ESNEK ÜSTYAPILAR İLE RİJİT ÜSTYAPILARIN TEKNİK VE EKONOMİK YÖNDEN KARŞILAŞTIRILMASI. Ümit GİRİŞ YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ

Transkript

1 ESNEK ÜSTYAPILAR İLE RİJİT ÜSTYAPILARIN TEKNİK VE EKONOMİK YÖNDEN KARŞILAŞTIRILMASI Ümit GİRİŞ YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2007 ANKARA

2

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Ümit GİRİŞ

4 iv ESNEK ÜSTYAPILAR İLE RİJİT ÜSTYAPILARIN TEKNİK VE EKONOMİK YÖNDEN KARŞILAŞTIRILMASI (Yüksek Lisans Tezi) Ümit GİRİŞ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ocak 2007 ÖZET Bu çalışmada esnek ve rijit üstyapıların tasarımı, yapımı, kullanılan malzemeler, avantaj ve dezavantajları, bakım - onarım teknikleri irdelenmiş ve maliyet analizleri hazırlanmıştır. Her iki kaplama türünün tasarımına ilişkin geliştirilmiş farklı yöntemler vardır. Ancak hem ülkemizde hem de dünyada en çok kullanılan yöntemlerin başında AASHTO yöntemi gelmektedir. Esnek üstyapıların yapımında kullanılan ana madde bitüm olup, petrol türevli bir maddedir. Petrol konusunda dışa bağımlı olmamız bir dezavantaj olarak görülebilir. Ancak bitüm rafineride işlenen petrolün son türevidir ve asfalt betonu üretimi dışında kullanılma alanı çok azdır. Rijit kaplamaların üretilmesinde kullandığımız çimento, ülkemizde bol miktarda üretilmektedir. Ancak çimentoya, yol yapımından önce inşaat sektörünün diğer alanlarında daha çok ihtiyaç duyulmaktadır. Her iki kaplamanın da birbirine karşı avantaj ve dezavantajları vardır. Bu noktada yolun yapılacağı bölgenin karakteristik özellikleri (zeminin

5 v sağlamlığı, iklim, trafik, topoğrafya, vs ) avantajlar ve dezavantajların değerlendirilmesi açısından belirleyici olmaktadır. Ülkemiz, esnek kaplamalı yolların yapımı, bakım-onarımı konusunda oldukça gelişmiş durumdadır. Bu konuda hem iş hacmi, hem kullanılan araç-gereç hem de yetişmiş insan bakımından oldukça kuvvetli bir potansiyel bulunmaktadır. Ancak rijit kaplamalı yolların yapımı, bakımonarımı konusunda henüz yeterli tecrübe, araç-gereç ve yetişmiş insan bulunmamaktadır. Her iki türe ait yapım ve bakım-onarım maliyetleri, başta yolun oturacağı taban zemininin sağlamlığı, üzerinden geçecek trafiğin hacmi ve kompozisyonu başta olmak üzere birtakım parametrelere bağlıdır. Ancak yapılan maliyet analizlerinden anlaşılmaktadır ki, esnek kaplamalı yollar ülkemiz koşullarında rijit kaplamalı yollara göre daha ekonomik görünmektedir. Bunun nedenlerinin başında ise rijit kaplamalı yolların yapımında kullanılan çimentonun fiyatında görülen yüksek artışlar gelmektedir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler: Esnek kaplama, rijit kaplama, asfalt, bitüm Sayfa Adedi : 186 Tez Yöneticisi : Yrd. Doç. Dr. Kürşat ÇUBUK

6 vi TECHNICAL AND ECONOMICAL COMPARISON OF FLEXIBLE AND RIGID PAVEMENTS (M.Sc. Thesis) Ümit GİRİŞ GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY January 2007 ABSTRACT In this study, flexible and rigid pavement design, construction, materials used in construction, advantages and disadvantages, maintenance repair technologies have been analysed and cost analysies prepared. There are different methods improved for designing of the two pavement types. But the most common method both in our country and in the world, is the AASHTO method. The basic material used by the constuction of flexible pavements is the bitum, which is produced from petroleum. It seems, there is a disadvantage that we are dependent on foreign petroleum, but the bitum is the last derivative product of petroleum in the refinery and it is has a very small usage area except the production of asphalt concrete. The cement, which we use for the production of rigid pavements, is produced widely in our country. But we need the cement more for the other areas of construction sector than highway construction.

7 vii Every two pavement types has both advantages and disadvantages. But the characteristic specifications of the region (strenght of the soil, climate, traffic, topography etc ), where the road will be constructed, are the basic criteria for evaluation of advantages and disadvantages. Our country has quite advanced experience about construction and maintenance of flexible pavement roads. We have a big of potantial both the work volume, equipment and also experinced people. In the other hand there is no enough experienced people and equipment about construction and maintenance of rigid pavement roads. The construction and maintanence costs of the two types depend on some parameters such as strengt of soil, the volume and composition of traffic volume. But the analyses show us that the flexible pavement roads seem more economic than the rigid-pavement roads in our country conditions. The main reason for that is the high increases in the cost of cement, which is used for the construction of rigidpavement roads. Science Code : Key Words : Flexible pavement, rigid pavement, asphalt, bitumen Page Number : 186 Adviser : Asistant Prof. Dr. Kürşat ÇUBUK

8 viii TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam Yrd. Doç. Dr. Kürşat ÇUBUK a, yine bilgi ve yardımlarından faydalandığım hocam Dr. Cemal AYVALIK a, ayrıca yüksek lisans eğitimimiz boyunca dostluğunu ve yardımlarını hiçbir zaman esirgemeyen İnşaat Yüksek Mühendisi Murat Zafer SİNOPLU ya, DOLSAR Mühendislik te birlikte çalıştığım tüm çalışma arkadaşlarıma ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan çok değerli aileme teşekkürü bir borç bilirim.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT...vi TEŞEKKÜR...viii İÇİNDEKİLER...ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ...xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...xv SİMGELER VE KISALTMALAR...xvi 1. GİRİŞ ESNEK ÜSTYAPILAR Giriş Tanımlar Esnek Üstyapılarda Kullanılan Malzemeler Agregalar Hidrokarbonlu bağlayıcılar (bitümler ve yol katranları) Karışımlar Esnek Üstyapıların Yapımı Bitümlü sıcak karışımların üretimi Bitümlü sıcak karışımların serimi Bitümlü sıcak karışımların sıkıştırılması (kompaksiyonu) Esnek Üstyapıların Bakım ve Onarımı Esnek Üstyapıların Projelendirilmesi Giriş

10 x Sayfa Esnek üstyapı projelendirme yöntemleri Esnek Üstyapılarda Teknolojik Gelişmeler Esnek Üstyapıların Üstünlükleri ve Sakıncaları RİJİT ÜSTYAPILAR Giriş Rijit Üstyapıların Tarihçesi Tanımlar Rijit Üstyapılarda Kullanılan Malzemeler Giriş Çimento Agregalar Su Donatılar Beton katkı maddeleri Rijit Üstyapıların Yapımı Beton dökümüne hazırlık Beton dökümü Rijit Üstyapıların Bakım ve Onarımı Rijit Üstyapıların Projelendirilmesi AASHTO tarafından geliştirilmiş tasarım yöntemleri Rijit Üstyapılarda Teknolojik Gelişmeler Rijit Üstyapıların Üstünlükleri ve Sakıncaları Rijit üstyapıların üstünlükleri...131

11 xi Sayfa Rijit üstyapıların sakıncaları MALİYETLER İlk Yapım Maliyetleri Üstyapı tipinin ve kompozisyonlarının seçimi Malzemelerin karışım oranları ile özelliklerinin seçimi Üstyapının tasarımı için seçilen hesap yöntemi Üstyapı tipinin hizmet ömrü Üstyapının taşıyacağı trafiğin hacmi ve karakteri Üstyapının son servis (hizmet) kabiliyeti indeksi Taban zeminin taşıma gücü Yol üstyapı türleri için seçilen enkesit tipleri Seçilen esnek ve rijit yol üstyapı tiplerinin tasarımı Keşif özeti - örnek maliyet analizi Üstyapı tipleri için ilk yapım maliyetleri karşılaştırması Bakım Onarım Maliyetleri Toplam Maliyetler SONUÇ VE ÖNERİLER..183 KAYNAKLAR.185 ÖZGEÇMİŞ 186

12 xii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge yılı itibariyle karayolu ağı uzunlukları...4 Çizelge 1.2. Teknik parametrelere göre üstyapı seçimi...11 Çizelge 1.3. Ekonomik parametrelere göre üstyapı seçimi...17 Çizelge 1.4. Üstyapı tipi seçim metodolojisi...18 Çizelge 2.1. Asfalt plenti elemanları ve fonksiyonları...30 Çizelge 2.2. Plentte karışım ısısı...35 Çizelge 2.3. Minimum karışım ısısı...35 Çizelge 2.4. Pt nin seçimi...44 Çizelge 2.5. Bölge faktörü ( R ) seçimi...46 Çizelge 2.6. T8.2 ye bağlı olarak taban zemini emniyet yüzdesinin seçimi...48 Çizelge 2.7. Dingil eşdeğerlik faktörleri...52 Çizelge 2.8. Taşıt eşdeğerlik faktörleri...53 Çizelge 2.9. Şerit dağıtma faktörleri...54 Çizelge 3.1. Malzeme ve bileşenlerin tüketim değerleri...72 Çizelge 3.2. Beton agregasının sınıflandırılması...82 Çizelge 3.3. İdeal granülometri eğrisi ve incelik modülü...85 Çizelge 3.4. Beton çelik çubukları ve hasırları sınıflandırma ve özellikleri...94 Çizelge 3.5. Beton liflerinin özellikleri Çizelge 3.6. Trafik artış katsayıları Çizelge 3.7. Dingil yükleri eşdeğerlik faktörleri (Pt = 2,0) Çizelge 3.8. Dingil yükleri eşdeğerlik faktörleri (Pt = 2,5)...119

13 xiii Çizelge Sayfa Çizelge 3.9. Şerit dağıtma faktörleri Çizelge Dingil yükleri Çizelge Eşdeğer dingil yükleri Çizelge Eşdeğer tandem dingil yükleri Çizelge 4.1. Aşınma tabakası malzemeleri ve karışım oranları Çizelge 4.2. Binder tabakası malzemeleri ve karışım oranları Çizelge 4.3. Bitümlü temel tabakası malzemeleri ve karışım oranları.137 Çizelge 4.4. Zayıf beton temel tabakası malzemeleri ve karışım oranları Çizelge 4.5. Kırmataş temel tabakası malzemeleri ve karışım oranları..138 Çizelge 4.6. Beton kaplama tip-1 malzemeleri ve karışım oranları..139 Çizelge 4.7. Beton kaplama tip-2 malzemeleri ve karışım oranları..139 Çizelge 4.8. Üstyapı tiplerinin tasarımında kabul edilen trafik değerleri..140 Çizelge 4.9. Keşif özeti (asfalt betonu -aşınma)..146 Çizelge Keşif özeti (asfalt betonu -binder)..149 Çizelge Keşif özeti (sıcak bitümlü temel) Çizelge Keşif özeti (sathi kaplama).155 Çizelge Keşif özeti (düşük dozlu beton temel) Çizelge Keşif özeti (kırmataş temel) Çizelge Keşif özeti (kum-çakıl alttemel)..162 Çizelge Keşif özeti (yolun süpürülmesi ve yapıştırıcı tabaka).163 Çizelge Keşif özeti (bitümlü yapıştırıcı) Çizelge Keşif özeti (ince reglaj, süpürme, astarlama)..165

14 xiv Çizelge Sayfa Çizelge Keşif özeti (stabilize ince reglaj) Çizelge Keşif özeti (350 dozlu beton yol kaplaması) Çizelge Keşif özeti (300 dozlu beton yol kaplaması) Çizelge Keşif özeti (diğer beton kaplama işleri).171 Çizelge İlk yapım maliyetler).172 Çizelge Farklı üstyapı tiplerine göre maliyetler (CBR = % 3)..175 Çizelge Farklı üstyapı tiplerine göre maliyetler (CBR = % 10) Çizelge Ortalama bakım harcamaları (YTL/km) Çizelge Onarım maliyetleri (CBR=%3)(Hizmet ömrü boyunca) Çizelge Onarım maliyetleri (CBR=%10)(Hizmet ömrü boyunca) Çizelge Rijit üstyapı bakım-onarım maliyetleri..179 Çizelge Toplam maliyetler (YTL/km) (CBR = % 3) Çizelge Toplam maliyetler (YTL/km) (CBR = % 10)...181

15 xv ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 1.1. Esnek verijit üstyapılarda yük dağılımı...5 Şekil 2.1. Esnek üstyapı projelendirme abağı (Pt: 2.0)...56 Şekil 2.2. Esnek üstyapı projelendirme abağı (Pt: 2.5)...57 Şekil 2.3. Tabaka kalınlıklarının kontrolu...61 Şekil 3.1. Esnek üstyapı enkesiti...70 Şekil 3.2. Rijit üstyapı enkesiti...70 Şekil 3.3. TS 706 beton agregası referans eğrileri...84 Şekil 3.4. Karma suyu yüzdesi beton direnci ilişkisi...91 Şekil 3.5. Rijit üstyapılara ait projelendirme abağı (Pt = 2,0) Şekil 3.6. Rijit üstyapılara ait projelendirme abağı (Pt = 2,5) Şekil 3.7. Eğilme direnci saptanması Şekil 4.1. Kırmataş temelli esnek üstyapı tip enkesiti Şekil 4.2. Bitümlü temelli esnek üstyapı tip enkesiti Şekil 4.3. Düşük dozlu beton temelli esnek üstyapı tip enkesiti Şekil 4.4. Rijit (beton) üstyapı tip enkesiti Şekil 4.5. Belirlenen üstyapı kompozisyon ve kalınlıkları Şekil 4.6. İlk yapım maliyetleri (YTL/km) (CBR = % 3) Şekil 4.7. İlk yapım maliyetleri (YTL/km) (CBR = % 10) Şekil 4.8. Toplam maliyetler (YTL/km) (CBR = % 3) Şekil 4.9. Toplam maliyetler (YTL/km) (CBR = % 10)...181

16 xvi SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama a 1, a 2, a 3 D 1, D 2, D 3 E c H k M r P t ΔPSI R S i T 8.2 Tabaka Katsayıları Tabaka Kalınlıkları Betonun Elastisite Modülü Beton Kaplamanın Kalınlığı Zemin Yatak Katsayısı Taban Elastisite Modülü Son Servis Kabiliyeti İndeksi Servis Kabiliyeti İndeksi Farkı Bölge Faktörü Zemin Taşıma Değeri 8,2 tonluk Toplam Eşdeğer Dingil Sayısı Kısaltmalar Açıklama KGM BSK CBR EDY SN Karayolları Genel Müdürlüğü Bitümlü Sıcak Karışım Kaliforniya Taşıma Oranı Eşdeğer Dingil Yükü Üstyapı Sayısı

17 1 1. GİRİŞ Yol üstyapıları, oluşturuldukları malzemeye bağlı olarak : - Esnek Üstyapılar - Rijit Üstyapılar olarak iki ana gruba ayrılır. Esnek yol üstyapıları, kaplama tabakası bitümlü karışımdan, temeli bitümlü veya granüler malzemeden, alttemeli de granüler veya kırma malzemeden oluşan üstyapılardır. Rijit üstyapılar ise en üstteki tabakası portland çimentosu bağlayıcılı betondan olan ve altta da çok kere granüler bir temel veya alt-temeli (kaplama altı tabakası) bulunan üstyapı şeklidir. Üstyapılar, üzerinde seyreden trafiğin güvenliği, konforu, hacmi ve kompozisyonu gibi faktörlerin yanı sıra ekonomiklik, iklim, bölge koşullarına uygunluk gibi faktörlerin de dikkate alınması suretiyle projelendirilir ve inşa edilir. Ülkemizde bugüne kadar, trafik hacmi belirli bir düzeye ulaşmış yollarımızda Asfalt Betonu kullanımı tercih edilmiştir. Bu tercihin nedenlerini şu faktörlere bağlamak olasıdır: 'den sonra asfalt uygulaması giderek yaygınlaşmış ve asfalt kaplama yapımında belirli bir teknoloji ve deneyim düzeyine ulaşılmıştır yılına kadar ucuz bitüm sağlanabilmiştir. - Asfalt betonu uygulaması, betona oranla daha kolay bulunmuştur. - Türkiye'de çimento üretimi, uzun bir süre beton yol yapımına yönelmeye olanak verecek düzeye ulaşamamıştır yılında petrol fiyatlarındaki ani artış sebebiyle asfalt betonu birim fiyatında bitümün payı %30'a yükselmiş, 1976'da ise bu oran %45'e çıkmıştır. Bu arada 18 yeni çimento fabrikasının inşasının da planlandığının açıklanması ile konu yeni boyutlar kazanmış, diğer ülkelerde esasen

18 2 uygulanmakta olan beton yol yapımı, Türkiye'de de güncel duruma getirilmiştir. Bu konuda görüş birliğine varılan sonuç, yüksek trafik hacimli ve ağır trafiğe maruz yollarda beton kaplamaların, Asfalt Kaplamaya karşı ciddi bir alternatif olduğudur. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri Illinois Üniversitesi'nde "hiç bakım gerektirmeyecek bir kaplama tipi" araştırılmış ve böyle bir üstyapının ancak "hasır donatısız fakat derzli" beton kaplamadan oluşabileceği sonucuna varılmıştır. Asfalt kaplama veya beton plak kaplama tercihinin temelinde bir maliyet ve ekonomi sorununun bulunduğu açıktır. Bu nedenle teknik ve ekonomik kıyaslamalarla birlikte hangi üstyapının, ülkemizin çeşitli koşullan için uygun olacağının ve bunun da ülke ekonomisi açısından doğuracağı sonuçların irdelenmesi ve kıyaslanması zorunlu olmaktadır. Her iki üstyapı arasında yapısal yönden önemli farklar bulunur. Bu farklar, her iki üstyapıyı oluşturan malzemelerin özelliklerinden ileri gelmektedir. Çok tabakalı bir sisteme sahip olan esnek üstyapılar, üzerlerine gelen tekerlek yükü altında deforme olur ve her tabaka, üzerine gelen yükü, bir alttaki tabakaya biraz daha yayarak iletir. Böylece doğal zemine (altyapıya) ulaşan yük, büyük bir alana yayılmış olur ve esas taşıyıcı olan altyapı, yüksek gerilmelere maruz kalmaz. Rijit kaplamada durum tamamen farklıdır. Beton yolun taşıma kapasitesi, elastisite modülü ve dolayısıyla rijitliği çok yüksek olan beton plağın eğilme direncine dayanır. Yük altındaki beton plak eğilir ve yük, esnek kaplamaya oranla daha büyük bir alana yayılır, beton kaplamanın elastik bir temel üzerine yüklenmiş bir kiriş olarak düşünülmesi sonucunda yayılışı ortaya çıkar. Beton plağın altında meydana gelen gerilmeler, kaplamada oluşan defleksiyonun ve taban reaksiyon modülünün (yatak katsayısı) bir fonksiyonudur.

19 3 Modern esnek üstyapının bağlayıcı malzemesi Asfalt Çimentosu, rijit üstyapının bağlayıcısı ise Portland Çimentosu'dur. Türkiye'de asfalt üretimi, Batman Rafinerisi nin kurulması ile başlamış, buna günümüze kadar Ataş (Mersin), Petkim (Aliağa), İpraş (İzmit) ve Kırıkkale rafinerileri eklenmiştir. Buna karşın Türkiye'deki Portland Çimentosu üretimi, 1950'li yıllardan itibaren, sürekli artış göstermekte, çimento fiyatlarının da yıllara göre istikrarlı bir artış gösterdiği gözlenmektedir. Ham petrolün büyük ölçüde ithal edilmesine karşın çimento hammaddesinin %100, çimento fabrikalarının da %98 yerli olmaları, fabrika sayısının artması ile taşıma mesafe ve bedellerinin ve dolayısıyla da maliyetin büyük ölçüde düşecek olması, konunun maliyeti ve ekonomisi açısından dikkate alınmasını gerektirmektedir. Teknik yönden böyle bir karşılaştırmanın, üstyapı tipi seçiminde yararlı olacağı açıktır. Fakat maliyet faktörünün de bu seçimde ağır basacağı kuşkusuzdur. Bu nedenle değişik nitelikteki teknik ve ekonomik parametrelerin karşılaştırmasını yapmak zorunlu olmaktadır. Ülkemizde durum Ülkemizde 1950 li yıllardan sonra farklı bir kalkınma modelinin benimsenmesiyle, İstanbul ve batıdaki diğer illeri hedef alan hızlı bir iç göç başlamış, bunun sonucunda hala devam eden plansız ve denetimsiz bir yapılaşma sürecine girilmiştir. Buna paralel olarak artan ulaşım ve taşımacılık ihtiyacının karşılanmasına yönelik planlamalarda ise karayolu tercihi öne çıkmıştır. Türkiye de bugün karayollarının yük taşımacılığındaki payı %92, yolcu taşımacılığındaki payı ise %95 tir. Durum böyle olunca ülkedeki karayolu ağının uzunluğu ve niteliği de bir kat daha fazla önem kazanmaktadır. Ülkemiz yol ağı uzunluklarına baktığımızda ise karayolunun ulaşımda pay olarak fazla olmasına rağmen ülke büyüklüğüne oranı açısından birçok

20 4 ülkenin gerisinde olduğumuz görülmektedir. Üstyapı türü olarak da yol ağının büyük bir kesiminin sathi kaplama olmasına karşın beton yolların neredeyse hiç yapılmadığını görebiliriz. Çizelge yılı itibariyle karayolu ağı uzunlukları [1] Satıh Cinsi Otoyollar Devlet Yolları İl Yolları Toplam Asfalt Betonu Sathi Kaplama Stabilize Geçit Vermez Toprak TOPLAM Üstyapı tipi seçimi metodolojisi Günümüzde, motorlu taşıt trafiğindeki sürekli artışlar ve kaynak sağlanmasındaki güçlükler karşısında, çabalar, yeni karayolu yapmaktan ziyade, mevcut karayolu üstyapılarının, gelecekteki yoğun ve ağır trafiğe cevap verebilecek şekilde yenilenmesi üzerinde yoğunlaşmaktadır. Gerek yeni karayolu yapımında, gerekse üstyapı yenileme çalışmalarında üstyapı seçimi büyük önem taşımaktadır. Zira, karayollarında üstyapı tipi seçimi, değişik ve çok sayıdaki kriterlere dayandırılması gereken kapsamlı bir konudur. Seçim yapılırken üstyapı tipleri teknik ve ekonomik yönden karşılaştırılmalı ve ülke koşulları da dikkate alınarak karara varılmalıdır. Karayollarında, kaplama tabakası çimento betonundan olan rijit üstyapı, yarı rijit üstyapı, karışık üstyapı ve kaplama tabakası asfalt betonu olan esnek üstyapı olmak üzere değişik tipte üstyapılar kullanılır. Burada ara tipler ihmal edilerek, birbirinden tamamen farklı yapıda olan esnek ve rijit üstyapılar teknik ve ekonomik seçim ölçütleri çerçevesinde karşılaştırılacaktır [2].

