlik: Yol yüzeyinin yağış sularına karşı geçirimsiz olması gerekir. Kaplamanın geçirimsizliği doğrudan doğruya bitümlü karışımın boşluk yüzdesine bağlıdır. Karışımdaki agrega granülometrisi, bağlayıcı miktarı ve sıkıştırmanın fonksiyonu olan boşluk yüzdesi arttıkça, karışımın geçirimliliği de artar. Üstyapının geçirimsizlik özelliğindeki bir eksiklik suyun üstyapı içerisine girmesine neden olur. Bu durum da özellikle soğuk havalarda suyun donmasına ve bunun sonucunda hacimsel genleşmesine neden olur.

15 1.3 Üstyapı Bozulma Çeşitleri ve Bozulma Nedenleri Genel olarak bir üstyapıda iki tip bozulma meydana gelir. a- Kaplama yüzeyinde meydana gelen bozulmalar b- Kaplama tabakasının altında meydana gelen bozulmalar Kaplama yüzeyinde meydana gelen bozulmalar, yüzeyin bozulması, yüzey dokusunun, yüzey düzgünlüğünün ve geçirimsizlik özelliğinin kaybolması gibi bozulmalardır. Oluşan bu bozulmalar çok derin değil ise kaplamanın onarımı veya kaplamanın değiştirilmesi ile eski konumuna getirilebilir. Bu tür bozulmalar dikkatli bir şekilde kaplama seçimi yapılırsa önlenebilir veya geciktirilebilir.

16 Kaplama tabakasının altındaki bozulmaları fark etmek veya onarmak oldukça zordur. Bitümlü tabaka altında meydana gelen çekme şekil değiştirmeleri yolun proje ömrünü belirleyen kriterlerden birisidir. Bu kriterin belirli bir değerin altında tutulması ya kaplama kalınlığının artırılması ile ya da daha mukavemetli malzeme kullanılması ile olur. Bozulma Nedenleri: Bir üstyapı az sayıda dingil yükü uygulanması ile bozulmaz. Genelde, bozulmalar tekrarlı uygulanan gerilmelerden kaynaklanır. Üstyapı, uygulanan tekrarlı yükleme altında şekil değiştirir ve yük üstyapıda dikkate alınan noktadan uzaklaştığında şekil değiştirmenin büyük bir kısmı geri dönerken (elastik deformasyon), çok az bir kısmı plastik deformasyon olarak kalır.

17 1.4 Yol Üstyapı Ömrü Bir üstyapının ömrü bakım çalışmaları ile uzatılabilir. Bu amaçla ilk önce üstyapının durumu analitik metotlarla (deneylerden sonra) belirlenir. Buna göre gerekli bakım çalışmalarının zamanlaması yapılır. Bir bakım mühendisinin amacı, üstyapıdaki kritik durumları belirlemektir. Kritik duruma ulaşıncaya kadar, bir takviye tabakası ile yol üstyapısı eski konumuna getirilebilir. Ancak kritik durum geçtikten sonra, kaplama ömrünü artırmak için çok pahalı olan yeniden yapım gerekebilir. Tasarımcı farklı üstyapı ömürlerinin anlamını bilmelidir. Örneğin, 5 yıl ömürlü kabul edilen bir üstyapı, 20 yıl kabul edilene göre daha ucuz ve ince tabakalardan oluşmalıdır. Genellikle, proje ömrü esnek üstyapılarda 20, rijit üstyapılarda 40 yıl olarak alınır.

18 1.5 Trafik Etkisi Üstyapılar sadece az sayıda olan tekerlek yükü altında bozulmazlar. Ancak ağır taşıtların tekrarlı yük uygulamalarından dolayı, uzun seneler sonra bozulurlar. Bu nedenle, üstyapı tasarımı yapılmadan önce tekrarlı dingil yüklerinin hesaplanması gerekir. Dingil Yüklerinin Hesabı: Bir üstyapı proje ömrü boyunca değişik büyüklüklerdeki tekrarlı dingil yüklerine maruz kalır. Özellikle, yapım sırasında üstyapıya en çok zarar verebilecek yüklemelerle karşılaşılır. Örneğin silindirler üstyapıya oldukça büyük gerilmeler uygularlar. Deneyler göstermiştir ki, standart kabul edilen bir dingil ağırlığından (8.2 ton) daha büyük yükler uygulandığında büyük yükün standart yüke bölümünün 4. kuvveti kadar üstyapıya zarar vermektedir. Formül olarak aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

19 AZF P =, AZF: Araç zarar faktörü Buradan da görüleceği üzere dingil ağırlığı 16.4 ton olan bir araç, standart dingil yüküne sahip olan araca göre üstyapıya 16 kat daha fazla zarar verecektir. Standart dingil yükü olarak 8.2 ton (80 kn) tanımlanmıştır. Herbir tekere 40 kn yük geldiği kabul edilir. Soru: Dingil yükü değeri S olan aracın, standart dingil yükünün verdiği zararın 9 katı zarar verebilmesi için S ne olmalıdır?

20 Standart dingil yükü için AZF değeri; formülde P=8.2 değeri konulursa 1 olarak bulunur. Buna göre; AZF=9 alınırsa: 4 P AZF = 8.2 P 9 = = 4 9 * 8. 2 P P = 14,20