21 5 Üstyapı tipi seçiminde teknik ölçütler Her iki üstyapı tipinin şartnamelere uygun şekilde gerçekleştirildiği varsayılmakta ve konuya yedi açıdan bakılmaktadır [2]. Dıştan gelen yüklerin taban zeminine iletilmesi Yol üstyapısı, trafikten gelen yükleri daha geniş alanlara yayarak yolun altyapısına iletir. Üstyapı, belirli trafik yüklerini, taban zemininin taşıma gücünü aşmayacak bir düzeye indirerek iletirken, kendi içinde de tahribat olmamalıdır. Yolların tahrip olma mekanizması çok karışık olmakla beraber, bunu başlıca iki ana nedene bağlamak mümkündür. a) Taban zemininde veya yol üstyapısını oluşturan tabakaların birinde meydana gelen gerilmelerin, malzemenin sınır gerilme değerlerini aşması ve iç dengenin bozulması ile ortaya çıkan kaymalar. b) Taban zemininde veya yol üstyapısı tabakalarının birindeki yüksek basınç gerilmeleri ve rutubet oranındaki önemli değişmeler altında oldukça büyük oturmaların ortaya çıkması, üst tabakaların oturmalara uymaması sonucunda oluşan çatlaklar ve kopmalar. Yol üstyapısını, esnek ve rijit olmak üzere iki esas gruba ayırmak mümkündür. Esnek ve rijit üstyapılar, trafik yükünü taban zeminine iletme ve tahrip olma şekilleri yönünden farklılık gösterir (Şekil 1.1). Şekil 1.1. Esnek ve rijit üstyapılarda yük dağılımı [2]

22 6 Esnek üstyapı, çekme dirençleri çok fazla olmayan malzemelerden yapılmış alttemel, temel ve kaplama tabakalarından oluşur. Trafik yüklerinin bu tabakalardan geçerek taban zeminine iletilmesi, zemin içindeki klasik yük dağılışı gibidir. Yani tekerlek yükleri altında esnek üstyapı deforme olur ve her tabaka, üzerine gelen yükü bir alttakine biraz daha yayarak iletir. Böylece, taban zeminine ulaşan yük kısmen büyük bir alana yayılmış olur. Esnek üstyapıda oluşan gerilmelerin değeri yolun en üst tabaksından alta doğru inildikçe düştüğü için, kullanılacak malzemelerin mekanik özellikleri de bu gerilme dağılışına uygun olarak seçilir. Esnek üstyapı iyi projelendirilmezse, yukarıda açıklanan iki nedenden biri yolun tahrip olmasına sebep olur. Bitümlü karışımlardan, asfalt betonundan yapılan kaplama tabakası, trafiğin ve iklimin bozucu etkilerine doğrudan doğruya maruz kaldığı için, yüksek elastisite modülü, kaymaya direnç yanında geçirimsizlik özelliğine de sahip bulunmalıdır. Rijit üstyapılar, taban zemini üzerine yapılan beton plaktan oluşur. Don, pompaj, şişme-büzülme olaylarına karşı ise beton kaplama ile taban zemini arasında kaplama altı tabakası yapılır. Beton plağın elastisite modülü taban zemininkinden çok büyüktür. Dolayısıyla beton yol, elastik zemine oturan bir kiriş şeklinde çalışır ve trafik yüklerini bu esasa göre, esnek üstyapıya nazaran daha geniş bir alana yayarak, taban zeminine iletir. Rijit beton plak, taban zemini ile sürekli temas halinde olduğu müddetçe taşıyıcı bir eleman olarak vazife görür. Taban zemini çeşitli nedenlerle yer yer çökerse, taban zemininin deformasyonuna uyamayan rijit beton plak, bu kısımlarda kiriş gibi çalışmaya başlar, esasen betonun düşük olan çekme direncinin aşılması sonunda kaplama kırılır. Beton kaplamanın bozulması, yukarıda (b) şıkkında belirtilen nedene bağlıdır. Buradan görüleceği gibi, esnek üstyapılar (a) ve (b) nedenlerine bağlı olarak bozuldukları halde, rijit üstyapıların bozulması yalnızca (b) nedenine dayanmaktadır. Taban zemini ile sürekli temas halindeyken, beton yol elastik zemine oturan kiriş gibi çalıştığından, taşıma gücü taban zemininin direncine bağlı

23 7 olmayacaktır. Bu nedenle, rijit üstyapılar, zayıf taban zeminleri üzerinde, esnek üstyapılara nazaran daha iyi sonuçlar vermektedir. Çekoslovakya, Avusturya, Hollanda, Amerika ve İngiltere gibi birçok ülkenin teorik çalışmaları ve deneyimleri de bu hususun doğruluğunu ortaya koymuştur [2]. Trafik Trafik hacmi ve trafiğin yıllık artış oranı yüksek olan ayrıca trafik içindeki ağır taşıt miktarı fazla olan yollar için rijit üstyapılar daha uygundur. Düşük trafik artışları halinde, kademeli inşaata elverişli esnek üstyapı ile gelişen trafiğe cevap vermek mümkün olabilmektedir. Örneğin, eskiden mevcut, suyla kaynatılmış bir makadam yol üzerine 5 cm kalınlıkta bir sıcak bitümlü karışım kaplama tabakası yapmak suretiyle yolu takviye etmek, gerek ağırlık, gerekse sayı olarak yüksek hacimdeki trafiğe cevap verebilecek hale getirmek mümkündür. Beton yollar mevcut bir yolun kalitesinin iyileştirilmesinde uygun olmamaktadır. İyi bir temelin varlığı halinde beton plağın kalınlığı ancak ¼ oranında azaltılabilmektedir [2]. Malzeme Asfalt betonunda bağlayıcı malzeme olarak kullanılan asfalt, termoplastik bir maddedir. Sıcaklığa bağlı olarak asfalt, gevrek, elastik, elasto plastik, viskoelastik ve viskoz olmak üzere değişik reolojik hallerde bulunur. Asfaltın bu özelliği asfalt betonunun özelliklerine de yansır. Bu nedenle, asfalt betonunun plentte hazırlanması, yola serilmesi, yolda sıkıştırılması sırasında, şartnamede belirtilen sıcaklık derecelerine büyük titizlikle uymak gerekir. Söz konusu sıcaklıklarda yapılacak değişiklikler, asfalt kaplamanın başarısı üzerinde etkili olacaktır. Beton yolda bağlayıcı olarak kullanılan çimentonun özellikleri sıcaklığa bağlı olmadığından bu sakınca yoktur.

24 8 Asfalt betonunun, gerilme deformasyon ilişkileri, yükleme hızının ve sıcaklığın fonksiyonu olduğundan, çimento betonu gibi sabit bir elastisite modülü ve poisson oranı yoktur. Üstyapı projelendirme yöntemleri ise genellikle elastiklik varsayımına dayanır.bu nedenle, esnek üstyapıların projelendirilmesi rijit üstyapıya göre daha karışıktır. Bu güçlük yolun takviyesi sırasında da kendini gösterir. Çünkü, yol takviyesi planlanırken, yolu, taşıma gücü açısından en gayri müsait durumdaki özellikleri dikkate alınır. Yol altyapısı genellikle, don çözülmesi görülen ilkbahar başlangıcı ile yağışın fazla olduğu sonbahar mevsimi sonlarında kolay deforme olan bir durumdadır. Kaplama tabakasını oluşturan asfalt betonu ise en sıcak mevsimde, yazın en düşük taşıma gücüne sahiptir. Dolayısıyla, yolun hangi mevsimde en zayıf durumda olduğuna karar vermek zordur. Bitümlü bağlayıcıların yapısı, kaplamanın yapımından birkaç yıl sonra, bağlayıcı içindeki uçucu bileşenlerin ortamdan uzaklaşması ve bağlayıcının okside olması ile bozulur. Bitümlü bağlayıcıların yaşlanması adı verilen bu olay, bağlayıcının sertleşmesi, daha az uzaması, agregaya karşı adezyonunun azalması şeklinde kendini hissettirir. Bitümlü bağlayıcısı yaşlanmış olan kaplama gevrek, kolay bozulup dağılacak vaziyettedir. Diğer taraftan, vasıtalardan yola dökülen benzin, motorin, yağ gibi maddeler de bitümlü kaplamanın kimyasal yapısında değişikliğe sebep olur. Rijit üstyapılarda, sıcaklık ve nem farkından, trafik yüklerinden ileri gelen gerilmeler altında beton plak çatlayabilir. Çatlamayı önlemek veya çatlakların belirli yerlerde oluşmasını sağlamak amacıyla derzler yaparak kaplamayı serbest hareket eden plaklar halinde bölmek gerekir. Diğer taraftan, ani sıcaklık değişimleri beton plağın altı ve üstü arasında sıcaklık farkı doğurur, plağın kamburlaşmasına, eğilme gerilmelerinin artmasına yol açar. Plağın uzunluğu arttıkça olay şiddetlenir. Nem farkı da benzer etkiler yapar. Derz planı hazırlanırken bu durum dikkate alınmalı ayrıca derz geçişlerinde sademe etkisi doğmaması için derzin iki tarafındaki plaklar arasında kot farkı olmamasına özen gösterilmelidir. Enine ve boyuna donatıların kaynakla

25 9 birleştirilerek beton plağın yarı kalınlığına yerleştirildiği sürekli betonerme kaplamalarda, derzlerin yarattığı sakıncaların ortadan kaldırılması mümkün olmaktadır. Diğer taraftan, betonun içine 4 cm uzunlukta ve 0,4 mm çapında çelik tel parçaları katılmak suretiyle elde edilen lifli beton normal beton kaplamaya nazaran daha yüksek çekme dirençli ve daha az gevrek olmaktadır. Bu tip betonlar son yıllarda Amerika Birleşik Devletlerinde ve çok az sayıda Avrupa ülkesinde (Belçika da) yoğun trafik yükleri taşıyan yolların kaplanması ve onarımında kullanılmaktadır. Beton yollar, endüstrileşme düzeyi ne olursa olsun bütün bölgelerde uygulanabilir bir teknolojiye sahiptir teki petrol krizinden sonra Fransa da geliştirilen Kuru Yoğun Beton (Betonpact) da düşük trafikli yollarda kullanılabilmektedir. Betonpact ta klasik betonda kullanıldığı miktarda çimento kullanılmakta, ancak finişer ve nivelöz gibi makinelere uyacak kıvamı, nemli toprak kıvamını sağlayabilmek için Su/Çimento oranı 0,30 a düşürülmektedir. Klasik betonda bu oran 0,50 civarındadır. Su miktarı düşürüldüğü için rötresi az olmaktadır. Çekme direnci değerleri Şartname sınırlarının iki katına çıkabilmektedir [2]. İklim Mevsimler arasında büyük farklar olan, kara iklimi hüküm süren bölgelerde, asfalt betonunun viskoelastik davranışlı bir malzeme olması sebebiyle, yazın tekerlek izi oluşmasına direnç gösteren, kışın ise çatlamayan bir bitümlü karışımın formüle edilmesi güçtür. Bu tip bölgelerde rijit üstyapıların kullanılması daha uygundur. Ancak bu durumda, beton plaklar arasındaki derzler kışın çok açılacaktır. Bu da, belirli tip ince taneli taban zemininin suya doygun hale geldiği zaman, beton kaplama plağının kenarlarının devamlı çökmesi sebebiyle, su toprak karışımının yukarı fışkırması, beton plağın altının yer yer boş kalması olarak tanımlayabileceğimiz pompaj olayını kolaylaştırır. Derz boşluklarını uygun malzeme ile doldurmak, kayma demiri kullanmak ve beton plak ile taban zemini arasına granüler

26 10 malzemeden kaplama altı tabaksı yapmak suretiyle pompaj olayı sakıncası giderilebilir. Bitümlü kaplamaların uygulanacağı zeminin kuru veya en fazla %2 oranında rutubetli olması gerekir. Bu zorunluluk ise yağışlı bölgelerde bitümlü kaplamaların, uygulanma süresinin kısalmasına sebep olur. Buna karşılık beton kaplamalar nemli zeminler üzerine de yapılabilir [2]. Trafiğin engellenmesi Beton yolun trafiğe açılabilmesi için, betonun prizini tamamlaması beklenmeli, yolun yapımından sonra en az 7 gün, hatta 28 gün geçmelidir. Bu ise yapım ve onarın sırasında yolun kısmen veya tamamen trafiğe kapatılmasını gerektirir. Tamamen kapatma halinde servis yolu yapılır. Bu da ek bir masrafa neden olur. Buna karşılık, bitümlü kaplamaların yapım ve onarımlarında, asfalt bağlayıcının kurumasına yetecek kadar bir zaman geçmesi üzerine, yani yapımdan, birkaç saat kadar bir zaman sonra trafiğe açılabilmeleri mümkündür. Ancak bitümlü kaplamalar, çimento betonu yollara nazaran daha kolaylıkla bozulmakta, dolayısıyla daha sık bakım ve onarım gerektirmektedir. Otoyollarda, otoyol karakterindeki çevre yollarında, asfalt kaplaması kullanılması halinde, onarım sebebiyle yoldaki normal seyrin aksaması, otoyoldan yüksek seyir konforu ve sürekliliği bekleyen sürücülerin kolaylıkla kabul edemeyecekleri, hoş göremeyecekleri bir sakıncadır. İyi yapılmış beton yollar dayanıklı ve çok az bakım gerektirdiğinden, vasıta sürücülerini her yönden memnun edecek şekilde otoyollarda kullanılabilir [2]. Ülkede mevcut yolların üstyapı durumu Mevcut bir yol üstyapısının takviyesi için beton yollar genellikle uygun olmamaktadır. Bu nedenle, ülkedeki yolların üstyapısının esnek olması halinde takviyenin bitümlü kaplama ile yapılması uygundur. Üstyapının temel

27 11 ve kaplama tabakalarının değiştirilmesinin gerektiği koruma çalışmalarında rijit üstyapı seçeneği de dikkate alınabilir [2]. Konfor ve güvenlik Her iki kaplama türü, iyi yapıldıkları takdirde, güvenli, konforlu ve zevkli bir seyir sağlamaktadır. Beton yollar açık renkleri ile gece kolay görünürler, siyah renkli Beton Asfalt yollarda ise durum terstir [2]. Üstyapı seçimini etkileyen teknik parametreler Çizelge 1.2 de özetlenmiştir. Çizelge 1.2. Teknik parametrelere göre üstyapı seçimi [2] Üstyapı Tipi Esnek Üstyapı Rijit Üstyapı Teknik Parametre (Kaplama tabakası asfalt betonu) (Kaplama tabakası çimento betonu Taban zemini taşıma değeri (CBR) 20>CBR>6 CBR< Trafik Büyük trafik hacmi Yüksek yıllık artış oranı Düşük yıllık artış oranı Yüksek ağır taşıt miktarı Yüksek sıcaklık (ve farkı) - ++ Onarım gecikmesi - + Üstyapı kaplama takviyesi Üstyapı temel ve kaplama değişimi (Tabloda (+ veya ++) işareti uygun olma durumunu, (-) işareti ise elverişsiz olma durumunu göstermektedir).

28 12 Üstyapı tipi seçiminde ekonomik ölçütler Ekonomik karşılaştırma yapılabilmesi için, farklı zamanlarda yapılan harcamaların aynı yıla dönüştürülmesi, aktüalize edilmesi gerekir. Aktüalizasyon (güncelleştirme) için faiz ve iskonto hesaplarından faydalanılır. Hangi iskonto haddinin kullanılacağı hususu, hükümetin makro ekonomik politikasına bağlı bir konudur. Endüstrileşmiş ülkeler düşük (%8) iskonto oranları tercih ederken, gelişmekte olan ülkeler, %12 dolaylarındaki oranlara eğilim göstermektedirler. Ulaştırma kesimi için, Türkiye de bu değer, son yıllarda %30 civarındadır. Burada ekonomik ölçütler dört başlık altında incelenecektir [2]. Toplam ekonomik maliyet Üstyapı tipi seçiminin en önemli kriteri, uzun bir zaman dilimi, proje ömrü için hesaplanan toplam ekonomik maliyettir. Bir karayolunun gerçek ekonomik maliyeti, ilk inşaat maliyeti, proje ömrü süresindeki bakım maliyeti ve bakım işlemleri nedeniyle kullanıcı açısından ortaya çıkacak gecikme maliyetlerinin toplamıdır. İlk inşaat maliyeti Bir üstyapının ilk yapım maliyeti hesaplanırken aşağıdaki çalışmalar yapılır. Kullanılacak malzemelerin cins, miktar ve kaynaktaki maliyetlerinin tespiti Mevcut agrega ve bağlayıcı kaynakları ile yeni açılabilecek kaynakların, ayrıca, kısa ve uzun vade için endüstri atık maddelerinin (yüksek fırın cürufu, uçucu küller, plastikler, v.b.) miktarlarının tespit edilmesi, mevcut malzemelerin, bilinen kalite kontrol yöntemlerine göre gruplandırılması ve malzemelerin kaynaktaki fiyatlarının saptanması gerekir. Bu bilgilerin ışığında, tasarlanan üstyapı tipinde kullanılacak malzeme cinsleri ve

29 13 miktarları bulunup maliyetleri hesaplanır. Agregalar, tüm üstyapıların ana bileşeni olduklarından, toplam maliyeti büyük ölçüde etkilemektedirler. Betonun rijitliği sayesinde üstyapı kalınlığı azaltılabilmekte, dolayısıyla agrega tüketiminde ekonomi sağlanmaktadır. Ayrıca beton agregasının, bitümlü kaplamalardaki kadar yüksek kaliteli olması gerekmediği için sağlam agreganın az olduğu bölgelerde, temizlik ve granülometri şartını sağlayan daha düşük kaliteli agreganın kullanılması mümkündür. Yani mevcut malzeme kullanılarak ekonomi sağlanmaktadır. Ülkemiz için asfalt kullanılmasının döviz harcanması demek olduğu, ayrıca çimento fabrikalarının %100 e yaklaşan bir oranda yerli kaynaklarla gerçekleştirilebildiği, petrol rafinerilerinin kurulmasının %80 oranında yabancı kaynağa dayalı olduğunun dikkate alınması gerekir. Malzemelerin taşınma maliyeti Taşınma uzaklığı arttıkça taşıma maliyetinin artacağı açıktır. Ülkemizde, rafineri sayısının azlığı sebebiyle, asfaltın rafineriden işyerine taşınma ücreti artmaktadır. Çimento fabrikaları yurt sathına dağılmış vaziyette olduğundan, çimentonun taşınma ücreti asfalta göre daha düşük düzeyde kalmaktadır. İşçilik giderleri Malzemelerin hazırlanması, yola serilmesi ve yapımın bütün aşamalarında kontrolün sağlanması için gerekli işçilik masrafları hesaplanır. Malzemenin yerine konması sırasında yapılacak kontrol, bozukluğun hemen giderilmesini sağlar. Beton yol yapımında, değişik konularda ihtisaslaşmış kalifiye işçi gereksinimi daha fazladır.

30 14 İnşaat makinaları ile ilgili masraflar Makinelerin amortisman, işletme ve bakım giderleri hesaplanır. İnşaatın maliyeti ve üstyapının başarısı kullanılan inşaat makinalarına sıkı sıkıya bağlıdır. Hidrolik bağlayıcı (çimento) kullanılan beton santrallarinda depolama ve bağlayıcı için dozajlama sistemleri gereklidir. Çimento betonu için süreksiz santrallar tercih edilir. Sıcak bitümlü karışımların (asfalt betonlarının) imali ise kurutma ve yeniden ısıtma gibi ek üniteler içeren daha pahalı santrallar gerektirir. Bu tip santralar çevre kirliliği açısından da sorun yaratır. Sabit masraflar Şantiyenin kurulması, makinelerin yerleştirilmesi gibi masrafların saptanması gerekir. Ülkemizde, Bayındırlık Bakanlığı birim fiyatları esas alınarak yapılan hesap ve karşılaştırmalar zayıf taban zeminlerinde, özellikle ağır trafiğe maruz yollarda, beton yolun ilk yapım masrafı açısından daha ekonomik olduğunu göstermiştir. Diğer hallerde esnek yapılar daha düşük maliyetle gerçekleştirilebilmektedir. Bütün dünyada beton yol yapımına karşı ilgi ulusal ekonomiye sağladığı yarar açısından giderek artmakta, yani ülkenin makro ekonomik düzeyinde ithal malı asfalt yerine, yerel olarak üretilen çimento kullanımı birçok ülkenin hükümetlerince benimsenmiş bulunmaktadır.

31 15 Bakım maliyeti Trafik ve iklim koşulları yolun bozulmasına neden olan iki önemli faktördür. Bu etkilere karşı koymak için bakım yapmak zorunludur. Optimum bir bakım programında en önemli öğe üstyapının durumunun iyice bilinmesidir. Bakım onarım sırasında aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır: - Bakım yöntemi, arızanın nedeni ve yolun özelliğine göre seçilmelidir. - Yolların bozukluklarının türü ve derecesi: Küçük veya büyük çapta onarım seçeneklerinden hangisinin gerekli olduğu saptanmalıdır. - Trafik yönünün değiştirilmesi ve iş sonrasındaki kontrol: Trafik akışının değiştirilmesi ve kontrolün getireceği masraflar, yapılacak onarım çalışmasının maliyet etütlerini büyük ölçüde etkileyeceğinden ayrıntılı analiz yapılmalıdır. - Bakım yapılacak yolların hizmet ömrü: Bir yol yapılırken, öngörülen hizmet ömrü, alınacak bakım önlemlerini saptamaya yarar. İleride değişiklik yapılması veya platformun genişletilmesi düşünülmüş ise daha düşük maliyetli bakım çalışmalarının seçilmesi gerekir. Yolun hizmet ömrü uzunsa, daha pahalıya malolan bakım önlemleri dikkate alınır. Her iki halde de onarım işlerinin daha kısa zaman aralıklarında ve daha düşük maliyetlerle yapımına özen gösterilmelidir. - Bakım çalışmaları için ayrılacak süre: Yolda trafik yoğunluğu yüksek ve trafik akışını değiştirmek zor ve masraflı oluyor ise çabuk sonuçlanan sık onarımlara gerek duyulacaktır. Yolu kullananların harcamaları Normal hallerde, lastik eskimesi, yağ, yakıt tüketimi gibi işletme masrafları, her iki üstyapı tipinde eşit durumdadır yıllık hizmet ömrü zarfında, yol bakım çalışmalarının yol açtığı gecikmeler esnek üstyapılarda büyük

32 16 ekonomik zararlara yol açmaktadır. Beton yollarda bu sakınca yok denecek kadar azdır [1]. Finansman kaynakları ve iskonto oranı Üstyapı tipinin seçimi, bu yapım işinin finanse edilme şeklinden de etkilenebilir. Bu açıdan, bakım değil, yalnızca yapım masraflarının finanse edildiği durumlarda rijit üstyapılar tercih edilir. Bunun tersine, artan trafiğe cevap verebilmek için ardı ardına tabakaların yapılması gibi kademeli inşaat stratejisi gerektiren, sınırlı yatırım kaynakları ve yüksek iskonto oranı gibi durumlarda esnek üstyapıları kullanmak daha avantajlı olmaktadır. Ancak bu tip stratejilerde üstyapıyı sürekli olarak yeterli bir servis düzeyinde tutmak için yüksek bakım fonları gereklidir [2]. Enerji tüketimi Enerji sorunlarının ciddiliği zamana ve ülkeye göre çok değişkendir. Buna ek olarak, yol yapımında kullanılan enerji, bu yolları kullanan taşıtların ve yakıt tüketimi yanında genellikle az kalır. Buna karşın, kaplama yapım stratejisinin seçiminde, en önemli kriterler olan yapım ve bakım masraflarının yanı sıra problemin enerji yönü de dolaylı olarak seçimi etkileyebilir. Franda da yol yapım, bakım ve onarım çalışmalarında harcanacak enerji miktarları, esnek ve rijit üstyapılar için hesaplanıp karşılaştırılmıştır. - Asfalt, enerji veren bir madde olarak alınırsa, günlük ortalama trafiğin 3000 in üstünde olması halinde, rijit üstyapıların yapımı esnek üstyapılardan daha az enerji gerektirmektedir. - Asfalt, enerji vermeyen normal bir malzeme olarak düşünülürse, rijit üstyapılarda esnek üstyapıdan fazla enerji kullanıldığı görülmekte, trafik hacmi düştükçe bu fark artmaktadır.

33 17 - Yüksek trafik halinde 25 yıllık bir periyod için, beton yolların bakımında esnek yollardan daha az enerji tüketildiği ortaya çıkmakta, düşük trafikte iki üstyapı tipinin bakım masrafları birbirine yaklaşmaktadır. Ülkemiz koşullarına göre yapılan hesaplamalarda da benzer sonuçlar bulunmuştur [2]. Üstyapı seçimini etkileyen ekonomik parametreler Çizelge 1.3 de özetlenmiştir. Çizelge 1.3. Ekonomik parametrelere göre üstyapı seçimi [2] Üstyapı Tipi Esnek Üstyapı Rijit Üstyapı Ekonomik Parametre (Kaplama tabakası asfalt betonu) (Kaplama tabakası çimento betonu Bitümlü malzeme azlığı - + Yüksek kaliteli agrega - + eksikliği Kullanılmayan hidrolik bağlayıcı (cüruf, uçucu kül - + ve çimento) bulunması Yüksek iskonto oranı + - Sınırlı yatırım kaynağı + - Enerji azlığı - + (Tabloda (+) işareti uygun olma durumunu, (-) işareti ise elverişsiz olma durumunu göstermektedir).

34 18 Üstyapı tipi seçimi metodolojisinin genel akış şeması Yukarıdaki açıklamalara dayanarak üstyapı seçimi metodolojisinin, proje düzeyindeki genel akış şeması aşağıdaki gibi verilebilir. Çizelge 1.4 Üstyapı tipi seçim metodolojisi [2] Sonuçlar Bu inceleme sonunda ulaşılan sonuçlar üç madde halinde özetlenebilir. 1. Teknik parametrelere göre seçim yapılırsa, taşıma gücü zayıf taban zemini, büyük hacimli trafikte yüksek artış oranı, yüksek ağır taşıt miktarı, yüksek sıcaklık halinde rijit üstyapılar, büyük trafik hacminde düşük yıllık artış oranı ve takviye çalışmalarında esnek üstyapılar uygun görünmektedir. 2. Ekonomik parametrelere göre üstyapı seçimi yapılırsa, bitümlü malzeme azlığı, yüksek kaliteli agrega eksikliği, hidrolik bağlayıcı bulunması ve enerji

35 19 azlığı halinde rijit üstyapılar, ülkedeki iskonto oranının yüksek, yol yatırım kaynağının sınırlı olması halinde ise esnek üstyapılar uygun olmaktadır. Ancak, üstyapı seçimi yapılırken teknik ve ekonomik parametreler birlikte dikkate alınmalıdır. Parametrelerin tek olarak değerlendirilmesi en uygun çözüm için yetersizdir. 3. Karayollarında yalnızca esnek üstyapı uygulanması, rijit üstyapıya yer verilmemesi hatalı olur. Beton yol teknolojisindeki gelişmelerden yararlanılmalı, üstyapının temel ve kaplama tabakalarının değiştirilmesinin gerektiği koruma çalışmalarında, yeni yol ve otoyol yapılmasında rijit üstyapı seçeneği mutlak surette dikkate alınmalıdır. Ayrıca, iklim koşulları nedeniyle bitümlü kaplama uygulanmasında başarısızlığa uğranılan bölgelerde rijit üstyapıyla sorunun çözülmesi mümkündür. Ancak her yeni tekniğin sunulmasında, her düzeyden personelin en iyi ve yoğun şekilde eğitimi ve ilgili bütün bölümler (yönetim, müteahhitler, laboratuarlar ve endüstri) arasındaki koordinasyonu ve bilgi alışverişini sağlayan bir politikanın varlığı şarttır. Beton kaplama tekniğinin seçimi bir kalite politikası seçimi demektir [2].

36 20 2. ESNEK ÜSTYAPILAR 2.1. Giriş Bitümlü kaplama tabakalarıyla oluşturulan üstyapılara esnek üstyapı denir. Esnek üstyapı, tesviye yüzeyiyle sıkı bir temas sağlayan ve trafik yüklerini; kaplama, temel ve alttemel tabakaları yoluyla taban zeminine dağıtan bir üstyapı şekli olup stabilitesi; adezyon, tane sürtünmesi ve kohezyon gibi kullanılan agrega ve bitümlü bağlayıcının özelliklerine bağlıdır. Sathi kaplamalar Asfaltın (bitüm) bağlayıcı malzeme olarak yüzeye yerleştirilip, hemen sonra bunun üzerine agreganın serilmesiyle yapılır. Karıştırma söz konusu değildir. Trafik yoğunluğu çok fazla olmayan yollara uygulanır. Sıcak karışım asfalt kaplamalar Kaba ve ince agreganın bitümlü bağlayıcılarla özel asfalt hazırlama tesislerinde karıştırılarak hazırlanıp, sıcak olarak uygulanmasına denir. Kalitelidir ve yoğun trafik altındaki yollarda uygulanır Tanımlar Üstyapı projelendirilmesinde kullanılacak olan notasyon ve kavramların tanımı aşağıda alfabetik sıra ile verilmiştir. Alttemel: Temel tabakasını taşımak üzere taban zemini üzerine yerleştirilen, granülometrisi ve plastisite özellikleri belirli granüller malzemeden oluşmuş üst yapı tabakası.

37 21 Analiz süresi: İlk inşaat ve ileride yapılacak takviye dahil olmak üzere, değişik projelendirmelerinin ekonomik karşılaştırılmalarının yapıldığı zaman süresi. (analiz süresi proje süresi ile karıştırılmamalıdır.) Asfalt betonu: Düzgün granülometrili kaba agrega, ince agrega, filler ve asfalt çimentosunun uygun bir oranda karışımından ve iyice sıkıştırılmasından elde edilen kaplama türü. Aşınma tabakası: Asfalt betonu kaplamanın en üst tabakası. Bölge faktörü: Üst yapı sayısını (SN) iklim ve çevre koşullarına uydurmak için kullanılan sayısal bir faktör. CBR (California taşıma oranı): Temel, alttemel ve taban zemininin taşıma gücünü belirleyen deney ve deney sonucu hesaplanan % cinsinden değeri. Dingil eşdeğerlik faktörü: Verilen bir dingil yükünün, bir başka dingil yükü ile bağıntısını, üstyapının hizmet kabiliyetine olan etkileri bakımından ifade eden sayısal faktördür. AASHTO projelendirme rehberinde 8,2 tonluk dingil, standart dingil olarak kabul edilmektedir. Farklı dingil yükleri ve dingil tekrarları içeren normal bir karayolu trafiğine metodun uygulanması için değişik dingil yükleri, trafik eşdeğerlik faktörü kullanılarak standart dingile dönüştürülmekte, trafik bu dönüştürülmüş dingil yüklerinin toplamı olarak (günlük veya 20 yıllık analiz periyodu için) ifade edilmektedir. 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 bağlıdır. Eşdeğer dingil yükü (standart dingil yükü) sayısı: Değişik ağırlıkta ve sayıdaki dingil yüklerinin bir üst yapıda yarattığı toplam etkiyi eşdeğer bir şekilde yaratan 8,2 ton dingil tekerrürü sayısı.

38 22 Hizmet kabiliyeti (servis kabiliyeti): Bir üstyapının belirli bir gözleme anında yüksek hız ve hacimdeki otomobil ve ticari trafiği hizmet edebilme kabiliyeti. (Hizmet kabiliyeti derecesi AASHTO ya göre 5 ile 0 arasında bir sayı ile belirtilir.) Kaplama tabakası: Üstyapının en üst tabakası olup genellikle asfalt betonu veya sathi kaplamadan oluşur. Kaymaya, trafiğin aşındırmasına ve iklim koşullarının ayrıştırma etkisine karşı koyar. Lodometre çalışması: Taşıt dingillerinin tiplerini, sayılarını ve ağırlıklarını belirlemek için yapılan çalışma. Planlanmış kademeli inşaat: Önceden planlanarak bazı tabakaların ilerideki belirli bir tarihte yapılacağı yol üstyapı inşaatı. Proje CBR değeri: Proje kalınlıklarının hesaplanmasına esas olan ve proje kalınlıklarının uygulanacağı yol kesiminde bulunan zemin CBR değerlerini temsil eden CBR değeri. Proje EDY değeri: Yoldan proje süresi içinde geçmesi beklenen toplam eşdeğer 8,2 ton standart dingil yükü tekerrür sayısıdır. Proje kalınlığı: Bilinen proje verileri ve hesaplamalar sonunda hesaplanan alttemel, temel ve kaplama tabakalarının kalınlıkları. Proje süresi (kabul edilen hizmet süresi): Yolun trafiğe açılması ile ilk takviye tabakasının uygulanacağı (servis kabiliyetinin önceden belirlenen değere ineceği süre) planlanan zaman arasındaki yıl sayısıdır. (Proje süresi, analiz süresi veya üstyapı ömrü ile karıştırılmamalıdır, gerekli takviyelerle üstyapı ömrü sürekli uzatılabilir.)

39 23 Seçme malzeme: Genellikle yol dolgularında taban zeminini oluşturmak üzere yol yarması veya ödünç ocaklarından elde edilen uygun özellikle doğal malzeme. Son servis kabiliyeti indeksi (Pt): Bir üstyapının proje süresi sonunda düşmesi beklenen hizmet kabiliyetinin derecesi. Tabaka katsayısı (a1, a2,a3): Bir malzemenin üstyapı sayısı ( SN ) ile tabaka kalınlığı arasındaki ampirik bağlantıyı gösteren ve tabakalarım mukavemetleri ile orantılı sayısal faktör. Taban zemini: Tesviye yüzeyi altında kalan, yarma veya dolgularda üstyapı taşıma gücüne etkisi olabilecek bir derinliğe kadar devam eden malzeme. Tandem dingil yükü: Merkezleri, taşıtı enlemesine kesen ve birbirinden en az 100 cm en fazla 240 cm uzaklıkta bulunan iki paralel düşey düzlem arasında kalan iki veya daha fazla ardışık dingilin yola ilettiği toplam yük. Taşıt eşdeğerlik faktörü: Otomobil, otobüs, kamyon veya treyler cinsinden bir taşıtın her bir geçişinin üstyapıya verdiği zarara eşit bir etki yaratan ortalama standart dingil yükü tekerrürü sayısı. Tek dingil yükü: Merkezleri taşıtı enlemesine kesen ve birbirinden en fazla 100 cm uzaklıkta bulunan iki paralel düşey düzlem arasında kalan bütün tekerleklerin ilettiği toplam yük. Temel: Alttemel veya taban üzerine hesaplanan bir kalınlıkta inşaa edilen belirli fiziksel özelliklere sahip olan tabaka veya tabakalar. Temel tabakasının kaplamayı taşımak, gerilmeleri yaymak, iyi bir drenaj temin etmek ve don etkisini azaltmak gibi fonksiyonları vardır.

40 24 Tesviye yüzeyi (taban yüzeyi): Yol üstyapısı ve banketlerin oluşturduğu yol altyapı zemininin üst yüzeyi. Ticari trafik: Karayolları üzerinde seyreden otobüs, kamyon ve treyler taşıtlarının toplamı. Toplam yüklü ağırlığı 3,5 tondan fazla olan taşıtlar bu sınıfa girmektedir. Üstyapı: Trafik yükünün taşımak üzere tesviye yüzeyine (taban zemini üzerine) yerleştirilen tabakalı yol yapısıdır. Üstyapı davranışı: Trafik yüklerinin tekerrürü sonucu üstyapının hizmet kabiliyetindeki değişim. Üstyapı sayısı (SN): Trafik, taban zemini koşulları, bölge faktörü ve son servis kabiliyetinin analizinden elde edilen ve üstyapının her bir tabakasında kullanılmakta olan malzeme tipine uygun tabaka katsayılarının kullanılması suretiyle, esnek üstyapı tabakalarını kalınlığa dönüştüren sayı. Zemin taşıma değeri: Esnek üstyapı aracılığıyla aktarılan trafik yüklerini taşıyacak olan taban zeminin taşıma kabiliyetini belirten ve deney sonucu bulunan (CBR gibi) taşıma değerleri ile korole edilerek 3 ile 10 arasında değişen sayısal değer [3] Esnek Üstyapılarda Kullanılan Malzemeler Esnek tür yol üstyapılarında taşıyıcı bünyenin iskeletini sağlamak üzere agregalar, bunların birbirine bağlantısını sağlamak üzere de hidrokarbonlu bağlayıcılar kullanılmaktadır. Doğal olarak agregalar ve bağlayıcı malzemeler için kalite kontrol yöntemleri olacağı gibi, bunların sıcak veya soğuk ortamda karıştırılmasıyla elde edilecek Karışımların da kalite kontrol yöntemleri mevcuttur. Günümüzde esnek yol üstyapılarında, hidrokarbonlu bağlayıcı olarak çoğunlukla bitümler kullanılmaktadır [8].

41 Agregalar Doğal kaynaklardan veya yapay olarak elde edilebilen agregalar tane çaplarına göre İri Agrega - İnce Agrega - Mineral Filler olmak üzere üç ana grupta sınıflandırılabilirler. Yol inşaatında doğal taş malzeme kaynaklarından, püskürük, tortul ve metamorfik kayaçlardan kırma, eleme ve bazen yıkama işlemleriyle elde edilen diyorit, diyabaz, trakit, bazalt, kalker, kireçtaşı, dolomit, kumtaşı, çakmaktaşı kökenli agregalar, ayrıca mekanik dirençleri yüksek olan kum ve çakıl gibi doğal agregalar kullanılmaktadır. Esnek yol üstyapılarında kullanılan yapay agregalardan en tanınmışları, temel ve alt temel tabakalarında kullanılan yüksek fırın cürufları, karışımlarda agrega olarak kullanılan klinkerler, filler olarak kullanılan çimentolardır. Bitümlü karışımlarda çimentonun hidrolik bağlayıcılık özelliğinden yararlanmak mümkün değildir. Buna karşılık çimento, standart tane dağılımı, saflığı, ve bitümlü bağlayıcılarla herhangi bir reaksiyona girmemesi nedeniyle filler olarak kullanılmaya çok uygundur. Esnek yol kaplamalarında kullanılacak agreganın, kökeni ne olursa olsun, her kaplama türü için, şartnamelerde verilen fiziksel özellikleri sağlaması gerekir. Agregalann özelliklerinin yeterli olup olmadığını saptamak için kullanılabilecek çok sayıda deney içinde en önemli ve en çok uygulanan deneyler şunlardır: - Tane Dağılımı ( Granülometri ) Deneyi - Aşınmaya Karşı Direnç Deneyi - Hava Etkilerine Karşı Dayanıklılık (Donma - Çözülme) Deneyi - Cilalanma Direnç Deneyi - Özgül Ağırlık ve Su Emme Deneyi - Soyulmaya Karşı Direnç Deneyi Karışımlarda kullanılması düşünülen iri agregaların bağlayıcı ile yeterli adezyon oluşturabilmesi için yüzeylerinin, pürüzlü kil ve şilt gibi çamurlu

42 26 maddelerden arındırılmış olması gerekir. Bu nedenle esnek tip yol üstyapı kaplamalarında çakıl türü cilalanmış yüzeyli agregalar yerine kırmataş (mıcır) daima tercih edilmelidir [3] Hidrokarbonlu bağlayıcılar (bitümler ve yol katranları) Yol inşaatında bitümler ve katranlar olmak üzere iki tür bağlayıcı kullanılmaktadır. Bunlar sıcaklığa bağlı olarak sıvı, yan katı ve katı halde bulunurlar. Kohezyon ve adezyon bağlayıcıların iki önemli özelliğidir. Katran taş elemanlara, bitüme kıyasla daha iyi yapışabilirse de, ısıya karşı dayanıksızlığı nedeniyle özellikleri daha çabuk bozulur. Bitümler, yani asfaltlar üretildikleri kaynaklar bakımından iki ayrı temelden: - Doğal asfalt kaynaklardan veya - Rafine asfalt kaynaklardan elde edilirler. Günümüzde yol inşaatında, daha ucuz olması nedeniyle, büyük oranda petrolün damıtılması yöntemiyle elde edilen bitümler kullanılmaktadır. Bitümlerin özelliklerinin iyileştirilmesi için çok sayıda kimyasal katkı maddeleri kullanılabilmektedir. Böylelikle çeşitli amaçlara yönelik olarak değişik asfalt türleri elde edilir. Asfalt Çimentoları, Likit (Katbek) Asfaltlar, Asfalt Emülsiyonlan bu türlere örnek olarak gösterilebilir. Hidrokarbonlu bağlayıcıların fiziksel ve mekanik özelliklerini saptamak için mevcut olan çok sayıdaki deneyin en önemlileri şunlardır: - Özgül Ağırlık Ölçüm Deneyi - Akışkanlık Özelliklerinin Saptanması Deneyleri - Viskozite Deneyi, ve Penetrasyon Deneyi - Yüzdürme Deneyi ve Yumuşama Noktası Deneyi

43 27 - Düktilite Deneyi ve Yanma Noktası Deneyi - Damıtma ( Distilasyon ) Deneyi - Eriticilerde Erime Deneyi Bağlayıcının agregaya olan adezyonunun arttırılması için, karışıma giren bitüme dop eklenir. Dop maddeleri düşük viskoziteli bitümler, ayrıca katbek asfaltları için fayda sağlamaktadır [3] Karışımlar Karışımlar veya Bitümlü Karışımlar olarak tanımlanan ve temel son derece dikkatlice doze edilmiş malzemelerin ya normal hava şartlarında veya yüksek ısı altında karıştırma işleminden geçmesi ile oluşturulan kompozit malzemeleridir. Bitümlü Karışımlar, yol inşaatında taban zeminine dingil yüklerinin üniform yayılmasının sağlanması yanı sıra : - Düzgün yüzeyli platform elde edilmesi, - Serbest agrega tanesi bulunan yüzeylerde taşıt tekerleklerin taş fırlatmasının önüne geçilmesi, - Düzgünlüğü nedeniyle suyun üzerinden çabuk uzaklaştığı, ayrıca geçirimsiz bir yol yüzeyi elde edilmesi için uygulanır. Bitümlü karışımlar ile 2 ~ 12 cm arasında değişen tabaka kalınlıklarında kaplama üretmek mümkündür. Türkiye'de çoğunlukla, - Sıcak bitümlü temel - Asfalt betonu kaplama - Yüzeysel kaplama türündeki üstyapı uygulamalarında karışımlar kullanılmaktadır.

44 28 Bitümlü karışımlarda, esas olarak altı tür özelliğin bulunması istenir. Bunlar : - Taşıt tekerleklerinden üstyapıya intikal eden dinamik yüklere karşı gösterilen Stabilite Direnci, - Alt tabakalarda oluşan göçmeler nedeniyle bitümlü tabakalara yansıyacak genel deformasyon eğilimine karşı koymaya yarayacak Esneklik Yeteneği, - Trafik zorlamalarına, su varlığına, iklim ve sıcaklık değişimlerinin etkilerine ve aşınmaya karşı koyabilme, yani Dayanıklılık Özelliği, - Başlangıçta oluşan yüzeysel pürüzlülüğün korunması, yani cilalanmaya ve sonuçta Kaymaya Karşı Direnç Yeteneği, - Üretilen malzemenin istenilen kıvamda, istenilen üniformlukta, minimum sıkıştırma enerjisiyle yerleştirilmesi için gereken İşlenebilirlik Özelliği, - Yüzeye düşen yağış sularının alt tabakalara intikalini önleyecek düzeyde Geçirimsizlik Yeteneğidir. Yukarıdaki özelliklerin saptanmasında, sisteme özgü kalite kontrolleri yapılabilir. En önemli karışım sınanması tekniği Stabilite deneyleridir. Ekstraksiyon ve Tane Dağılımı analizleri karışımın içsel yapısını ve malzeme oranlarını saptamaya yarayan deneylerdir [3] Esnek Üstyapıların Yapımı Bu bölümde yüksek standartlı esnek kaplamalarda kullanılan bitümlü sıcak karışımların plentte üretimi, yola serilmesi ve sıkıştırılması ile ilgili uygulama teknikleri ve dikkat edilmesi gerekli hususlar ele alınmıştır [4] Bitümlü sıcak karışımların üretimi Bitümlü sıcak karışımların üretimi için önce uygun vasıfta agregaların üretilmesi gerekir. Bu amaçla taş ocaklarından çıkarılan uygun büyüklükteki kayalar konkasör tesislerinde kırılarak agrega üretilir. Eğer kalite ve yakınlık açısından uygun taş ocağı temin edilemiyor ise ve yakın bir dere ocağı varsa

45 29 en az 1 (25 mm) üzerindeki çakılların konkasör tesislerinde kırılmasıyla da agrega üretmek mümkündür. Agregalar konkasör tesislerinde 0-5 mm, mm ve/veya 20-D max gruplarında kırılarak elde edilir. Kırılarak elde edilen her bir agrega grubuna ait elek analizleri yapılarak istenilen gradasyona göre oranları saptanır. Kullanılacak asfalt, agrega ve karışıma ait gerekli deneyler yapılır. İşyeri karışım formülü hazırlandıktan sonra bitümlü sıcak karışımların plentte üretilmesine geçilir. Asfalt plentleri çok kompleks ve çok pahalı tesisler olup karışımın kaliteli üretilebilmesi için her türlü hassas donanıma sahiptir. Günümüzde üç tip asfalt plenti mevcuttur. Bunlar: - Harman tipi karışım (Batch-mix) - Sürekli tip karışım (Continuous-mix) - Kazan tipi karışım (Drum-mix) olmak üzere üç farklı tipte olup en hassas ve en iyi sonuç harman tipi plentlerden sağlanır. Bu nedenle, yüksek standartlı yollarda ve otoyollarda harman tipi karışım yapan plentler kullanılmaktadır. Sürekli tip karışım plentleri açık gradasyonlu karışımlar veya düşük standartlı yollarda kullanılır. Kazan tipi plentler ise çoğunlukla geri kazanım (recyling) işlerinde kullanılmaktadır. Asfalt plentleri başlıca 6 kısımdan oluşur. Bunlar: - Soğuk agrega besleme - Cehennem (dryer) - Sıcak elek ve sıcak agrega besleme - Asfalt besleme - Filler besleme - Mikser

46 30 kısımlarıdır. Asfalt plentlerin otomatik kontrolleri vasıtasıyla istenilen kalitede bitümlü karışımlar elde edilebilmektedir. Bunlar Çizelge 2.1 de görülmektedir. Çizelge 2.1. Asfalt plenti elemanları ve fonksiyonları [4] Asfalt plentinden kaliteli karışın elde etmek için aşağıdaki kontrollerin yapılması gerekir: - Plentteki tüm ölçüm cihazları (agrega ve asfalt tartısı, filler tartısı, ısı göstergeleri vb.) kalibre edilmiş olmalıdır. - Karıştırıcı, kazan ve paletleri uygun çalışıyor olmalıdır. (Kazan ısıtıcıları, paletlerin konumu ve sayısı, boşaltma kapağı vs.) - Asfalt püskürtme sistemi üniform püskürtme yapmalıdır. (Memelerin çapı, püskürtme süresi açısı basıncı vb.) - Karıştırma süresi yeterli olmalıdır. - Agrega doğru olarak oranlandırılmalı, kurutulmalı ve tüm daneler asfaltla kaplı olmalıdır. - Asfalt miktarı hassas olarak tartılmalı ve uygun viskozite için gerekli ısı sağlanmalıdır.

47 31 Asfalt plentlerinde kaliteli karışımlar elde edebilmek için yukarıdaki hususlara daima azami gayret gösterilmelidir. Ancak yine de istenmeyen nitelikte karışımlar üretiliyorsa nedenler araştırılarak kusurlar ve muhtemel nedenleri giderilmelidir [4] Bitümlü sıcak karışımların serimi Bitümlü sıcak karışımların serimi, serim öncesi işler ve serim aşamasındaki işler olmak üzere iki aşamada yapılır [4]. Serim öncesi işler Plentte hazırlanan bitümlü sıcak karışımlar yola serilmeden önce aşağıdaki işler yapılmalıdır. İnce Reglaj: Projedeki kot ve eğime göre yapılmış temel tabakası yüzeyinin bitümlü sıcak karışımın seriminden önce düzeltilmesi için yapılan işlerdir. İnce reglajla ilgili olarak aşağıdakiler yapılmalıdır: - Temel tabakasının yüzeyinde yağmur, trafik vb. nedenlerden dolayı bozulmuş kesimler (çökme, ondülasyon, çukur vb.) kabartılıp kotuna ve eğimine uygun olarak sıkıştırılmalıdır. - Yüzeyde çatlaklar varsa geniş ve derin olarak kazılarak temel malzemesi ile doldurulup sıkıştırılmalıdır. - Temel tabakasının yapımından bir kış veya daha uzun bir süre geçmiş ise yüzey uygun derinlikte kabartılıp kırmızı kota ve eğime göre tesviye edilip sıkıştırılmalıdır. Süpürme: Astarlama yapılmadan önce temel tabakasının yüzeyindeki toz, toprak veya gevşek malzemelerin giderilmesidir. Bunun için traktör arkasın takılan mekanik süpürgeler ile yol yüzeyi temizlenir. Süpürme işlemi yolun en yüksek kotundan başlanarak yol boyunca yapılmalıdır. Bunun için mekanik

48 32 süpürgenin kamburuna yol ekseni ile belli bir açı verilerek süpürülen malzemeler şeritten dışarı doğru atılmalıdır. Süpürme işlemi şeritler halinde yolun en yüksek kotundan başlanarak en düşük kotuna kadar devam ettirilmelidir. Süpürülen yüzeylerin rutubeti %2 den fazla ise yeterli temizlik sağlanamaz. Ayrıca mekanik süpürgenin hızı yeterli temizlik için ideal olarak km/sa olmalıdır. Astar ve Yapıştırma Tabakaları: Astar tabakası, ince reglajı ve süpürme işleri tamamlanmış temel tabakası üzerine sıvı asfaltın belli bir miktarda püskürtülerek elde edilen asfalt film tabakasıdır. Astar tabakasının amaçları şunlardır: - Yüzeydeki serbest malzemeyi temel tabakasına bağlayarak serim sırasında üzerinden geçecek olan finişer ve asfalt kamyonlarının aşındırma, kopartma vb. etkilerine karşı direnç kazandırmak. - Temel tabakasına belli bir miktar nüfuz ederek delikleri tıkamak ve böylece kapilerite ile gelen suların asfalt tabakası ile temasını keserek asfalt bağlayıcının oksidasyonunu ve soyulmasını önlemek. - Temel tabakası ile kaplamanın birbirine yapışmasını sağlayarak tabakalar arasında oluşabilecek kayma direncini arttırmak. - Asfalt kaplama öncesi temel tabakasının bakım ihtiyacını azaltmak. Eğer temel tabakası ile asfalt tabakası yapımı arasında uzun bir süre geçecek ise astar tabakası mutlaka yapılarak temel tabakası dış tesirlere karşı korunmalıdır. Bu süre zarfında temel tabakası üzerinden trafiğin ve iş makinelerinin geçmesine izin verilmemelidir. Astar tabakasının yapılmasında aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır: - Astar tabakasında kullanılacak sıvı asfaltın temel tabakası yeterli miktarda penetre (nüfuz) etmesi için orta hızda kür olması gerekir. Bunun için MC-30,

49 33 SS-1, SS-1h, CSS-1, CSS-1h veya RT-1 ve RT-2 gibi orta hızda kür olabilen akıcı bitümler kullanılmalıdır. - Astarlanan yüzeylerin tamamı eşit kalınlıkta bir asfalt filmi ile kaplanmalı ve astarın tatbikatı sırasında yol yüzeyi %2 den fazla rutubetli olmalıdır. Hava sıcaklığının 50 C den fazla olduğu hallerde astarlama yapılmalıdır. - Astar tabakası homojen bir püskürtme sağlayacak distribütör ile 0,5-2,5 lt/m2 olacak miktarda sıvı asfalt tatbik edilmelidir. Kesin miktarı yolda deneme kesimlerinde yapılacak gözlemler ile tayin edilir. Bunun için yüzeyde göllenme ve/veya çok kalın bir film tabakası olacak kadar fazla olmamalı ve temel tabakasın 1-1,5 cm den daha az fakat 3 cm den daha fazla penetre etmeyecek miktarda olmalıdır. - Astar tabakasında kullanılacak bağlayıcının tatbik ısıları aşağıdaki gibi olmalıdır. MC-30 için Asfalt emülsiyonu için RT-1, RT-2 için C C C - Astarlama işi yapıldıktan sonra sıvı asfaltın temel tabakasına penetre edebilmesi ve kürünü yapabilmesi için belirli bir süre geçmesi lazımdır. Bu süre ortam sıcaklığına ve asfaltın viskozitesine bağlı olarak değişiklik göstermekle beraber kesinlikle 24 saatten daha az olmamalıdır. - Kür süresince yol trafiğe kapatılmalıdır. Eğer bu mümkün olamıyorsa taşıtların hızı 30 km/sa den az olmalıdır. - Rüzgarlı, nemli, kapalı havalarda ve gece astarlama kesinlikle yapılmamalıdır. - Astarlamadan sonra yol yüzeyinin düzensizlikleri nedeniyle sıvı asfaltın göllenmesi oluşmuşsa süpürge ile giderilmelidir. Uygulamada bu göllenmelere kum dökerek fazla sıvı asfaltın emilerek giderilmesi çok sıkça yapılmakla beraber bu yöntem uygun değildir.

50 34 Yapıştırma tabakası, bitümlü sıcak karışım tabakaları arasındaki adezyonu sağlamak amacıyla sıvı asfaltların yüzeye püskürtülmesi ile elde edilen ince asfalt film tabakasıdır. Yapıştırma tabakasının tatbikatı sırasında aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir: - Yapıştırma tabakasından kısa bir süre sonra bitümlü kaplama imalatına geçileceğinden ve bağlayıcının alt tabakaya penetre etme ihtiyacı olmadığından RC-70, RC-250, RS-1, RS-2, CRS-1 veya CRS-2 tipi çabuk kür olan sıvı asfalt, yüzeye homojen olarak 0,15-0,50 lt/m2 miktarda tatbik edilmelidir. - Sıvı asfaltın püskürtme ısıları; RC-70 için C RC-250 için C Asfalt emülsiyonu için C olmalıdır. Emülsiyonların viskozitesini sağlamak için ağırlıkça %50 ye kadar su ilave edilebilir. - Yüzey düzgünlüğü olmayan kesimlerde göllenme varsa bu kesimler kazınarak temizlenmelidir. - Kür için yeterli bir süre beklenmeli ve kür süresinde trafiğin hiçbir şekilde geçmesine izin verilmemelidir. - Özellikle dik eğim, keskin kurp, yaya geçitleri ve kavşaklarda taşıtların kaplamaya yaptığı ötelemeden dolayı tabakalar arası kaymayı önlemek amacıyla penetrasyonu düşük olan sıvı asfalt kullanılmalıdır [4]. Bitümlü sıcak karışımların serim işleri Bitümlü sıcak karışımlar plentlerde üretildikten sonra kamyonlarla yola nakledilir. Karışımın yolda istenilen kalınlık ve eğimde finişerler ile serimi yapıldıktan sonra sıcak halde iken silindirler ile sıkıştırılarak inşa edilirler. Bu nedenle plentte hazırlanan karışımın: taşınması, yolda serimi ve sıkıştırılması

51 35 (kompaksiyonu) ile ilgili işlerin tümü aynı ölçüde önemelidir. Sıcak bitümlü karışımların plentteki karışım ısıları, Çizelge 2.2 de verilen limitler dahilinde olmalıdır. Ayrıca agrega ile asfalt çimentosu ısıları arasındaki fark maksimum 20 0 C olmalıdır. Plentten çıkan karışımın sıcaklığının, karışım sırasındaki ortam ısısına bağlı olarak Çizelge 2.3 de verilen ısıdan daha az olmaması zorunludur. Çizelge 2.2. Plentte karışım ısısı (KGM) [4] Asfalt Asfalt Agrega Çimentosu Tipi Min. Max. Min. Max Pen. AC C C C C Pen. AC C C C C Çizelge 2.3. Minimum karışım ısısı [4] Ortam Isısı (Gölgede) Karışım Isısı (Min.) C C C C >35 0 C C Asfalt plentlerinde üretilen bitümlü sıcak karışımlar plentten serim noktasına kadar kamyonlarla taşınırken: - Taşıma süresi arttıkça - Hava ısısı azaldıkça - Rüzgar arttıkça - Kamyon kapasitesi küçüldükçe (veya karışımın kütlesi azaldıkça) - Kamyon hızı arttıkça ısı kaybı artar. Eğer bitümlü karışımın ısı kaybı çok fazla olursa yeterli sıkışma yapılamayacaktır. Bitümlü sıcak karışımların serim anındaki ısısı

52 36 minimum C olmalı ve sıkıştırma başlangıcında hiçbir zaman C nin altında olmamalıdır. Bitümlü sıcak karışımın ısısı bu değerlerden daha az olursa asfaltın viskozitesi artarak karışımın işlenebilirliğini azaltmakta ve sıkışma direnci önemli ölçüde artarak istenilen sıkışma yoğunluğu elde edilememektedir. Bitümlü sıcak karışımların serimi sırasında bitümlü sıcak karışımla yüklü kamyon geri geri finişere yaklaşır ve arka tekerlekleri finişerin itici merdanelerine dayandığında damperini kaldırarak karışımı finişerin kazanına boşaltmaya başlar ve kazana yüklenen karışım iletici bantlar vasıtasıyla ön kısımdan arka tarafa doğru taşınır ve arka kısımdaki spiraller yardımı ile segregasyona uğramadan tabla boyunca enine doğru yayılarak tabladaki karışım istenilen kalınlıkta serilir. Finişer tarafından itilen kamyondaki karışım bitene kadar serim işine devam edilir ve boş kamyon finişeri terk ederek diğer bir dolu kamyonla işlemler tekrarlanır [4] Bitümlü sıcak karışımların sıkıştırılması (kompaksiyonu) Kompaksiyon terim olarak sıkıştırma için yapılan tüm işlemleri yani sıkıştırma tekniğini ifade eder. Bitümlü sıcak karışımların kompaksiyonu esnek kaplamaların tüm fonksiyonları (performans ve stabilite) üzerinde etkin bir rol oynar. Bitümlü sıcak karışımların kompaksiyonuna etki eden faktörler şunlardır: - Asfalt Viskozitesi (veya penetrasyonu) Kompaksiyon sırasında viskozluğun artış hızı - Agrega Dane şekli Gradasyonu, yoğunluğu, maksimum dane boyutu Filler/asfalt oranı - Isı

53 37 Ortam ısısı, rüzgar, rutubet Karışımın ısısı (karıştırma, serme ve Kompaksiyon anındaki) Karışımın - Kompaksiyon sırasında karışımın yoğunluk ve stabilitesinin artış hızı - Kaplama kalınlığı ve değişkenliği - Finişerin sıkıştırma miktarı - Silindir tipi, ağırlığı, hızı, pas sayısı, vb. Bitümlü sıcak karışımlarım kompaksiyonuna etki eden birçok faktör olmakla beraber başlıcaları agreganın gradasyonu ve dane şekli, karışımın yoğunluğu, asfaltın viskozitesi ve en önemlisi de karışımın ısısıdır. Aynı asfalt yüzdesine ve gradasyonuna sahip iki ayrı karışımın laboratuar Kompaksiyon testleri sonucuna göre %98 sıkışması için kırmataştan yapılan karışımın dere malzemesinden yapılan karışıma nazaran yaklaşık iki kat daha fazla sıkıştırma enerjisine gerek vardır. Bitümlü sıcak karışımların sıkıştırılması için belirli hız ve pas sayısında silindirlemeye ihtiyaç vardır. Bu da Kompaksiyon için belirli bir süreyi gerektirir. Bu süre içinde serilen karışımın soğuma hızı Kompaksiyon için önemlidir. Çünkü karışım soğudukça sıkışmaya karşı direnç artacaktır. Karışımın soğuma hızına başta kaplamanın kalınlığı olmak üzere; hava ısısı, tabanın ısısı ve rüzgar etki etmektedir. Kaplama ne kadar ince olursa soğuma hızı o kadar fazla olmaktadır. Örneğin mm kalınlıktaki bir kaplama kötü şartlar altında 5 dakika içinde 50 ile 80 0 C arasında ısı kaybına uğrarken kalın kaplamalar uygun koşullarda saatlerce yüksek ısılarda kalabilirler. Karışım ısısı azaldıkça karışımın sıkışmaya karşı gösterdiği direnç artmakta ve yeterli sıkışma elde edilememektedir. Bu nedenle bitümlü sıcak karışımların kompaksiyonu hızlı bir şekilde tamamlanmalıdır. Ancak sıkıştırma makinelerinin hızı arttıkça sıkışma miktarı azalmakta ve gerekli

54 38 sıkışma yüzdesi için pas sayısı artmaktadır. Özellikte ilk paslarda hızın daha düşük olması sıkışma açısından daha iyi sonuç vermektedir. Bitümlü sıcak karışımların kompaksiyonunda dikkat edilecek hususlar; - Silindir tipi ve ağırlığının seçimi - Silindiraj sırası - Silindiraj tekniği olarak göz önüne alınmalıdır. Bu hususlara gerekli özen gösterildiği takdirde bitümlü sıcak karışımların sıkışması (kompaksiyonu) kolaylıkla sağlanabilecektir [4] Esnek Üstyapıların Bakım ve Onarımı Esnek üstyapılar, rijit üstyapılardan oldukça farklı bir bakım ve onarım ömrüne sahiptir. Genellikle 20 yıllık bir süre için projelendirilen esnek üstyapılarda, yolda görülen yerel bozuklukların her kış mevsimi sonunda onarımı dışında, aşağıdaki işlemler yapılır: - İlk 5 yıldan sonra, küçük onarımlar ve yüzey kaplaması gerekebilir yılda, yol yüzeyinin büyük bir olasılıkla yenilenmesi, pürüzlendirilmesi gerekecektir. Zira yolda tekerlek izleri oluşmuş, kayma sürtünme katsayısı düşmüş olacak ve yolda çökme ve kopmalar oluşacaktır. - Bir 5 yıl daha geçince, ilk 5. yıldaki gibi yüzey yapısını restore etmek gerekir yıl sonra yol, tasarım ömrünün sonuna geleceğinden yapının yeni bir üstyapı ile takviyesi gerekir. Temelin tekrarlanan trafik yükleri ile zayıfladığı ve tekerlek izlerinden 10 mm yi aşan yapısal çöküntülerin oluştuğu kesimlerde, sorun dikkatle izlenmeli ve yeniden temel yapılmalıdır.

55 39 Bunların dışında, temel ve temel altı tabakalarının onarım ve değiştirilmesi gibi çok öenmli bakım ve yenilemeler de gerekli olabilir. Bu bakım çalışmaları için oldukça büyük para gerekli olduğu gibi, bakım çalışmaları sırasında yolun bir şeridinin veya tamamının kapanması sebebiyle trafikte önemli aksamalar meydana gelir. Trafiğin çok yoğun olduğu bölgelerde, otoyollarda bu gecikmelerin esnek üstyapıların maliyeti üzerinde kayda değer etkisi vardır. İngiltere Yol Araştırma laboratuarı (Road Research Laboratory) tarafından, kırsal otoyol, otoyol karakterinde çevreyolu, kırsal ikinci derecede yol ve konut bölgesindeki yol olmak üzere dört farklı yol sınıfı için esnek ve rijit yol üstyapılarının ilk yapım, bakım ve bakımın neden olduğu trafik gecikmelerinin maliyetleri 50 yıllık bir periyod için incelenmiş ve aşağıdaki sonuçlar bulunmuştur. - Kırsal ikinci derecede yollarda ve konut bölgesindeki yol ağında beton yolların ilk yapım masrafı esnek üstyapıdan pahalı olmaktadır. - Kırsal otoyolda, esnek üstyapıların 50 yıllık bakım masrafları ilk yapım masraflarına eşit oluyor. Diğer üç yol sınıfı için bu değer ilk yapım masrafının altında kalıyor. Konut bölgesindeki yollarda, 50 yıllık Bakım Masrafı / İlk Yapım Masrafı = 1 /5 e kadar düşmektedir. - Yolun bakımından dolayı gecikmeler en fazla çevre yollarında olduğundan, bakım masrafları bu yollar için artmış görünmektedir. - Kırsal otoyolda, beton yolun bakım masrafı esnek yoldan hissedilir derecede daha az düzeyde kalmakta, ikince derecedeki yollarda iki tipin masrafları birbirine yaklaşmaktadır [4].

56 Esnek Üstyapıların Projelendirilmesi Giriş Yol üstyapısının projelendirilmesinde amaç proje süresi boyunca, üzerinden geçen trafiği büyük deformasyonlara, çatlamalara maruz kalmadan, güvenli bir şekilde taşıyabilecek üstyapının toplam kalınlığının ve tabakaların tek tek kalınlıklarının belirlenmesi, bu tabakalarda kullanılacak malzemelerin özelliklerinin saptanmasıdır Esnek üstyapı projelendirme yöntemleri Tabakalı bir sistem olan esnek üstyapının yük taşıma kapasitesi sistemi oluşturan tabakaların üstyapı direncine katkısı ve yükü yayabilme özelliklerine dayanır. İyi projelendirilmiş bir üstyapıda tabakalar tarafından yayılan yük, tabana ulaştığında tabanın büyük deformasyonlara maruz kalmadan taşıyabileceği bir düzeye düşürülmüş olur. Esnek bir yol üstyapısına etkiyen bütün faktörlerin bir analizi yapılırsa: - Trafik hacmi - Dingil yükü - Dingil yüklerinin tekrarlanma sayısı - Taban zemininin taşıma gücü ve suyu hassasiyeti - Üstyapının alttemel, temel ve kaplama tabakalarında kullanılan çeşitli malzemelerin mekanik özellikleri - Yoldan beklenen hizmetin kalitesi - Yolun ekonomik hizmet ömrü - Yolun yapıldığı yerin iklimi ve diğer bölgesel koşulları gibi etkenlerin bir esnek üstyapı projesi hazırlanırken değerlendirilmesi gerektiği sonucuna varılır. Üstyapıdaki tabakaları oluşturan malzemeler değişik özelliklere sahiptir. Alttemel ve temel tabakalarında granüler malzeme kullanılırken, kaplama tabakasında özellikleri sıcaklığa ve yükleme hızına bağlı olan, viskoelastik davranış gösteren bitümlü karışımlar kullanılmaktadır.

57 41 Trafikle ilgili faktörlerde çok sayıdadır.yani projelendirmede değerlendirilecek çok sayıdaki etken de birçok değişken faktöre bağlıdır. Değişik ülkelerde çeşitli projelendirme yöntemleri geliştirilmiş olmakla beraber halen üniversal bir projelendirme yöntemi mevcut değildir. Grup indeksi yöntemi 1945 te Steele tarafından geliştirilen bu yöntemde üstyapı kalınlığı zemin direncine bağlanmakta, zemin direnci ise zeminin grup indeksi (Gİ) ile ölçülmektedir. Eğer temel ve alttemelin yeteri kadar sıkıştırıldığı kabul edilirse, üstyapının kalınlığını tayin edecek en önemli etken tabanın direncine bağlı olacaktır. Tabanı oluşturan zeminin direnci ise: a. Zeminin nem oranına b. Zeminin kuru yoğunluğuna c. Zeminin yapısına dayanır. a ve b maddeleri, tabanın iyi drenajı ve sıkıştırılması ile kontrol altına alınabileceğine göre, zemin direnci yalnızca son maddeye yani zeminin yapısına bağlı olacaktır. Bu düşünceler metodun esasını oluşturmaktadır. Zeminin yapısı Grup İndeksi ile ölçülmektedir. Bir zeminin grup indeksi şu formülle verilmektedir: GI = 0,2 (a) + 0,005 (a.c) + 0,01 (b.d) Bu formülde: a: Zeminin 200 nolu elekten geçen kısmının %35 den büyük, fakat %75 den küçük olan miktarıdır. (0 ile 40 arasında pozitif ve tam bir sayı olarak ifade edilir.)

58 42 b: Zeminin 200 nolu elekten geçen kısmının %15 den büyük, fakat %55 den küçük olan miktarıdır. (0 ile 40 arasında pozitif ve tam bir sayı olarak ifade edilir.) c: Zeminin nümerik likitlik limitinin 40 tan büyük fakat 60 dan küçük olan kısmıdır. (0 ile 20 arasında pozitif bir tamsayıdır.) d: Zeminin nümerik plastiklik indisinin 10 dan büyük fakat 30 dan küçük olan kısmıdır (0 ile 20 arasında pozitif bir tamsayıdır) [3]. AASHTO yöntemi (KGM tarafından uygulanan şekli) Bu metot AASHTO tarafından Illinois eyaletinin Ottawa kentinde yapılan deneme yolu sonuçlarından yararlanılarak hazırlanmıştır. Deneme yolu yılları arasında inşaa edilmiş olup yolda çeşitli tip ve kalınlıkta kaplamalar ve küçük açıklıklı köprüler mevcuttur. Yolun farklı dingil yüklerini içeren trafik altındaki davranışı ve hizmet düzeyi iki yıl boyunca gözlenmiştir. Ölçümler sonunda elde edilen veriler bilgisayarlardan da yararlanmak suretiyle değerlendirmeye tabi tutulmuş, mevcut diğer değerlendirme projelendirme yöntemleri ile teorik bilgileri destekleyen yeni bir projelendirme yöntemi önerilerek AASHO Projelendirme Geçici Rehberi adı altında 1961 de yayınlanmış ve 1972 de rehberin ikinci baskısı yapılmıştır. Bu yöntem ile esnek üstyapıların projelendirilmesi kısmen deneyimlere dayandırılmakla beraber, taban zemini taşıma gücü, trafik dingil yükleri ve tekerrürü ile yerel koşullar, ayrıca üstyapıda kullanılan malzemelerin birbirine oranla direnç özellikleri de hesaba katılmaktadır. AASHO yol deneyinden yararlanılarak üstyapı kalınlıklarının hesabında kullanılmak üzere, üstyapıya etkiyen faktörleri içine alana aşağıdaki AASHO Deney Yolu Denklemi kurulmuştur:

59 43 logt 9,36 log G ,40 + ( SN + 1) t ( SN + 1) 0, log + 0,372( S 3,0) 8.2 = i 5,19 1 R G t 4,2 Pt = log 4,2 1,5) Bu formülde; P t = Son servis kabiliyeti T 8.2 = P t ye düşünceye kadar tekerrür edecek 8,2 tonluk dingil sayısı SN= Üstyapı sayısı R= Bölge faktörü S i = Zemin taşıma değeridir. Üstyapı kalınlıklarının hesaplanması için T8.2, Pt, R ve Si değerleri yardımı ile yukarıdaki denklemler çözülerek SN değeri bulunabilir. Şekil 3.6. ve 3.7 deki abaklarda denklemin t= 20 yıllık toplam veya ortalama günlük standart dingil tekerrürü sayısına göre, Pt= 2,5 ve Pt= 2,0 için nomograf çözümleri verilmiştir. Bu abakları kullanarak esnek üstyapının projelendirilmesi aşağıdaki sıraya göre verilerin seçilmesi ve hesaplaması ile yapılır: - Son servis kabiliyeti indeksi (Pt) seçilir. - Bölge faktörü (R) seçilir. - Taban zemininin Si (veya CBR) değeri saptanır. - Pt, R, Si ve proje trafiği değerlerine karşılık olan üstyapı sayısı (SN) ilgili abaktan bulunur. - Sırasıyla kaplama, temel ve alttemel tabakalarında kullanılan malzemelere ait tabaka katsayıları (a1, a2,a3) belirlenir. - Sırasıyla kaplama temel ve alttemel tabakalarının kalınlıkları cm cinsinden (D1, D2,D3) olduğuna göre

60 44 SN = a 1. D 1 + a 2. D 2 + a 3. D 3 eşitliğinden yararlanılarak üstyapıdaki tabakaların kalınlıkları saptanır [8]. Son servis kabiliyeti indeksinin (Pt) seçimi Bir üstyapının servis kabiliyeti yüksek hız ve hacimdeki trafiğe hizmet edebilme kabiliyeti olarak ifade edilir. AASHO Deneme yolunda üstyapıların servis kabiliyeti derecesinin belirli zaman aralıklarında değerlendirilmesi için bir yöntem geliştirilmiştir. Mevcut servis kabiliyeti derecesi (PSR) diye isimlendirilen değerin elde edildiği yöntemde, karayolu mühendisliğinin bütün konularında uzun deneyimi olan seçme uzmanlardan oluşmuş bir kurulun, karayollundan yararlanan kimseler sıfatı ile verdikleri bireysel değerlendirmelerin ortalaması alınır. Mevcut servis kabiliyeti derecesi için 0 ile 5 arasında değişen bir ölçek tespit edilmiştir. Burada 5 değeri en yüksek servis kabiliyeti ve 0 değeri en düşük servis kabiliyeti indeksini belirler. Son servis kabiliyeti indeksinin (P t ) seçimi, yeniden takviye veya yapım gerekmeden müsaade edilebilecek en düşük hizmet kabiliyetine bağlıdır. Son servis kabiliyeti (P t ) seçilirken, trafik hacmi ve yolun önemi göz önünde tutulur. Ekonomik nedenlerle proje süresi kısaltılarak P t daha düşük alınabilir. Pt için yolun standardına ve trafiğe bağlı olarak aşağıda Çizelge 2.4. de verilen değerler seçilmelidir [3]. Çizelge 2.4. P t nin seçimi [3] Yol Sınıfı Otoyollar, ekspres yollar, devlet yolları P t 2,5 İl yolları 2,0

61 45 Bölge faktörünün (R) seçimi Çevre ve iklim koşulları, üstyapı projelendirilmesinde dikkate alınan önemli bir konudur. Bu koşulların, üstyapının davranışını ve performansını oldukça etkilediği belirlenmiştir. Yağışsız ve kurak bir bölgede iyi sonuç veren üstyapı tipi, yağışlı bir bölgede çevre ve iklim şartlarından dolayı daha kısa bir hizmet ömrüne sahip olmaktadır. Koşullar uygun olmadığı zaman (yağışlardan, don çözülmelerinden dolayı taban zeminlerinin suya doygun hale gelmesi gibi) trafik yükünün yola verdiği zarar, uygun koşullar altında vereceği zarardan çok daha büyüktür. AASHO yol deneyinin en önemli eksiklerinden birisi, çok çeşitli yapısal farklılıklar gösteren üstyapıların, değişik trafik yükleri ve sayıları karşısında davranışlarının incelenmesine rağmen, tek bir çevre ve belirli bir iklim koşullarında yapılmış olmasıdır. AASHO yol deneyinin yapıldığı bölge yıllık ortalama yağışı 860 mm, ortalama yaz sıcaklığı 24 0 C, ortalama kış sıcaklığı -3 0 C olan ılıman bir iklime sahiptir. Zemin, kışın genellikle, yüzeyde donma-çözünme olaylarına uğrayan donmuş bir tabaka halinde bulunur. Normal olarak don derinliği 70 cm civarındadır. Çevre ve iklim koşullarını temsil etmek üzere AASHO projelendirme denklemine, Yol Deneyinin yol deneyinin yapıldığı bölgeden farklı olan yerdeki üstyapıların projelendirilmesini sağlamak için, Bölge Faktörü (R), dene bir parametre dahil edilmiştir. Bölge faktörünü doğrudan doğruya tayin etmek için bir yöntem yoktur. Ancak AASHO Esnek üstyapı projelendirme yönteminin kaynak yayınlarında, bazı iklim ve yağış değerlerinin yıllık miktarları Bölge Faktörünün tahminine esas teşkil etmektedir. Yol Deney bölgesinde yani AASHO Yol Deneyinin yapıldığı çevre ve iklim koşulunda Bölge Faktörü, ortalama olarak 1,0 bulunmuştur.

62 46 Bölge faktörünün tespit edilmesi için birçok değişik yöntem vardır. Ancak her yöntem kullanıldığı bölge için geçerlidir. Bölge faktörünün belirlenmesinde aşağıdaki etkenlerden biri yada birkaçı göz önüne alınmalıdır. 1- Topoğrafya 2- Yol deneyinin yapıldığı yere benzerlik 3- Yağış 4- Don Derinliği 5- Isı 6- Yeraltı su seviyesi 7- Taban yüzeyi tipi 8- Mühendislik Takdiri 9- Yolun sağladığı imkanların seviyesi 10- Drenaj şartları 11- Yıllık donma-çözünme periyotları 12- Büyük hacimli ağır ticari trafiği olan dik eğimler 13- Dönme ve durma hareketlerinin yoğun olduğu kesimler (Otobüs durakları vb. yerler gibi) Örnek olarak, belirli tipik koşullar için AASHO yol deneyi bilgilerine dayanan bilgiler şunlardır; Çizelge 2.5. Bölge faktörü (R) seçimi [3] Zemin Donmuş taban zemini (12. 5 cm veya daha fazla derinlikte) Kuru taban zemini (yazın ve sonbaharda) Doygun taban zemini (ilkbahar don çözülmesinde) Bölge Faktörü (R) 0,2 1,0 0,3 1,5 4,0 5,0

63 47 Bu durumda çeşitli iklim ve çevre koşulları gösteren ülkemizde, bölge faktörünün hesaplanması için tek bir yöntemin uygulanması mümkün olmamaktadır. Ancak yapılan çalışmaların ve gözlemlerin sonucu olarak aşağıdaki değerler bölge faktörü tayin edilirken dikkate alınmalıdır. a. Yağışsız, yılın çok önemli bir bölümünde toprak kurak veya katı şekilde donmuş olan bölgeler için bölge faktörü 0,5. b. Yazları kurak, ilkbahar, kış başlangıcı ve kışları normal yağışlı, toprak yazın ve sonbaharda kuru ve kısa süre için 10 cm derinliğe kadar derinliğe kadar don olan bölgeler için bölge faktörü 0,5-1,0. c. Yılın önemli bir bölümü yağışlı, don olayı etkili, don derinliği 10 cm ile 40 cm arasında olan bölgeler için bölge faktörü 1,0 1,5. d. Toprak yılın önemli bir bölümünde suya doygun, yazları hariç diğer mevsimler çok yağışlı, donma-çözülme periyotları sık, don derinliği 40 cm den fazla olan bölgeler için bölge faktörü 1,5 2,0 olarak alınmalıdır. Yukarıda belirtildiği gibi bölge faktörü 0,5 ile 2,0 arasında değişen 4 bölge tespit edilmiştir. Bölge faktörü saptanırken yukarıdaki koşullardan biri veya birkaçı dikkate alınabilir. Ancak önemli olan nokta, yukarıdaki değerlerin birer tavsiye olduğudur, projeyi hazırlayan kendi gözlemlerini ve proje özel koşullarını dikkate almalıdır [3]. Taban zemininin taşıma değerinin (Si veya CBR) saptanması Taban zemininin üstyapı projelendirilmesine esas olan taşıma gücü, CBR değeri ile tanımlanır. CBR değeri dinamik yaş CBR deneyi (ASTM-D 1883) ile bulunur. Taban zeminlerinin taşıma gücü (CBR değeri) bulunurken tesviye yüzeyinin altındaki 40 cm lik kesimi dikkate alınmalıdır. Üstyapı projelendirilmesi sırasında tesviye yüzeyi henüz hazırlanmamışsa, CBR değeri belirlenirken taban zemininin oluşturulacağı malzemeler dikkate

64 48 alınmalı, bu malzemelerin hangi km ler arasına çekileceği projede açıkça belirtilmelidir. Yol geçkisi boyunca taban zemini sistematik bir değişiklik gösteriyorsa, her değişik taban zemininin sınırları belirlenmeli ve bu kesimleri temsil edecek CBR deneyleri yapılmalıdır. Taban zeminlerinin sistematik bir değişme göstermediği veya değişik taban zemini çok kısa olduğu durumlarda, üstyapı projelendirilmesine esas olacak CBR değeri ve kapsadığı uzunluk, düzensiz aralıklarla yapılacak yeterli sayıda CBR deneyleri sonunda bulunacaktır. Taban tesviye yüzeyinin hazırlanmasından sonra yapılacak son taban etüdü ile proje CBR değerleri yeniden kontrol edilmeli, üstyapı projelendirilmesinde esas alınan CBR değerlerinden farklılık gösteriyorsa üstyapı kalınlıkları yeniden hesaplanmalıdır. Proje CBR değeri aşağıda anlatılan şekilde hesaplanır: a. Yol güzergahı üzerindeki her değişik taban kesimi için yeterli sayıda CBR deneyi yapılır. b. Bilinen toplam eşdeğer standart dingil tekerrür sayısı (T8.2) yardımı ile taban zemini proje emniyet yüzdesi Çizelge 2.6 dan seçilir. Çizelge 2.6. Toplam Standart Dingil Yüküne (T 8.2 ) Bağlı Olarak Taban Zemini Proje Emniyet Yüzdesinin Seçimi [3] Toplam Eşdeğer Dingil Yükü Sayısı (T 8.2 ) Taban Zemini Proje Emniyet Yüzdesi T 8.2 < < T 8.2 < T 8.2 >

65 49 a. Ölçülen CBR değerleri büyükten küçüğe doğru sıralanır ve her birinden büyük veya eşit CBR sayısı yüzdesi bulunur. b. Bulunan değerler (CBR değerleri ve büyük eşit yüzdeleri) grafik kağıdına işaretlenir, bu noktalardan geçen eğri çizilir. c. Bu eğri üzerinden Tablo 2.5. den seçilecek uygun proje emniyet yüzdesi yardımıyla proje CBR değeri seçilir. Proje trafiğinin, eşdeğer dingil yükünün (standart dingil tekerrür sayısının) hesaplanması AASHO rehberinde trafik tahminleri Trafik Analiz Süresi-Proje Süresi olarak adlandırılan bir süre için yapılır. Trafik analiz süresi genellikle 20 yıl olarak alınır. Bununla beraber trafik, günlük veya toplam 8,2 tonluk tek dingil yükü uygulama sayıları cinsinden ifade edildiği için, herhangi bir analiz süresi de kullanılabilir. Trafik analiz süresi ne alınırsa alınsın, toplam eşdeğer standart dingil yükü tatbik sayısı, yol yapımının bitiminden (yolun hizmete açılmasından) hizmet kabiliyeti indeksinin seçilen değere (P t = 2,5 veya P t =2,0) düşeceği zamana kadar hesap şeridinin taşıması beklenen toplam trafiktir. Eğer trafik gerçek durumdan az tahmin edilmişse, bu hizmet süresi trafik analiz süresinden daha az olabilir. Tersine, trafik fazla tahmin edilmişse, bu sürenin trafik analiz süresinden daha uzun olacağı umulabilir. Ancak, ne trafik analiz süresini ne de bir üstyapının hizmet kabiliyeti indeksinin P t ye düşmesi için geçen hizmet süresi, üstyapının ömrü ile karıştırılmamalıdır. Üstyapının ömrü kaplamanın periyodik olarak yenilenmesi ile uzatılabilir. Ayrıca, programlanmış kademeli inşaat ile hesaplanan üstyapı kalınlıkları 2 aşamada inşaa edilebilir. Yolun hizmete açıldığındaki trafiğe ilk trafik, trafik analiz süresi sonundaki trafiğe de son trafik denir. İlk ve son trafik yardımıyla trafik analiz süresi için saptanan trafik, üstyapı hesabında proje trafiği olarak kullanılır.

66 50 Karayolu üzerinde seyreden taşıtlar otomobil, otobüs, kamyon ve treyler olmak üzere 4 trafik grubuna ayrılırlar. Ağır ticari araçların 2 ve 3 dingillileri kamyon, 4 ve daha fazla dingillileri treyler grubuna dahil edilirler. Trafik gruplarına göre ilk ve son trafik elde bulunan trafik sayımlarına göre tahmin edilmesi gerekir. Fakat trafik artışı, trafik gruplarına, yolun sınıfına, bölgenin ekonomik yapısına, nüfus yerleşmesine, taşıt endüstrisinin bölgedeki gelişmesine ve taşıt fiyatları gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Ülkemizde ilk ve son trafiklerin tahmini Karayolları Genel Müdürlüğü tarafından yapılmaktadır. Her bir trafik grubu için belirlenen trafik sayıları taşıt eşdeğerlik faktörleri ile çarpılarak eşdeğer dingil sayısına dönüştürülür. İlk yıl için günlük trafik (t 0 ) ve trafik artış katsayısı (r) belli ise t sene sonraki günlük trafik, t ( r) t t = t 1+ 0 formülü ile bulunur. İlk yıl için günlük trafik (t 0 ) ve son yıl için günlük trafik (t t ) belirlendikten sonra t süresi için ortalama günlük proje trafiği, t p tt t = 0,4343 tt log t 0 0 formülü ile bulunur. Yoldan proje süresince geçecek toplam trafik, Tp = t p 365 t

67 51 formülü ile bulunur. Dingil eşdeğerlik faktörleri Günlük ortalama trafik hacmi değişik dingil yükü gruplarına göre verildiğinde bunlar Dingil Eşdeğerlik Faktöründen yararlanılarak standart dingil sayısına dönüştürülür. Bunun için, x = p p 8.2 n üssel fonksiyonu kullanılır. Genellikle "n" değeri arasında değişir. Ülkemizde bu değerin 4.4 olarak alınması uygun görülmüştür. Bu durumda tek ve tandem dingil yüklerini standart dingil sayısına çevirmek için Çizelge 2.7 deki katsayılar kullanılır.

68 52 Çizelge 2.7. Dingil eşdeğerlik faktörleri [3] Taşıt eşdeğerlik faktörleri Taşıt eşdeğerlik faktörleri, projesi yapılacak yolu karakterize eden lodometre çalışması ve dingil yükü etütleri sonucunda çıkacak dingil yükü dağılımı ve Çizelge 2.7 deki dingil eşdeğerlik faktörleri kullanılarak bulunur. Çizelge 2.7 de tek dingil ve tandem dingiller için ayrı ayrı verilmiş olan faktörlerin incelenmesinden görüleceği gibi, bir tandem dingil aynı ağırlıktaki iki tek dingile göre daha az hasara sebep olmaktadır. Bu husus, üstyapıların dingil yükleri altındaki deformasyonlarının tekerrürlerinden ortaya çıkan bir özelliktir. Ancak, halen uygulanan dingil yükleri etütlerinde bütün dingiller tek dingil olarak gözönüne alındığından, bir miktar emniyetli tarafta kalınarak,

69 53 tablodaki değerlerden sadece tek dingil eşdeğerlik faktörleri kullanılmaktadır. Lodometre çalışmasının mümkün olmadığı durumlarda Çizelge 2.8'de verilen taşıt eşdeğerlik faktörleri kullanılmaktadır. Bu tabloda 4 çeşit taşıt grubu için değişik trafik kategorilerine göre, etütler sonucu hesaplanmış ortalama taşıt eşdeğerlik faktörleri verilmektedir. Çizelge 2.8. Taşıt eşdeğerlik faktörleri [3] Trafik Grubu Trafik Kategorisi (ticari taşıt/gün) > 3000 Kamyon Treyler Otobüs Otomobil Yön dağıtma faktörü Yukarıdaki gibi hesaplanan eşdeğer dingil yükleri, her iki yön için bütün şeritlerin toplamlarını temsil eder. Projelendirme amaçları için bu trafik, yön ve şeritler itibariyle dağıtılmalıdır. Özel şartlar başka bir dağıtım gerektirmedikçe, yön itibariyle dağıtım genellikle her yöne trafiğin yarısının verilmesiyle yapılır. Yani yön dağıtma faktörü genellikle 1/2 dir. Şerit dağıtma faktörü Üstyapı projelendirmesinde ticari araçların kullandığı şerit trafiği esas alınmalıdır. Hesap şeridindeki trafik hesaplanırken Çizelge 2.9'deki şerit dağıtma faktörleri göz önünde tutulmalıdır. Bir yöndeki ticari trafiğin diğer yöne göre daha ağır yüklü olduğu durumlarda daha ağır trafiğin oluştuğu şerit hesap şeridi olarak alınmalıdır.

70 54 Çizelge 2.9. Şerit dağıtma faktörleri [3] İki Yöndeki Şerit Sayısı Şerit Dağıtma Faktörü ,90 6 veya daha fazla 0,80 Kademeli inşaat Trafik analiz süresi için tahmin edilen eşdeğer dingil yükü tekerrüründe ileride değişiklik olabilecek yollarda veya 20 yıllık proje ömrü için tahmin edilen toplam eşdeğer dingil yüküne göre hesaplanan üstyapı projesinin ekonomik nedenlerle uygulanamaması durumunda üstyapı, tabakaların bir kısmı ilerideki bir tarihte inşaa edileceği düşünülerek projelendirilir. Bu tür projelendirmede ilk kademe inşaat için uygulanacak üstyapının karşılayacağı toplam eşdeğer dingil yükü tekerrürü belirlenmelidir. Bu trafiğin kaç sene içinde geçeceği bulunarak proje süresi içinde geçeceği tahmin edilen toplam eşdeğer dingil tekerrürünün kalan kesimini karşılayacak ikinci kademe inşaatının tarihi saptanmalı ve projede önceden belirtilmelidir. Kademeli inşaatın, trafik nedeniyle oluşacak lokal bozulmaların önceden görülmesi ve trafik tahminlerinde değişikliğin üstyapı projelendirmesine etkisinin azaltılması gibi çeşitli avantajları bulunmaktadır. Ancak ikinci kademe inşaatında sadece asfalt kaplama cinsinden üstyapı tabakası verilmeli, birinci kademe üstyapı tabakaları ise bu durum göz önünde tutularak bulunmalıdır. Kademeli inşaat olarak inşaa edilen yollarda trafik artışı ve üstyapı performansı çeşitli değerlendirmelerle sürekli kontrol edilmelidir. Üstyapı projelendirmesi kademeli inşaat olarak yapıldığında dikkat edilecek en önemli husus ikinci kademe inşaatın bir takviye tabakası olmayışıdır.

71 55 İkinci kademe inşaatının tarihi önceden belirlenmeli ve yolda herhangi bir bozulmanın oluşması beklenmeden inşaa edilmelidir [3]. Üstyapı sayısının (SN) bulunması P t, S i, R ve proje trafiği (EDY) değerlerine karşılık olan (SN) üstyapı sayısı, Şekil 2.1 veya Şekil 2.2 deki abaklardan bulunur. Üstyapı sayısı, verilen bir zemin taşıma değeri, toplam eşdeğer standart dingil yükü tekerrürü, son servis kabiliyeti indeksi ve bölge faktörü kombinezonu için gerekli üstyapı direncini ifade eden soyut bir sayıdır [3].

72 Şekil 2.1. Esnek üstyapı projelendirme abağı (Pt:2.0) [3] 56

73 57 Şekil 2.2. Esnek üstyapı projelendirme abağı (Pt:2.0) [3] Üstyapı sayısı (SN) yardımıyla tabaka kalınlıklarının saptanması Hesaplanan SN, üstyapı tabakalarının izafi mukavemet katsayıları ile bağlantılı olarak üstyapı kalınlıklarına dönüştürülecektir. Tabaka kalınlıklarının tayini için kullanılacak ana formül aşağıda verilmiştir. SN = a 1 D1 + a2 D2 + a3 D3 veya

74 58 SN i n = = i= 1 a i D i Bu formülde; a 1, a 2, a 3 = Sırasıyla kaplama, temel, alttemel tabakalarının izafi mukavemet katsayılarıdır. D 1, D 2, D 3 = cm cinsinden sırasıyla kaplama, temel ve alttemel tabaka kalınlıklarıdır. Hesaplanan SN e göre bu formülde belirtilen eşitlik sağlanacak şekilde, aşağıda belirtilecek minimum kalınlıklar, malzeme özellikleri ve ekonomi dikkate alınarak alttemel, temel ve kaplama tabakalarının kalınlıkları ve bu tabakalarda kullanılacak malzeme cinsleri seçilir. Alttemel (temel altı) tabakası Alttemel malzemesi, ekonomik faktörler göz önünde tutularak bölgede bulunan iyi kaliteli seçme malzemeden yapılmalıdır. Alttemel tabakası, taban zemininin taşıma gücünü aşabilecek yüksek gerilmeleri ve tabanda oluşacak don etkisini üstyapıya yansıması önleyecek niteliklere sahip olmalıdır. Minimum alttemel kalınlığı 20 cm olmalıdır. Temel tabakası Temel tabakası üstyapının ana yapısal elemanlarından biri olup, alttemel ve tabana gelen basınç gerilmelerini kabul edilebilir seviyeye düşürmesi ve

75 59 belirli bir esneklik sağlayarak kaplamanın kırılmasını önlemek gibi işlevleri vardır. Bu bakımdan temel tabakası belirli özellikleri olan iyi kaliteli malzemeden teşkil edilmelidir. Temel tabakası olarak granüler kırmataş, plent-mix kırmataş, penetrasyon makadam, asfaltlı makadam, sıcak karışım bitümlü temel veya çimentolu temel tiplerinden birisi kullanılabilir. Minimum temel kalınlıkları şu şekilde olmalıdır: - Kırılmış çakıl yada kırmataş: 10 cm - Plent-mix kırmataş: 10 cm - Penetrasyon makadam: 7,5 cm - Asfaltlı makadam: En büyük dane boyutunun 1,5 katından büyük 3 katından küçük (birden fazla tabaka olabilir) - Sıcak karışım bitümlü temel: En büyük dane boyutunun 1,5 katından büyük (birden fazla tabaka olabilir) Kaplama tabakası Kaplama tabakası, sathi kaplama veya asfalt betonu olabilir. Sathi kaplama, yolun kabul edilen hizmet süresi boyunca geçecek olan, ortalama günlük ağır ticari taşıt sayısı 500 den küçük veya proje süresince tek yönde toplam standart dingil (8,2 ton) sayısı 2x10 6 dan az olan yollarda uygulanmalıdır. Toplam standart dingil sayısı den küçük veya günlük ticari taşıt sayısı çift yönde 250 den az ise tek kat, bunun üzerinde trafik değerleri için çift kat sathi kaplama yapılmalıdır. Toplam standart dingil sayısı 2x10 6-3x10 6 arasında olan yollarda sıcak karışım gerekmekte ise de, ekonomik durumlar göz önüne alınarak ve proje ömrü kısa tutularak çift kat sathi kaplama yapılabilir. Sathi kaplama,

76 60 hazırlanmış bir temel üzerine önce bitümlü bağlayıcı, arkasından agrega tatbiki şeklinde inşaa edilir. Günlük ticari trafik sayısı, çift yönde 500 den büyük veya proje ömrü süresi içinde toplam standart dingil sayısı 3x10 6 den fazla olan yollarda kaplama olarak asfalt betonu kullanılmalıdır. Bu tür kaplamalar üstte aşınma ve altta binder olmak üzere iki tabaka halinde inşaa edilirler. Asfalt betonu için minimum kalınlıklar şu şekildedir: - Binder tabakası: 4 cm - Aşınma tabakası: 4 cm Tabaka katsayıları (a 1, a 2, a 3 ) Üstyapı sayısını gerçek kalınlığa dönüştürmek için, üstyapıda kullanılan her bir malzemeye bir katsayı verilmektedir. Bu tabaka katsayısı, SN ile kalınlık arasındaki ampirik bağıntıyı ifade eder ve üstyapının bir bileşeni olarak çalışmak bakımından, malzemenin nispi kabiliyetinin bir ölçüsüdür. AASHO yol deneyi üstyapılarında kullanılan malzemeler için tabaka katsayılarının ortalama değerleri deneylerin sonuçlarından belirlenmiş ve ilgili yayınlarda açıklanmıştır. Bu değerler, üstyapıda benzer bir pozisyon ve benzer nispi kalınlıklarda kullanılmış oldukları takdirde AASHO yol deneyindekine benzeyen malzemelerin geçerli bir temsilcisidir. Başka malzemeler için katsayı değerleri, arazi tecrübesine, öteki deney yollarına ve tabakalı elastisite teorisinin uygulanmasına dayanılarak geliştirilmiştir. Tabakaların kontrolu Bulunan tabaka kalınlıkları aşağıda verilen hesaplama metoduyla kontrol edilebilir.

77 61 Şekil 2.3. Tabaka kalınlıklarının kontrolu [3] SN 1 = Temel tabakası üzerine gereken SN SN 2 = Alttemel tabakası üzerine gereken SN SN 1 = Taban üzerine gereken SN D * 1 SN 1 / a 1 SN * 1 SN 1 SN * 1 - a 1 x D * 1 SN 1 D * 2 (SN 2 - SN * 1 ) / a 2 SN * 1 + SN * 2 SN 2 D * 3 (SN 3 (SN * 1 + SN * 2 )) / a 3 (*) Üstyapıda kullanılan gerçek değer olup gerekli değere eşit veya boş olmalıdır [8] Esnek Üstyapılarda Teknolojik Gelişmeler Modifiye Bitümlü Asfalt Betonu (Modified A.C.): Kaplamanın servis ömrünü ve performansını arttırmak, bozulmalara karşı daha dayanımlı olmasını sağlamak ve kaplamanın sıcağa karşı duyarlılığını azaltmak amacı ile uygulanmaktadır.

78 62 Renkli asfalt betonu (colored A.C.): Genellikle bisiklet yollarında, yaya geçitlerinde uygulanmakta, ayrıca görünüm yönünden de estetiği arttırmakta, birçok karayolunda renklendirmeye yer verilmektedir. İnce (4-5 cm), çok ince (2-3 cm) ve süper ince (2 cm'den az) asfalt betonları: Kaplamanın yetersizliği ile meydana gelen bozulmaları en aza indirmek, kaplama kalınlığını azaltmak, Balom maliyetini düşürmek, Eski kaplamaların üzerine koruyucu tabaka olarak kullanmak üzere (Thin A.C.) ve (Ultra Thin A.C.) uygulamaları yapılmaktadır. Çeşitli polimerler, fiber elastomer, lastik gibi maddelerin katkısıyla kaplamanın mekanik ve fiziksel özellikleri iyileştirilmekte, dayanıklılığı ve servis ömrü arttırılmakta, balom giderlerinin de daha düşük olması amaçlanmaktadır. Stone mastik asfalt (SMA): Ağır taşıt trafiğinin olduğu bölgelerde deformasyona ve yorulma çatlaklarına karşı gösterdiği direncin yanı sıra yol üzerinde oluşabilecek tekerlek izlerinin oluşmaması için iyi bir çözüm olarak görülmektedir. Lifli asfalt betonu (Fibrous A.C.): Kaplamayı oluşturan bitümlü karışımın stabilitesinin ve ayrıca da yüzeyindeki kayma sürtünme katsayısının artması için karışım içine lifli malzeme karıştırılmaktadır. Slurry seal: Eski kaplamanın üzerine koruyucu bakım tabakası olarak uygulanmaktadır. Pürüzlülük, Yaşlanmaya karşı direnç, kohezyon ve esneklik sağlaması yönünden sağlam ve ekonomik bir kaplama türüdür. Resinous seal: Slurry Seal gibi, koruyucu örtü tabakası görevi yapmaktadır. Soğuk bitümlü karışım (cold asphalt mixture): Kaplamanın onarım ve yama işlemlerinde kullanılan, uygulanması ve işlenebilmesi kolay bir karışım olmaktadır.

79 63 Geçirimli asfalt betonu (porous asphalt): Yüzeydeki suların drenajını sağlayan, bunun için de yüzeye gelen yağış sularının hemen gövdeye inerek yol yüzeyinden uzaklaşmasına, bir drenaj sistemine ulaşmasına veya geçici bir süre için gövdede toplanmasına olanak veren yeni bir kaplama türüdür. Fransa, Hollanda, Macaristan, Norveç, İngiltere, Amerika Birleşik Devletleri (Dallas) gibi ülkelerde uygulanmakta olan Geçirimli Asfalt Kaplama, yüzeyin sürekli kuru olmasını sağlamak, yüzeydeki kayma direncini arttırmak, gürültü düzeyini düşürmek, su sıçramalarını önlemek gibi birçok avantaj sağlamaktadır. Cape - seal: İyi seçilmiş uygun bir agrega ile yapılan yüzeysel kaplama ve bunun üzerine uygulanan Slurry Seal kombinasyonudur. Yol yüzeyindeki suyun alt tabakalara geçmesini önlemek, aynı zamanda da pürüzlü yüzeyi sebebiyle yolda su birikmesini (aqua bed) önlemek, seyahat konforunu arttırmak, yüzeydeki kayma direncini arttırmak, eskiyen kaplamanın dağılmasını önlemek gibi işlevleri bulunan Cape-Seal, eskiyen kaplamaların rehabilitasyonunda ve asfalt kaplama üzerine Koruyucu Tabaka olarak kullanılmaktadır. Modifiye bitümlü yüzeysel kaplama (modified surface dressing): Aynı Modifiye Bitümlü Asfalt gibi, her türlü kaplama bozulmalarına karşı dayanıklılık sağlayıp kaplamanın servis ömrünün artmasına katkıda bulunan yüzeysel kaplama türüdür [5] Esnek Üstyapıların Üstünlükleri ve Sakıncaları - Trafik için düzgün ve gürültüsüz bir yüzeye sahiptir. - Kuruda yüksek kayma sürtünme katsayısına sahiptir. - Üstten gelen yükü alt tabakalara yayarak iletir. - Geçirimsiz yüzey sağlar. - Kademeli inşaata uygundur. - Bakım-onarımı trafik altında yapıldığından servis yolu gerekmez.

80 64 - Yapım veya onarımdan hemen sonra trafiğe açılabilir. - Bilgi ve ekipman açısından ülkemizde yeterli deneyime sahip olunması. - Uygulamanın, bakım-onarımın kolay olması bir avantajdır. - Koyu rengi nedeniyle gece görüş zorluğu ve çizgileme gereksinimi vardır. - İnşaat mevsimi ülkemizde birçok bölgede kısadır. - Hammadde olan petrol ithal edilmektedir. - Rafinerilerin konumları itibariyle taşıma mesafeleri uzaktır. - Isıtma zorluğu nedeniyle fazla enerji gereksinimi vardır. - Taşıtlardan akan yağ, mazot, benzin türü kimyasal maddeler yüzeyi olumsuz yönde etkiler. - Soğuk iklimli bölgelerde kar ve buz ile mücadeşe için yapılan tuzlama yüzey bozulmalarına sebep olmaktadır.

81 65 3. RİJİT ÜSTYAPILAR 3.1. Giriş Çimento betonu ile yapılan kaplamalara beton yollar denir. Yol kaplaması olarak betonun görevi, trafikten gelen şiddetli tekil yükleri tabana iletmek ve bu sırada tabanın deforme olmamasını sağlamaktır. Bu durum, betonun rijitliğinden yararlanmak sonucunu doğurur. Beton, çekme direnci düşük olan bir yapı malzemesidir. Betonda deformasyonlar ile gerilmeler arasındaki bağlantı lineer değildir. Ayrıca, yükler kalktıktan sonra bir süre, betonda kalıcı deformasyonlar görülür. Daha sonra beton yavaş yavaş ilk durumuna döner. Bir tekerlek yükü bir beton üzerinden geçerken çekme, basınç ve eğilme gerilmeleri oluşur. Tekerlek geçtikten sonra gerilmeler yön değiştirerek kaybolur. Özellikle yoğun kamyon trafiği taşıyan bir beton yolda bu gerilme değişmeleri kısa zaman aralıkları ile sürekli olarak kendini gösterir. Bu durumda, beton plakta çekme ile basınç arasında değişen sürekli gerilmeler oluşur, bu da zamanla malzemenin yorulmasına neden olur. O halde bu tip gerilmelerin, betonun sürekli direncinin çok altında bulunması gerekir. Diğer malzemeler gibi beton da sıcaklığın artmasına veya azalmasına bağlı olarak genişlemekte veya büzülmektedir. Buna ek olarak kaplamaların alt ve üst yüzeyleri günlük ve mevsimlik sıcaklık ve nemlilik farkları nedeniyle eğilme ve bükülmelere uğrar. Bir beton kaplamanın davranışı, dökülen beton tabakalarının özelliklerinin yanı sıra, kaplama altına serilen alt temel ve temel tabakaları ile mevcut taban toprağının özelliklerine bağlı olarak değişir. Bu nedenle, projelendirme sırasında, beton kaplamanın davranışını etkileyen, taban toprağı, temel malzemesi, betonu oluşturan kum, çakıl, çimento ve betonarme demiri gibi malzemelerin fiziksel özelliklerinin çok iyi incelenmesi gerekmektedir.

82 Rijit Üstyapıların Tarihçesi Yollarda hidrolik ve puzzolanik bağlayıcılar, ilk olarak Romalılar tarafından, M.Ö. birinci yüzyılda kullanılmıştır. Taşları birbirine yapıştırmak için kullanılan bağlayıcı 2 kısım doğal puzzolan ile bir kısım kireçten oluşturulmuştur. Çok eskiye dayanan bu örnekten sonra, beton yol konusunda bazı gelişmeler olmakla beraber, kayda değer uygulama olarak, Fransa da, bu yüzyılın başında Grenoble bölgesinde, tali yolların kısa kesimlerinde rijit üstyapı kullanılması gösterilebilir yılında, eski taş ve parke yolları betona dönüştürmek için, Daniel Boutet tarafından, büyük bir program ortaya atılmıştır. Bu programın uygulanması sırasında, yoldan çıkarılan taş parkeler kanivo yapmak için veya bordür taşı olarak kullanılmıştır. Parke kaplamanın kumu tesviye edilip sıkıştırılmış ve üzerine çok kuru beton dökülerek silindirlenmiştir. Beton yol iki tabakadan oluşturulmuştur. Alttaki tabaka yuvarlak malzeme ve düşük dozlu ( 250 kg/m 3 ) yapılmış, üst tabaka daha ince olarak ve yüksek dozlu ( 400 kg/m 3 ) ve kırılmış sert agrega kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu iki tabaka birbiri ardına yapılmıştır. İri tanece zengin ve kesintili ( süreksiz ) granülometrili agregaların kullanıldığı bu beton plakların kalınlığı genellikle 18 cm oluyordu. Bazen kenarlarda daha büyük kalınlıklar seçiliyordu. Aralıkları 10 ile 20 metre arasında değişen enine derzler, beton içine kavak ve kızılağaç gibi sıkışabilen ahşap latalar koymak suretiyle oluşturuluyordu. Beton üretim merkezlerinde 750 litre kapasiteli bir veya iki betoniyer bulunuyordu. Günde m 3 beton üretiliyordu. İnşaatın ilerleme hızına bağlı olarak merkez her gün birkaç yüz metre öteleniyordu. Betonun silindirle sıkıştırılmasından sonra, prizmatik sıkıştırıcılar ve titreşimli sıkıştırıcılar kullanılmıştır. Ancak sıkıştırmadan önce, yola boşaltılmış olan beton, kürekle düzeltilip tırmıklanırdı. Yüzeyin perdahlanması işçiler

83 67 tarafından mala kullanılarak yapılıyordu. Bu devir, betonun, Avrupa da ve dünyada, el emeğine dayalı olarak gerçekleştirilme devridir. Hidrolik bağlayıcıların yol inşaatındaki sistematik kullanımı için bir müddet daha beklemek gerekmiştir. Doğal zeminin çimento ile muamele edilmesi, Amerika Birleşik Devletleri (A.B.D.) de 1930 yıllarına doğru genişleye başlamıştır. Bu şekilde özellikleri iyileştirilerek iklim koşullarına karşı daha az duyarlı hale getirilen platformlar, yüksek trafikli yollarda, üst tabakalara taban olarak kullanılmıştır yılından itibaren, gerçek anlamda endüstriyel döneme girilmiştir. Almanya da işsizlikle mücadele etmek için ve askeri birimlerin hızlı ve güvenli bir şekilde yer değiştirmelerini sağlamak amacıyla, ilk beton otoyol inşaat şantiyeleri kurulmuştur. Daha sonra Belçika ve Fransa, beton otoyol yapmaya başlamıştır. Otoyollarda beton plak kalınlıkları daha büyük (24 cm) seçiliyordu. Bu kalınlığın 5 cm lik üst kısmı aşınma tabakasına ait oluyordu. Alttemel, sıkıştırılmış ve düzeltilmiş, küçük kalınlıkta kum tabakasından oluşuyordu. Enine derzler, yol eksenine dik olarak taze beton içine gömülen demir cetvel yardımıyla gerçekleştiriliyordu. Daha sonraları aynı işlem, titreşimli silindirlerle gerçekleştirilmiştir. Enine derzler 6,0 m aralıklarla yapılmış ve her 10 enine derzde bir dilatasyon derzi konmuştur. Dilatasyon derzi içine sıkışabilir malzeme konmuş ve birbirinden bağımsız plaklar çelik donatı ile bağlanmıştır. Yol betonun hazırlanması şantiyenin önerisine göre, iki farklı yöntemle gerçekleştirilmiştir; - Birinci yöntemde, beton sabit santralda karıştırılmış, daha sonra yola vagonet veya kamyonlarla taşınmıştır. - İkinci yöntemde, yol şantiyesi ilerledikçe beton santrali yer değiştirmiştir.

84 68 Aynı dönemde, A.B.D de yukarıda belirtilen iki yöntem birleştirilerek uygulanmıştır. Agrega ve çimento karışımı, bölmeli kamyonlarla şantiyeye taşınmış, şantiyede tırtıl adı verilen taşıyıcılar üzerine yerleştirilmiş 1 m 3 kapasiteli bir veya iki tamburu bulunan özel betoniyerde karıştırılmış, bu yolla elde edilmiş olan beton, yönlendirilmesi mümkün olan bir kol boyunca hareket eden bir iletici kova vasıtasıyla yola dökülmüştür. Bu sistem 100 m 3 /saatlik bir kapasiteye sahiptir. Betonun kalıplar arasına serilmesi, kalıpların nivelmanı ve yerlerinden oynamayacak şekilde tespiti sayesinde, yolun enine profili kadar boyuna profilinin de kalitesinin garanti altına alınması mümkün olmuştur. Metalik deforme olmayan kalıplar kullanılması, inşaat makinelerinin da yolda deformasyona, bozulmalara yol açmadan taşınmasına olanak sağlamıştır. Betonun yola serilmesinden, sıkıştırılıp perdahlanmasına kadar olan tüm işler önce A.B.D. de sonra Almanya, Belçika ve Japonya da makineler grubu ile gerçekleştirilmiştir. Beton yol teknolojisinde yaşanan hazır beton, kayar kalıp, geçirimli beton, lifli beton, ön gerilmeli beton, sürekli betonarme gibi yenilikler ve hızlı gelişmelerle beton kaplama, günümüzün modern yolları için asfalt kaplamalara karşı vazgeçilmez bir seçenek haline gelmiştir [2] Tanımlar Burada, üstyapı tipi seçimi metodolojisi konusu için gerekli tanımları vermekle yetinilecektir. Üstyapı: Trafik yükünü taşımak üzere tesviye yüzeyine (taban zemini üzerine) yerleştirilen tabakalı yol yapısıdır.

85 69 Esnek üstyapı: Devamlı olarak her noktada taban yüzeyi ile sıkı temas sağlayan ve yükleri taban yüzeyine dağıtan bir üstyapı şeklidir. Rijit üstyapı: Oldukça yüksek eğilme direncine sahip ve portland çimentosundan yapılmış tek tabakalı plak vasıtasıyla yükleri taban zeminine dağıtan üstyapı tipi. Taban zemini: Tesviye yüzeyi altında kalan, yarma veya dolgularla üstyapıyı taşıma gücüne etkisi olabilecek bir derinliğe kadar devam eden malzeme. Tesviye yüzeyi (taban yüzeyi): Yol üstyapısı ve banketlerin oturduğu yol altyapı zemininin üst yüzeyi. Alttemel: Temel tabakasını taşımak üzere taban zemini üzerine yerleştirilen, granülometrisi ve plastisite özellikleri belirli granüler malzemeden oluşmuş üstyapı tabakası. Temel: Alttemel veya taban üzerine hesaplanan bir kalınlıkta inşa edilen, belirli fiziksel özelliklere sahip tabaka veya tabakalar; temel tabakasının kaplamayı taşımak, gerilmeleri yaymak, iyi bir drenaj yemin etmek ve don etkisini azaltmak gibi işlevleri vardır. Kaplama tabakası: Üstyapının en üst tabakası olup genellikle asfalt betonu veya yüzeysel kaplamadan oluşur ve kaymaya, trafiğin aşındırmasına ve iklim koşullarının ayrıştırma etkisine karşı koyar. Seçme malzeme: Genellikle yol dolgularında taban zeminin oluşturmak üzere yol yarmasından veya ödünç ocaklarından elde edilen uygun özellikteki doğal malzeme [2].

86 70 Şekil 3.1. Esnek üstyapı enkesiti [2] Şekil 3.2. Rijit üstyapı enkesiti [2]

87 Rijit Üstyapılarda Kullanılan Malzemeler Giriş Klasik çimento betonu üst yapı tekniğinde karışım, yerine kalıplama ve vibrasyon yöntemiyle yerleştirilir. Böylelikle malzeme ve bileşenleri işlem sırasında karışıma zarar verici zorlamalara maruz kalmazlar. Bu olgu yapı bünyesine giren bileşenlerin en uygunlarının seçiminde olumlu yönde rol oynar. Sonuçta yerel malzemelerin en iyi kullanımı ve maliyetlerde tasarruf söz konusudur. Betonun bileşenleri çimento, mineral agrega, su, zaman zaman çelik donatı, işlenebilirliği arttıran veya prizi geciktirici kimyasal katkılardır. Bu etkenlere, betonun kürü için gereken malzemeler ve derz dolgu malzemeleri de eklenebilir. Belirtilen bileşenlerin her birinin yapıda ve karışımda, çok iyi tanımlanmış rolü ve etkisi bulunmaktadır. Ayrıca her bileşenin, amaçlanan özelliklerin elde edilmesinde önemli katkısı vardır. Bu nedenle her bir bileşenin karışımdaki görevinin gözden geçirilmesi, ilgili kural ve sınırlamaların tayini, kullanım sırasındaki özel koşulların belirtilmesi gerekli olmaktadır. Beton yol döşeme kalınlıkları genellikle 0,15 m den daha fazla olarak imal edilirler. Beton dökme tek geçişle gerçekleştirilirler. Bazı bileşenlerin tüketim değerleri son derece büyük miktarlara ulaşacağından, malzeme sağlanması, depolama alanlarının oluşturulması ve şantiyenin optimum düzeyde organizasyonu konularının son derece dikkatli incelenmesi gerekmektedir. Çizelge 3.1 çeşitli şantiye örnekleri için bir çalışma gününde, birim alanda (m 2 ) tüketilen malzeme ve bileşenlerin ortalama değerlerini vermektedir.

88 72 Çizelge 3.1. Malzeme ve bileşenlerin tüketim değerleri [4] Malzeme ve Bileşenler Yeni Yol Yapımı (Yüklü Trafik) e=25 cm; B=8 m; 1000m/gün m 2 ye 1 Günde Kullanılan Kullanılan Devlet Yolu (Takviye Çalışması) e=22 cm; B=8 m; 800m/gün m 2 ye 1 Günde Kullanılan Kullanılan Beton M 3 0, , Çimento kg İnce Taneli Malzeme kg Kum kg Çakıl kg Karma Suyu lt Yıkama Suyu lt Hava Sürükleyici kg 0,05 0, ,045 0, Akışkanlaştırıcı kg 0, , Donatı Demiri kg 0, ,12 0, Kayma Demiri kg 0, ,5 3, Kür Kimyasal Malzeme kg 0,15 1, , Derz Koruyucusu kg 0,015 0, ,015 0, Tabloda verilen değerlerin, şantiyede, özellikle agrega malzemesinin stoklanması bakımından ne denli önem taşıdığı görülmektedir. Diğer yandan şantiyede ön stoklama yapılamayacak çimento ve diğer kimyasal malzemeler için, düzgün ve üniform besleme sağlanması için ulaştırma organizasyonunun iyi etüt edilmesi gerekir [4] Çimento Beton yol üstyapı uygulanmasında standartlara ve uygun ve çabuk işlenebilme bakımından belirli ek koşulları sağlayan bazı çimento türleri kullanılmaktadır. Genel tanım olarak çimento, su ile karıştırıldığında, az veya çok akıcı niteliğe kavuşan, sadece suyun etkisiyle priz yapan, katılaşan ve nihayet sertleşen ince taneli malzemedir. Tane boyutları büyük oranda 90 mikronun altına düşürülmüştür.

89 73 Çimento, kimyasal yönden duyarsız iri çakıl, kırma taş, kum gibi mineral malzemelerin büyük miktarlarda ve değişik oranlarda bir araya gelerek katı bir cisim oluşturmasında bağlayıcılık rolü üstlenir. Teknik ve ekonomik yönden genel eğilim, ana bileşen olarak portland klinkleri yanı sıra, puzzonlanların, yüksek fırın cüruflarının ve termik santral uçucu küllerinin ikincil bileşen olarak kullanılmasıdır [4]. Özellikler Çimentonun bileşimine giren klinkler, puzzonlan, cüruf, tras, alçıtaşı, alçı ve uçucu küllerin doğal olarak az veya çok mertebede hidrolik ve/veya puzzonlanik özellik göstermeleri gerekir. - Hidrolik özellik bir bağlayıcının su yardımıyla priz yapmasını ve duraylı (stabil) bileşik oluşturma yeteneğini ortaya koyar. - Puzzonlanik özellik, kendi başına hidrolik bağlayıcı olmamasına rağmen ince öğütülünce normal sıcaklık altında, su yardımıyla kalsiyum hidroksidi bünyeye bağlama ve malzemeye hidrolik özellikler kazandırma yeteneğini ortaya koyar. Çimentonun karışımındaki ana görevi, katılaşacak betona mekanik mukavemetini sağlamaktır. Çimentonun ince taneli dokusunun, kalıba yerleştirilmiş betonun yoğunluğunun arttırılmasında ve priz öncesi karışımın işlenebilirliğinde önemli rolü bulunur. Betonun mukavemetinin yükseltilebilmesinde işlenebilirlik ve yoğunluk en önemli etkendir. Çimentonun hidratasyonu süresince, malzemenin rötre yapması ve ısı yayılması eşlik eder. Beton malzemesinde rötre, çimentonun su ile temasında başlar, ancak çimentonun bileşenlerinin fonksiyonu olarak, belirli bir süre sonra hızla gelişir. Betonun taşınması ve kalıba yerleştirilmesi işlemi bu bakımdan kısa sürede gerçekleştirilmelidir. Priz süresi, ısı oluşması ve

90 74 malzemenin büzülmesi büyük ölçüde çimento bileşenlerinin oranlarına ve tane inceliğine bağlıdır. Çimentolar su ile kimyasal reaksiyon sonucu, havada veya su altında katılaşıp serleşebildikleri için hidrolik çimentolar olarak isimlendirilirler. Su çimento kimyasal reaksiyonuna hidratasyon denir. Türkiye de üretilen ve TSE tarafından standartları belirlenmiş çimento türleri: - Portland Çimentoları (TS 19) Portland Çimentoları (PÇ), N/mm 2 (1 N/mm 2 =1 MPa=10 kgf/cm 2 ) cinsinden 28 günlük basınç dirençlerine göre: PÇ 32.5 PÇ 42.5 PÇ 52.5 olmak üzere üç tip altında toplanmışlardır. - Katkılı Portland Çimentosu (KÇ 32.5) (TS 10156) - Traslı Çimento (TÇ 32.5) (TS 26) - Beyaz Portland Çimentosu (BPÇ 32.5 ve BPÇ 42.5) (TS 21) - Yüksek Fırın Cürufu Çimento (CÇ 32.5 ve CÇ 42.5) (TS 20) - Uçucu Küllü Çimento (UÇK 32.5) (TS 640) - Süper Sülfat Çimentosu (SCÇ 32.5 ) (TS 809) - Sülfatlara Dayanıklı Çimento (SDÇ 32.5) (TS 10157) - Erken Direnci Yüksek Çimento (EYÇ 52.5) (TS 3646) - Harç Çimentosu (HÇ 32.5) (TS 22) Beton yollarda basınç direnci yeterli, eğilme çekme direnci yüksek, rötresi az ve yavaş priz yapan çimentolar tercih edilir. Bu çimentoların genel nitelikleri aşağıdaki paragraflarda verilmektedir. Portland çimentoları: Portland çimentosu klinkerinin kütlece yaklaşık %3 - %5 oranındaki alçı taşı (CaSO 4, 2H 2 O) ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen katkısız hidrolik bağlayıcılardır. Klinker kompozisyonu ve öğütme inceliği farkıyla PÇ 42.5 ve PÇ 52.5 oluşturulur.

91 75 Katkılı çimento 32.5: Kütlece en çok 19 kısım puzzolanik madde ile karşılıklı olarak en az 81 kısım portland çimento klinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Traslı çimento 32.5: Kütlece TS 25 e uygun kısım tras (puzzolanik madde) ile karşılıklı olarak kısım portland çimentosu klinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Yüksek fırın cürufu çimentolar: Ani soğutularak granül hale getirilmiş bazik yüksek fırın cürufu ile portland çimento klinkeri ve alçı taşının belirli oranlarda karıştırılarak öğütülmeleri sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcı maddelerdir. Karşılıklı karışım oranları % 85-% 31 cüruf ile % 15 - % 69 portland klinkeridir. Uçucu küllü çimento: Ağırlıkça karşılıklı oranları % 10 - % 30 Uçucu kül (TS 630 a uygun) ile % 90 - % 70 olan klinkerin alçı taşı ile birlikte öğütülmesi ile elde edilir. Süper sülfat çimentosu: Granül haldeki ani soğutulmuş bazik yüksek fırın cürufu ile içinde en az % 5 SO 3 iyonu bulunacak şekilde kalsiyum sülfatın, katalizör olarak da portland klinkerinin birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen çimentodur. Sülfatlara dayanıklı çimento: C 3 A miktarı en çok % 5 olan portland çimentosunun çimentosu klinkerinin bir miktar alçı taşı ilavesi ile öğütülerek elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Erken direnci yüksek çimento: Özel olarak üretilmiş klinkerin alçı taşı ile birlikte ince öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bağlayıcı türüdür. İki günde 30 N/ mm 2, 7 günde 40 N/mm 2, 28 günde 52,5 N/mm 2 direnç kazanırlar [4].

92 76 Çimento bileşenleri Portland çimentosunun kimyasal bileşiminin % 90 ını 4 ana karma kalsiyum ve silisyum oksitleri oluşturur. Bunların kimyasal formülleri ve kısaltılmış gösterimleri aşağıda verilmiştir. 3 CaO.SiO 2 = C 3 S Trikalsiyum silikat 2 CaO.SiO 2 = C 2 S Dikalsiyum silikat 3 CaO.Al 2 O 3 = C 3 A Trikalsiyum alüminat 4 CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 = C 4 AF Tetrakalsiyum alüminoferrit Döner fırında portland çimento klinkerinin üretimi sırasında; kalsiyum oksit, hammaddelerin diğer oksitleri ile birleşerek yukarıdaki karma oksitleri meydana getirir. Çimentonun suyla temas etmesi ile birlikte, bu 4 ana bileşen 5 aşamada özetlenebilen kimyasal süreç sonunda, priz yapan, katılaşan ve belirli süre sonunda basınç dirençleri yüksek değerlere ulaşan bir kütle oluşturur. Söz konusu 4 ana bileşenin en önemli özellikleri aşağıda belirtilmiştir: C 3 S : Hızlı bir şekilde sertleşir, esas olarak priz başlangıcı süresini ve erken dönemdeki direnci etkiler. C 3 S yüzdesi arttıkça çimentonun bu dönemdeki direnci daha yüksek olur. C 2 S : Serleşmesi yavaştır. Büyük oranda bir haftadan daha uzun dönemlerdeki direnç artışı üzerinde etkilidir. C 3 A : Bu bileşenin erken dönemdeki direnç gelişimi üzerine etkisi çok azdır. Klinkerin öğütülmesi sırasında katılan alçı taşı C 3 A nın hidratasyon hızını azaltır. Alçı taşı ilave edilmemiş C 3 A lı bir çimento süratli bir şekilde katılaşır. C 3 A yüzdesi düşük çimentolar özellikle sülfat ihtiva eden su ve zemine karşı dayanıklıdır.

93 77 C 4 AF : Klinkerin sıcaklığını düşürerek çimento üretimine yararlı olur. C 4 AF oldukça süratli bir şekilde hidrate olmasına rağmen direnç artışında etkisi çok azdır [8] Agregalar Mineral kökenli, genellikle 100 mm ye kadar çeşitli boyutlarda tanelerden oluşan malzemeye agrega denir. Betonun hacim bazında %60 - %75 ini, ağırlıkça da 4/5 ini agrega oluşturur. Agreganın karakteristikleri taze ve sertleşmiş betonun özelliklerini, karışım oranlarını ve maliyeti önemli ölçüde etkiler. Beton agregası doğal kum ve çakıl karışımlarından, ayrıca yapay kırma taş (mıcır) malzemeden meydana gelir. Doğal agregalar taş ocaklarından, kurak mevsimde dere ve göl yataklarından, deniz ve nehir tabanlarından, çöllerden elde edilirler. Bu takdirde agregalar yuvarlak biçimli olup, doğal kum veya çakıl olarak adlandırılırlar. Hedeflenen boyutların elde edilebilmesi için iri taş kütleleri konkasörde kırılıp agrega daha ufak tane boyutuna indirgenebilir. Bu durumda taneler köşeli ve pürüzlü yüzeyli olup, kırmataş mıcır veya kırma kum adlarını alırlar. Beton üretimine uygun nitelikteki bir agrega temiz, set ve sağlam olmalı, bu özelliklerinin yanı sıra suyun etkisiyle yumuşamamalı, dağılmamalı, çimentonun bileşenleri ile zararlı bileşikler meydana getirmemeli ve donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşürmemelidir. Beton üretiminde kullanılacak agregaların yuvarlak (küresel) biçimde olması, işlenebilirlik yeteneğini ve betonun doluluğunu (kompasitesini) arttıracak nitelik gösterir. Bu bakımdan vibrasyon yöntemiyle kalıba yerleştirilecek olan betonlarda yuvarlak biçimli doğal agrega tercih edilir. Aşınma tabakasını oluşturan üst betonda uygulanacak agreganın basınç direnci yüksek (en az 1500 kgf/cm 2 ), aşınma direnci büyük ve hava etkilerine

94 78 dayanıklı malzemeden sağlanması gerekir. Kırmataşın (mıcırın) tane biçimi, kübik forma yeterince yakın olmalıdır. Yassı ya da uzun tane formlu mıcırlar, betonun işlenebilme yeteneğini azaltırlar. Kırmataş yapımına uygun kayaç cinsleri granit, diyabaz, kuvars porfiri, kalker, andezit ve benzerleridir. Alt beton için gerekirse basınç direnci 800 kgf/cm 2 den az olmamak üzere tortul kayaçlar da kullanılabilir. Agreganın içinde %2 den fazla lemli, killi ve siltli toz kısmı varsa, bu agrega yığınının yıkanması gerekir. Yıkama sırasında ince agreganın bir kısmı kaybolacaktır. Bu nedenle yıkamaya gerek kalmayacak malzemenin kullanılması tercih edilmelidir. Agrega içinde organik maddeler, turba, humus, kömür ve linyit parçaları bulunmamalıdır. Çamur haline dönüşen yabancı madde miktarı, çöktürme deneyi yardımıyla bulunur. Organik madde yüzdesi de sodyum hidroksit eriyiği kullanılarak anlaşılır. Agregaların jeolojik kökenleri, bunların beton üretiminde kullanılıp kullanılmayacağını belirlemede önemli bir çıkış noktasıdır. Agreganın hangi kayaçtan oluştuğu petrografik, içinde hangi minerallerin bulunduğu ise mineralojik analizlerle ortaya çıkarılır. Çimento hamuru ile en iyi aderansı gerçekleştiren kayaçlar kalsiyum karbonatlar yani kalkerler, en kötü aderans düzeyini sağlayanlar ise kalsiyum sülfatlı kayaçlardır. Bazı agrega tipleri ıslanma kuruma sürecinde hacimsel sabitliği koruyamazlar. Diğer bazıları hava etkisiyle ufalanıp dağılabilirler. Agrega içinde sülfat ve klor iyonları bulunması, istenmeyen ve kontrolü mümkün olamayan kimyasal reaksiyonlara neden olabileceğinden bu tip agregalar beton üretiminde kullanılmamalıdır. Denizden çıkarılan agrega içinde bol miktarda midye ve istiridye kabukları, betonun donma çözülme direncini azaltırlar. Mekanik dirençleri de düşük olduğundan, kabuk oranı arttıkça donma ve çözülmedeki olumsuz etkileri çoğalır. Yol betonları gibi atmosfer etkisine doğrudan açık betonlarda bu tür agregaların kullanılmasından kaçınılmalıdır. Aktif silisyum içeren kayaçlardan gelen agregalar ise betonda

95 79 alkali agrega reaksiyonlarına neden olup, betonda çatlak oluşumuna yol açarlar [8]. Agregaların sınıflandırılması Agregada sınıflandırma, tane boyutlarına göre yapılır. 4 mm kare gözlü elekten geçen malzemeye ince agrega ve kum, bu eleğin üzerinde kalan malzemeye de iri agrega denir. Ocak taşlarının konkasörde kırılması sırasında elde edilen ve 0,25 mm kare gözlü elekten geçen malzeme taş unu veya filler adını alır. Taş unu, taze betonun kohezyonunun arttırılması amacıyla kullanılır. Rijit üstyapı betonlarında kırma kum kullanılması, ancak doğal kumun bulunmasında büyük güçlüklerle karşılaşıldığı zaman uygun görülmektedir. Bu durumda 4 mm den büyük taneler de kırma malzeme olabilir. Buna karşılık daha ince malzemenin kırılmamış doğal kökenli olması gereklidir [4]. İnce agregalar Tane boyutu 4 mm den küçük olan malzeme uygun bir dizilişle, iri agrega tanelerinin ara boşluğuna girmek suretiyle daha yoğun ve dolayısıyla daha dirençli bir bünye oluşmasında yardımcı olur. Değişik boyutlardaki ince agrega, kenar uzunluğu mm cinsinden verilmek üzere 0,25 0,50 1,00 2,00 4,00 mm kare gözlü 5 adet elekten elenmek suretiyle incelenir. Beton agregalarında, en düşük agrega boyutunun 0,25 mm (250 mikron) olarak saptanmasına rağmen, üç alt boyut bölgesi olduğu da unutulmamalıdır. Tane boyutu 250 mikron 60 mikron arasında kalan agregaya çok ince kum, 60 mikron 2 mikron arasında kalan zemine silt, tane boyutu 2 mikrondan küçük olan zemine de kil denir. Kil malzemesinin

96 80 beton üretiminde yeri yoktur. Silt ise toplam agrega içinde %5 ten fazla olmamalıdır. Beton agregasının bünyesinde, beton kumu adı verilebilecek 0 ile 4 mm çaplı tanelerin özel bir önemi vardır. Bu ince kısım, çimento ile birlikte harcı meydana getirir. Çimento harcı daha büyük boyutlu taneleri birbirine yapıştırır ve bunların arasındaki boşluğu doldurur. Betonun direnci, bu harcın kalitesine ve agrega içindeki oranının yeterliliğine bağlıdır. Bu nedenle 0 ile 4 mm boyutlu beton kumunun tane dağılışının da belirtilmesi çoğu kez gerekli olmaktadır. İnce agregalar, beton karışımında; 1. Granülometrinin ayarlanması ve sonuçta betonun doluluğunun iyileştirilmesi 2. Bağlayıcılık özellikleri varsa (puzzolan ve tras gibi) klinkerin bağlayıcılık potansiyelinin arttırılması gibi 2 önemli rol üstlenmektedir. Çoğunlukla kullanılan ince agregalar, kökenleri bakımından 4 sınıfta toplanabilirler: 1. Kalker fillerleri 2. konkasördeki kırma sonucu oluşan taş unları (taş tozları) 3. Öğütülmüş cüruflar 4. Uçucu küller İlk iki sırada belirtilen ince agregalar optimum granülometri ayarlanmasında, diğer iki sırada belirtilenler de bağlayıcılık özellikleri nedeniyle beton direncinin arttırılmasında kullanılırlar. Kalker fillerleri, doğal kalker kayaçlarından, taş unları da diğer jeolojik kökenli kayaçlardan elde edilen malzemenin kırılması ve öğütülmesi yoluyla üretilirler. Taş unları kırmataş üretimi sırasında yan ürün olarak da elde edilir. Yüksek fırın ve termik santral

97 81 atıklarının öğütülmesi ile ince taneli puzzolan elde edilir. Cürufların kimyasal bileşimleri ilkel malzemenin kökenine ve üzerinde yapılan işlemin türüne göre çok değişken yapıdadır. İnce taneli malzeme olarak uçucu küller yine termik santral baca gazları ile sürüklenen taneciklerin elektrofiltre ve siklonlarda tutulması yöntemiyle geri kazanılırlar. Öğütülmek suretiyle elde edilen filler ve cüruflarda tane çapları mikron, uçucu küllerde ise 0,5 200 mikron arasında değişir. Genellikle sürekli granülometriye sahip malzemelerdir. Öğütmede kullanılan uçucu küller santraldeki yakma yöntemine ve yakılan katı yakıtın geldiği ocağa bağlı olarak, çok değişken biçimde olmaktadır. Uçucu küller alkali reaksiyon (8<PH<11) gösteriler. Kuru, gri renkte ve ince toz görünümünde olurlar. Şantiyedeki kullanım aşamasında doğa koşullarına uzun zaman terk edilmiş uçucu küller kullanılmalı, depolama alanları yağış suyu birikmelerini önleyecek biçimde drene edilmiş olmalı, kullanım aşamasında su içeriği duyarlı olarak saptanmalı, karıştırıcıya yüklenirken dozaj ayarının bozulmamasına özen gösterilmeli ve topraklaşma giderilmelidir [4]. İri agregalar Beton agregası analizi ile ilgili TS 706 da tanımlanmış olan elek dizisinde 4 mm kare eleğin üzerinde kalan agrega taneleri iri agrega olarak adlandırılır. Değişik boyutlardaki bu tanelerin birbiri üzerine yerleşmelerinin betonun yoğunluğu üzerinde önemli ölçüde etkisi bulunmaktadır. Ölçüler mm olmak üzere iri agrega için elek delikleri, kare gözlü olmak kaydıyla 4,0 8,0 16,0 31,5 mm olarak sıralanmıştır. Elek gözü boyutları bir önceki boyutun iki katıdır. Bu özellik eleklerin grafik gösterimini kolaylaştırmaktadır. Logaritmik bölümlenmiş apsis ekseni üzerinde elek aralıkları eşit alınır. Çizelge 3.2 beton agregalarının tür sınırlarını özetlemektedir.

98 82 Çizelge 3.2. Beton agregasının sınıflandırılması [4] Türü İnce Agrega İri Agrega 16,0 31,5 Elekte Elekten Yapay Malzeme Doğal Malzeme Kalan (mm) Geçen (mm) (Öğütme-Kırma) - 0,25 Filler-Silis Dumanı Taş Unu-Uçucu Kül Öğütülmüş Cüruf 0,25 0,50 0,50 1,0 İnce Beton Kumu İnce (Kırma) Beton Kumu 1,0 2,0 İri Beton Kumu İri (Kırma) Beton Kumu 2,0 4,0 4,0 8,0 İnce Beton Çakılı Beton Mıcırı 8,0 16,0 Beton Kırmataşı 31,5 İri Beton Çakılı Beton Kırmataşı Uygun agrega karışımı sağlanması Uygun karışımın sağlanması, önce agreganın elek serisinden elenip, tane boyutu sınırlarına göre kümelenmesi, daha sonra standartlarla saptanmış küme miktarlarına göre ilgili boyut eksikliklerinin hesaplanması ve gereken miktardaki agrega kümesinin eklenmesi yöntemiyle gerçekleştirilir. Sistemin kontrolü standart granülometri (tane dağılımı veya gradasyon) eğrileri ile karşılaştırılarak yapılır. İncelemede belirli tane boyutundaki kümelerin yüzde olarak, yığın içinde hangi oranlarda bulundukları saptanır. İri agrega için en az 5,0 kg, ince agrega için en az 1,0 kg olmak üzere agrega örneği elek serisinden elenir. Eleme en büyük boyutlu elekten başlanarak yapılır. Elek üzerinde kalan miktarlar ölçülür. Bu ölçümler yardımıyla her elek üzerinde kalan yığışımlı değerler ağırlık ve yüzde olarak hesaplanır. Daha sonra elek altına geçen yüzdeler hesaplanır. Sonuçlar grafik üzerinde gösterilerek granülometri eğrisi çizilir. Granülometrisi eğrisi özellikleri hatırlanmak amacıyla gözden geçirilirse: 1. Eğri kırık çizgilerden oluşur. 2. Eğri daima artan bir eğridir. Nadiren yatay kısımlar içerik.

99 83 3. Birbirini izleyen 2 göz boyutuna karşı gelen ordinatların farkı, iki elek arasında kalan malzeme miktarının yüzdesini verir. 4. Seçilen elek sitemindeki tüm eleklerde ordinat değeri hesaba katılır. Örneğin, 4,0 mm elekte ordinat 0 ise 2,0-1,0-0,5 ve 0,25 mm eleklerde de geçen miktar 0 dır; veya 8,0 mm den geçen %100 ise 16,0 mm ve 31,5 mm den geçen malzeme miktarı %100 dür. 5. Eğri %100 eksenine yaklaştıkça agrega yığını ince tanelidir. %0 eksenine yaklaştıkça iri taneli olur. 6. Granülometri eğrisindeki yüzde değerleri ağırlık oranlarıdır. Tüm tanelerin özgül ağırlıkları sabit ise yüzdeler hacim oranları olarak kabul edilir. İncelik Modülü: Agrega tanelerinin analizi granülometrik eğri ile ayrıntılı bir biçimde yapılabilmektedir. Bununla birlikte granülometri eğrisini bir sayıya indirgemek mümkün olmaktadır. İncelik modülü eğri ile %100 ekseni arasında kalan alanı belirten bir değerdir. İM = ( (100 Granülometri Ordinatları )) / 100 bağıntısı ile verilir. İncelik modülü büyüdükçe agrega iri taneli, küçüldükçe ince taneli olarak nitelik kazanır. Agreganın granülometrik yapısı, üretilecek betonun doluluğuna (kompasite), mekanik direncine ve geçirimliliğine etki eder. Bu nedenle iri taneler arasında kalan boşluğun daha ufak çaplı tanelerle doldurulması ve bu işlemin belirli bir düzen içerisinde tekrarlanması gerekir. Agrega yığınının az boşluklu olması taşıyıcı iskeletin sıkı ve dirençli olmasını sağlar. Ayrıca çimento hamuru miktarında azalma ve dolayısıyla çimentoda ekonomi sağlanmış olur. Diğer taraftan tane boyutları küçüldükçe toplam yüzey alanı artar. Beton üretiminde bu yüzeylerin ıslatılması gerekli olacağından ince agrega kullanıldığında, su tüketimi fazla olacaktır. Fazladan katılan su, prizden sonra zamanla buharlaşacak ve yerine boşluk bırakacaktır. Boşluklu beton da düşük direnç gösterecektir.

100 84 Kullanılacak suyu azaltmak için agregayı irileştirmek, çimento taneleriyle oluşacak kohezyonu azaltmak, ayrıca doluluğu düşürmek anlamına gelecektir. Maksimum kompasite ve minimum yüzey alanı çelişkisinde optimum çözüme varmak için yapılan çalışmalarla referans eğrileri olarak isimlendirilen ideal granülometri eğrileri tayin edilmiştir. TS 706 ile ülkemizde Şekil 3.1 de verilen A 32, B 32, C 32 referans eğrileri kullanılmaktadır. Bu eğriler agrega içindeki maksimum tane boyutunun 31,5 mm olması durumunda kullanılır. Daha iri boyuttaki agregalar karışım içinde %5 oranını aşmamalıdır. Agrega karışımının granülometrisi A 32 B 32 eğrilerinin sınırladığı bölge dahilinde kaldığında, elde edilen beton yeterli bir döküm + yerleştirme + koruma işlemi sonunda iyi direnç kazanır. Şekil 3.3. TS 706 Beton agregası referans eğrileri [4] 0 mm ile 0,25 mm arasında kalan tanelerin oranı, betonun işlenebilirlik özelliğine etkir. Plak (döşeme) yüzeyinin kapalı olması ile yakından ilgilidir. Bu oranın düzeltilmesi gerekirse, hesap yolu ile karışıma ince öğütülmüş kalker unu veya tras eklenir. Tabaka kalınlığı uygun olursa, 50 mm

101 85 maksimum boyutlu iri agrega, yukarıda belirtilen oranı aşmamak koşuluyla kullanılabilir. Bu takdirde A 32 ve C 32 eğrilerinde 8 mm tane boyutuna karşı gelen, sırasıyla %38 ve %77 ordinat noktaları 50 mm tane boyutu için oluşan %100 eksenine birleştirilerek en iyi bölge ve kullanılır bölge sınırları genişletilir. Bu tip iri agregalı betonda işlenebilirlik yeteneğinin arttırılması için 0 mm 0,25 mm arsındaki tanelerin, toplam agreganın %2 sine kadar çoğaltılması mümkündür. Tek tabakalı dökümde maksimum tane boyutu 70 mm ye kadar çıkabilir. Referans eğrilerinde benzer düzeltme yapılmalıdır. Betonda maksimum tane boyutu, kalıpta yerleşeceği bölgeye ve donatı sıklığına bağlıdır. Yol betonlarında yerleştirme problemi bulunmadığından, tabaka kalınlıkları nazara alınarak maksimum tane çapı genellikle D = 40 mm alınır. Ancak pratikte çap değerinin 60 mm, hatta 70 mm ye kadar arttırıldığı gözlenmiştir. Diğer ülke standartlarında olduğu gibi Türkiye de de TS 706, ideal granülometri eğrisi yerine ideal granülometri bölgeleri tanımlamaktadır. Zira ideal tek granülometri eğrisine yaklaşmak ve bunun için karışım oranları tayin etmek uzun, yorucu ve çoğu kez imkansız olmaktadır. İdeal bir granülometri eğrisi olarak A 32 B 32 sınırlarını ortalayarak geçen eğriler kullanılabilir. Böyle bir eğrinin granülometri ordinatları ve incelik modülü aşağıdaki Çizelge 3.3 de verilmiştir. Çizelge 3.3. İdeal granülometri eğrisi ve incelik modülü [4] Elek Boyutu (mm) 31,5 16,0 8,0 4,0 2,0 1,0 0,5 0,25 A 32 B 32 Ortasından geçen eğride yüzde oranları İncelik Modülü = 4,83

102 86 Yukarıdaki tablodan betonda maksimum doluluğu yani kompasiteyi elde etmek için tane boyutları arasında sürekliliğin olması gerektiği izlenimi ortaya çıkabilir. Ancak dolu bir betonun üretilmesi için daima ideal granülometri gerekmeyebilir. Yapılan inceleneler orta irilikte taneler içermeyen agreganın da yüksek doluluk oranı sağlayabileceğini göstermiştir. Bu tür tane dağılımlarına kesikli veya süreksiz granülometri denmektedir. Bu olumlu niteliklerine rağmen yüksek doluluk sağlayan kesikli granülometrili betonların kalıba yerleştirilmelerinde güçlük çıkmaktadır. Agrega karışımının ideal granülometri eğrisine yaklaştırılması için eldeki agregaların hangi oranlarda karıştırılması gerektiği problemi çözüme kavuşturulmalıdır. Bu araştırma hesap veya grafik yöntemler yardımıyla sonuçlandırılır. Herhangi bir agrega malzemesinin bileşiminin beton yapımına uygun olup olmadığını anlamak için, ocaktan 50 kg kadar örnek alınır. İyice karıştırıldıktan sonra, ince kısımdan 3000 gr lık örnek ve çakıl malzemeden de (4 mm den büyük malzeme) 5000 gr lık üç örnek ayrılır. Bu örnekler önce iyice kurutulduktan sonra 0,25 0,50 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 ve 31,5 mm lik eleklerden elenerek her elekte kalan kısmın ağırlığı bulunur. Kum ve çakıl malzemesi nem çekecek olursa hacimleri önemli oranda artar. Örnek olarak; çakılda %5 nem, hacmin %14 kadar artmasına neden olur. Agrega malzemesinin nem değerinin değişmesi, hacim esasına göre yapılan bileşimi çok değiştirebileceğinden, beton agregası ağırlık oranlarına göre saptanmalıdır [4]. Granülometri bileşiminin beton özellikleri üzerine etkisi Beton, bir yapı elemanı malzemesi olarak düşünüldüğünde, yüksek basınç değerine sahip olması aranır. İstenen dirence erişmek için betonun üretiminde bazı koşulların yerine getirilmesi gerektiği anlaşılmıştır. Karma suyu miktarı direnç üzerinde önemli etki yapmaktadır. Su miktarı arttıkça dirençte azalmalar gözleneceğinden, su miktarının en az düzeyde tutulması arzu edilir. Karma suyu hem hidratasyon suyunu, hem de agrega yüzeyini

103 87 ıslatmayı temin edeceğinden agrega granülometrisi önem kazanmaktadır. Diğer taraftan boşluklu betonun direncinin yüksek olamayacağı bilindiğine göre, betonda doluluğun (kompasitenin) mümkün mertebe fazla olması istenir. Bu olgu ise betonu oluşturan agreganın doluluğunun yüksek değerlere ulaşması ile sağlanabilir. Agreganın doluluğunun granülometrik bileşim ile sıkı sıkıya bağlı olduğu söylenebilir. Agrega doluluğunun kullanılacak çimento dozajı üzerinde de etkisi mevcuttur. Düşük doluluktaki agregayı sarmak ve betondaki fazla boşlukları doldurmak için çimento miktarının arttırılması gerekmektedir. Bu özellik betonun birim maliyetini arttırıcı nitelik sergiler. Betonun kalıba yerleştirilmesi aşamasında işlenebilir olması önem kazanmaktadır. Agreganın granülometrik bileşiminin, betonun işlenebilirlik yeteneği üzerindeki rolü büyüktür. İyi oluşturulamayan agrega bileşimi ile üretilen beton kalıba yeterli bir şekilde yerleştirilemez ve yüksek direnç kazanamaz. Granülometrik bileşimi yetersiz olan agrega ile üretilmiş betonda direnç düşük değerler alacağından, bu olumsuzluğu gidermek için kullanılacak çimento ve dolayısıyla su çatlak oluşumunu hızlandıracak, ayrıca betonun boşluklu olmasına yol açacaktır. Betonun kalıba yerleştirilmesi sırasında kolay hareket ettirilmesini, kalıba üniform yayılmasını, dar ve sıkışık yerlere girebilmesini sağlamak, bu arada üretim homojenliğini ve kohezyonunu kaybetmemesini, ayrıca mümkün olduğunca az boşluk bırakarak kalıba yerleşmesini temin etmek için 0,25 mm den daha ufak boyutlu tanelerin bulunması gerekmektedir. Bu ihtiyacın çimento taneleri tarafından karşılanması yerine agrega ile sağlanması tercih edilir. O halde agrega tane dağılımında bu özellik dikkate alınmalıdır. Diğer taraftan agrega bileşimi içindeki maksimum tane boyutu (D) yapı elemanının boyutlarına göre seçilmelidir. Bu seçim tane dağılımını değiştirecek niteliktedir [4].

104 Su Bir beton yol şantiyesinde, su aşağıda belirtilen 4 ana çalışma alanında kullanılır: - Beton üretiminde ve karıştırıcının yıkanmasında. - Beton taşıyıcıların veya transmikserlerin yıkanmasında. - Döküm sırasında temel tabakasının ıslatılmasında, karışıma su eklenmesinde. - Derzlerin oluşturulması sırasında ve betonun kürü aşamasında. Beton üretiminde kullanılan karma suyu ve yıkama suyu miktarları Çizelge 3.1 de verilmiştir [4]. Betonun karma suyunun özellikleri Beton karışımının üretilmesinde kullanılan suya özel itina gösterilmesi gerekmektedir. Çünkü beton malzemesinin önemli bileşenlerinden biri olan karma suyunda bulunabilecek eriyik ve askıdaki çeşitli maddeler çimentonun priz sürelerini, betonun direncini ve işlenebilme yeteneğini etkileyebildikleri gibi, beton yüzeyinde lekelenmelere ve donatının korozyonuna yol açabilmektedir. Çeşitli standartlarda veya şartnamelerde genelde betonun karma suyundan istenen nitelik içilebilir su olmasıyla belirtilmektedir. Bu tanım, karma suyunda beton özelliklerini olumsuz etkileyebilecek ölçüde zararlı madde bulunmaması gerektiği anlamına gelmektedir. Eğer beton karışım suyunun niteliğinden şüphe ediliyorsa laboratuarda suyun kimyasal analizi yaptırılabilir veya bu suyla üretilen betonun direnci, kalitesinden emin olunan suyla üretilen özel örnek betonun direnci ile karşılaştırılır. Beton karma suyuyla ilgili olarak TS 500 ve TS 1247 standartlarında çeşitli kısıtlamalar getirilmiştir. Bu standartlarda betonarme betonunda kullanılacak karma suyunda asitli ortam bulunmaması yani ph değerinin 7 nin üzerinde

105 89 olması istenmektedir. Karma suyundaki asitli ortam, çürümüş bitki köklerinden oluşan hümik asitten kaynaklanır. Bu asit priz olayını geciktirir. Suya kanalizasyon karışıyorsa, şeker ve nişasta gibi organik maddelerin olası varlığı priz geciktirici rol oynar. Endüstriyel bölge atık sularında rastlanabilecek ağır metal oksitleri ve tuzları (Hg, Pb, Zn) priz süresini etkiler. Olası deterjan ve likit yağ kirlenmeleri, karma suyunun priz, katılaşma ve sertleşme üzerindeki rolünü geriletir. Manganez, magnezyum, amonyum ve tuzları, hidrate olmuş çimento bileşenlerini iyon değişme yolu ile tahrip ederler. Donatı demirlerinin paslanmasına yol açacak klor ve sülfat iyonlarının üst sınırları sırasıyla 0,5 gr/lt ve 1 gr/lt dir. Aşındırıcı özellik taşıyan karbonik asit ve priz geciktirici yağların karma suyunda bulunmaması gerekir. Bulanık suların, bulanıklığa neden olan askıdaki kil ve silt gibi maddelerin miktarı 2 gr/lt den fazla değilse beton karışım suyu olarak kullanılmasına izin verilmektedir. Çözülmüş tuzlarda bu sınır bir miktar yüksek tutulabilir. Yukarıda belirtilen hususlar dikkate alınarak, deniz suyu beton karma suyu olarak kullanılabilir. Deniz suyu ile üretilen betonlarda priz gecikir, ayrıca basınç direncinde de %20 ye varan düşüşler görülür. Bununla birlikte deniz suyunun beton basınç ve çekme direncini arttırdığını belirleyen çalışmalar da mevcuttur. Deniz suyu kullanmanın önemli bir sakıncası özellikle sıcak havada ve rutubetli ortamlarda betonarme donatısının korozyonuna neden olabilmesidir. Deniz suyu ile beton üretimine karar verildiğinde, donatının korozyon riskini azaltmak açısından betonarme elemanlarda pas payı yeterli kalınlıkta tutulmalı ve bunun yanı sıra beton üretimine gerekli itina gösterilmelidir. Betonun korunması (kürü) sırasında kullanılan suların, karma suyunun özelliğinde olmasına dikkat edilmelidir. Karma suyunun sağlanacağı kaynak (pınar, şehir şebekesi, akarsu veya göl) kesinlik kazandıktan sonra su kalitesi üzerinde yetersizlik veya en azından

106 90 kirlenme seziliyor ise karma işlemine başlamadan önce kalite kontrolü yapılmalıdır. Suyun kalite kontrolü için laboratuar teknikleri yanı sıra Arı Suyla Karşılaştırma Yöntemi kullanılır. Bir yandan şantiye için öngörülen karma suyu diğer yandan arı su kullanılarak çimento harcı numune grupları üretilir. Karma suyu dışında kalan tüm özellik, oran ve işlemlerin her iki grupta sabit kalmasına özen gösterilir. Numune grupları üzerinde başta basınç direnci deneyi olmak üzere çeşitli mekanik deneyler uygulanır ve sonuçları saptanır. Elde edilen her iki grup değer arasında farklılıklar oluşuyorsa kullanılması öngörülen karma suyu reddedilmelidir. Karma suyu oranı beton direnci ilişkisi Yapılan araştırmalar, karma suyunun bir optimum değeri için direncin maksimum olduğunu ve su miktarının bundan gerek daha az ve gerekse daha fazla olması durumunda direnç değerinin bir kısmının kaybolduğunu göstermiştir. Karma suyu, uygulamada genellikle bu optimum miktardan biraz daha fazla kullanılır. Bu fazlalık, elde edilecek betonun kullanılacağı amaca göre saptanır. Şekil 3.4 de su yüzdesi ile beton direncinin ilişkisi gösterilmiştir [8]. Betonun yoğrulması için, karışıma eklenmesi gerekli olan su miktarı aşağıdaki etkenlere bağlıdır: - Agreganın mineralojik özellikleri ve suya karşı ilgisi - Agrega içindeki nemin değeri - Kullanılan çimentonun cinsi

107 91 Şekil 3.4. Karma suyu yüzdesi beton direnci ilişkisi [4] Karma suyunun bu etkenlere göre çok incelikli bir biçimde saptanması ve beton üretimi sırasında sürekli olarak denetimi ve ayarlanması gereklidir. Deneysel yoldan belirtilecek olan bu miktar sonuç olarak uygulanan işlenme ve sıkıştırma yöntemleri ile orta yumuşaklıkta, hafif plastik kıvamlı ve üst yüzeyi kapalı bir manzara gösteren beton elde edebilecek şekilde ayarlanır. Su ağırlığının çimento ağırlığına oranına Su/Çimento faktörü veya oranı adı verilir. Bu oran 0,3 ile 0,6 arasında olabilir. Ancak mümkün olduğu kadar küçük olması gerektiği de unutulmamalıdır. Eklenmesi gereken su bu yöntemle belirtilecek miktardan, kullanılan agreganın içindeki nem değeri çıkarılmak sureti ile elde edilir. Agrega figürelerinin yüzeyi, iç kısmına göre çoğunlukla daha kuru durumda bulunduğundan beton yapımı sırasında sık sık agreganın nem içeriğinin saptanması ve eklenecek su miktarının ayarlanması gerekir. %6 su ihtiva eden bir betonu sıkıştırmak için dikkat ve özen gösterilecek bir sıkıştırma işlemi gereklidir. Su miktarı artarsa yumuşak beton elde edilir. Bu beton kendiliğinde sıkışır ve hafif bir vibrasyon, kitlenin tamamen yerleşmesine yeter. %7 suyla böyle bir kıvam elde edilebilirse de bazen %8 e çıkmak gerekir. Betonun yumuşaklığı eğimli kısımlarda akmadan durabilmesi ile sınırlıdır. Böyle bir betonun yayılma miktarı cm arasında değişir.

108 92 15 kg lık bir tokmağın batma derinliği 4cm kadardır. Yumuşak betonun verimi %6 su ihtiva eden betondan daha düşüktür. TS 802, değişik granülometriye sahip betonlar için, agrega türü ve geometrisi ayrımı yapmadan, betonun hazırlanması aşamasında kullanılacak karma suyu miktarlarını vermiştir. Birçok kaynakta, deneysel olarak saptanmış değerleri içeren tablolar bulunabilmektedir. Bu değerler ilk yaklaşım için kullanılabilirse de, beton üretimi öncesinde gerçek malzemeler kullanılarak üretilen deneme betonundan elde edilen optimum su miktarı ile değiştirilmelidir [4] Donatılar Klasik betonarmede, eğilme momentleri nedeniyle yapı elemanı üzerinde oluşan çekme gerilmelerinin beton yerine donatı ile karşılanması öngörülür. Betonun kusur olarak kaydedilebilecek olan özelliği, çekme gerilmeleri altında direncinin basınç gerilmeleri altındaki direncinden çok küçük olmasıdır. Basit çekme altında betonun direnci, basit basınç altındaki direncinin 1/10 1/12 si düzeyindedir. Kırılma birim boy değişimleri de basınç altında 0,002 ve basit çekme durumunda yine bunun 1/10 u kadar yani, 0,0002 mertebesindedir. Betonun bu sakıncalı davranışı, taşıyıcı bir yapı elemanının kesitinde meydana gelen çekme gerilmelerini alacak şekilde taşıyıcı sistemin çekme bölgelerini çelik çubuklarla donatmak suretiyle giderilmiş bir betonarme olarak tanımlanan cisim oluşturulmuştur. Beton ile çeliğin arasındaki aderans nedeniyle beraber çalıştığı bu karma cisimde, çekme gerilmelerinin tamamı donatı tarafından, basınç gerilmelerinin tümü veya önemli bir kısmı beton tarafından alınmaktadır. TS 500 de donatının tanımı, belirtilen ilke ışığında betonla birlikte çalışmak üzere, yapı elemanlarının betonun içinden sıyrılmayacak bir biçimde yerleştirilmiş çelik çubuklar ifadesiyle verilmiştir.

109 93 Bu genel ilkenin yanı sıra, yol betonlarında kullanılan donatıların diğer bir işlevi de, betonun rötresinden kaynaklanan şekil değiştirmelerin ve kılcal çatlakların, beton ve donatı arasındaki aderansın yardımıyla, uniform olarak dağıtılmasıdır. Bu durumda yüksek aderans sağlayan donatı tipleri seçilmelidir. Beton yol inşaatında diğer bir donatı kullanma alanı da, derzlerdir ve düşey yük transferinin sağlanması için kayma demirleri kullanılır. Bu demirlerin çapları plağın kalınlığına bağlı olarak 20 mm den fazla seçilir. Boyları genelde cm dir. Demirin yüzeyi kaymayı sağlamak için nervürsüz olmalıdır. Sertleşmiş betonun içinde, plağın genleşmeden kaynaklanan şekil değiştirmesine engel olmamak için plastik veya bitümlü bir film tabakası ile kaplanmış olurlar. Derzlerin veya çatlakların zamanla açılıp genişlemelerini önlemek amacıyla kullanılan donatılara bağlantı demiri denmektedir. Yüksek aderanslı olan bu tip donatılar genellikle 12 mm çaplı ve en az cm uzunluğunda olurlar. Sürekli betonarme yol tekniğinde kullanılan plak donatıları da yüksek aderanslı türden seçilirler. Kullanılan demir çapları mm dir. Firkete boyları genellikle m dir. Beton yol tekniğinde kullanılan diğer bir donatı türü de kaynak ile çubukları bağlanmış prefabrike hazır demirlerdir. TS 500 de öngörüldüğü biçimiyle beton çubukları ve beton çelik hasırlarına ait fiziksel ve mekanik özellikler Çizelge 3.4 de özetlenmiştir. Donatı uygulamalarının yer aldığı beton yol üstyapılarında tabloda belirtilen sınır değerler nazara alınmalıdır. Kayma ve bağlantı demirlerinin üretimleri ve yerleştirme teknikleri derzlerle ilgili bölümde verilmiştir [4].

110 94 Çizelge 3.4. Beton çelik çubukları ve çelik hasırları sınıflarndırma ve özellikleri [4] Ürün Beton Çelik Çubukları Beton Çelik Hasırları Tipleri Düz Nervürlü-Profilli Düz Profilli Nervürlü Simgeleri BÇIa BÇIIIa BÇIIIb BÇIV BÇIV BÇIV BÇIV Anma Çapı Ø (mm) Minimum Akma Sınırı kgf/cm 2 (N/mm 2 ) Maksimum Akma Sınırı kgf/cm 2 (N/mm 2 ) Minimum Çekme Direnci kgf/cm 2 (N/mm 2 ) Minimum Birim Kopma Uzaması (%) 2200 (220) 4200 (420) (320) (570) (340) (500) 4200 (420) 4200 (420) 5000 (500) 5000 (500) 5500 (550) 5000 (500) (500) (500) (550) (550) (550) (550) Beton katkı maddeleri Çimento ağırlığının en çok %5 i kadar bir oranda betona eklenen kimyasal katkı maddeleri, betonun bazı özelliklerini iyileştirmek veya betona ek yeni özellikler kazandırmak amacını taşırlar. TS 3452 ve TS 3456 da tanımları, özellikleri ve kullanım ilkeleri düzenlenmiş olan beton katkı maddeleri toz halinde veya sıvı olarak kullanılırlar. Toz halinde elde edilebilen türlerinin, beton karıştırıcısına verilmeden önce sulandırılmaları gerekir. Çok sayıda ve çok farklı amaçlar taşıyan katkı maddeleri üretilmektedir. Katkı maddeleri konusunda şu ana prensipler unutulmamalıdır: 1. Kurallarına uygun üretilmeyen bir betonu katkı maddeleri ile iyileştirmek imkansızdır. Önce beton katkısız durumda yeterli niteliklere sahip olmalıdır. 2. Piyasada satılan tüm katkıların kendilerinden beklenen işlevleri yerine getirmesi olasıdır. Ancak katkı ile çimento ve hatta agregaların uyuşması gerekir, bu uyuşum önceden yapılacak deneylerle kanıtlanmalıdır. 3. Satıcıların önerdikleri katkı miktarları da her özel durum için gerekli olmayabilir. Bu oranların da ön deneylerle kontrolü gerekmektedir.

111 95 4. Katkılarda ana işlevler yanında ikincil işlevler de olabilir. Bu ikincil etkiler negatif yönde de olabilir, yani betonun niteliklerini bozabilir. Bu hususun gözden uzak tutulmaması gerekir. 5. Birden fazla katkı aynı zamanda kullanıldığında beklenen iyileştirici sonuçlar azalabilir ve hatta kaybolabilir. Bu hususun olmadığının da ön deneylerle saptanması zorunludur. Çeliği paslanmadan koruyan, böceklenmeyi önleyen, betonu renklendiren, gaz oluşturan ve pompalamaya yardımcı katkıların yanı sıra asıl ürünler şu ana gruplar içinde toplanabilir: 1. Akışkanlaştırıcı (su kullanımını azaltıcı) katkılar 2. Süper akışkanlaştırıcılar 3. Prizi hızlandırıcı katkılar 4. Prizi geciktirici katkılar 5. Hava sürükleyici katkılar 6. Geçirimliliği azaltıcı katkılar Katkıların sağladığı genel yararlar Bu yararlar taze betonda ve sertleşmiş betonda olmak üzere iki ayrı grupta incelenir: Taze betondaki katkı maddeleri: - Hidratasyon için gereken su haricindeki, işlenebilirlik için tüketilecek su miktarını azaltırlar. - Su miktarını arttırmadan işlenebilirliği arttırırlar. - Su miktarını azaltarak betona direnç artışı sağlarlar. - Direnci ve ilenebilirliği düşürmeden çimento tasarrufu sağlarlar. - Döküm aşamasında segregasyonu önler veya azaltırlar. - Hazır betonun pompalama güçlüğünü ortadan kaldırırılar.

112 96 - Betonun kür süresini azaltırlar. - İstenen süre dahilinde betonun plastik halde kalmasını sağlarlar. - Kohezyonu artırırlar. - Beton yüzeyindeki terlemeyi azaltırlar, kılcal çatlakların oluşumunu en az düzeye indirirler. - Tüm iklim koşullarında betonun üretilebilmesine ve dökümüne olanak sağlarlar. Sertleşmiş betondaki katkı maddeleri: - Erken kalıp alabilmeyi kolaylaştırırlar. - Betonun ilk ve son direncini arttırırlar. - Dayanıklılığı arttırırlar. - Aşınma yüzdesini azaltabilirler. - Geçirimsizliği arttırırlar. - Yoğunluğu arttırırlar. - Malzeme ve işçilikte tasarruf sağlarlar. - Beton ve donatının aderansını artırılar. - Donatı korozyonunu önlerler. - Sülfatların etkisine karşı dayanıklılık sağlarlar. Yukarıda belirtilen kimyasal katkıların çimento ağırlığına göre %5 ten daha fazla kullanılmasına izin verilmez. Bu bakımdan uçucu kül, silis dumanı gibi puzzolanik mineral maddeler, çimentoya ilave edilerek kullanılan bağlayıcı maddeler olarak anılan yüzdenin haricinde düşünülmelidir. Beton üretiminde kullanılması düşünülen katkı, ilgili standart şartlarını sağlamalıdır. Katkı üreticisinin tavsiye ettiği katkı miktarının geçerli olup olmadığı laboratuarda deneme karışımları üretilerek muhakkak kontrol edilmelidir.

113 97 Kimyasal katkı grupları ve kullanım amaçları Normal akışkanlaştırıcı ve süper akışkanlaştırıcı katkılar Normal akışkanlaştırıcı (NA) katkılar en çok yararlanılan katkı grubunu oluşturur. Çoğunlukla kağıt üretiminde yan ürün olarak elde edilen sodyum ve kalsiyum linyosülfonatlardır. Ayrıca içeriklerinde patent madde bulunur. Çimento ağırlığının %0,5 - %0,2 si mertebesinde katılırlar. Karma suyuna önceden katılmaları gerekir. Aslında kimyasal katkılar genellikle karma suyuna ilave edilirler, toz halinde olup betona katılan türdeki bazı katkılar homojen dağılmama yüzünden sorun çıkarabilmektedirler. (NA) tipi katkılar su/çimento oranını %5 - %15 arasında indirebilirler, böylece beton direnci, daha düşük çimento dozajı ile sağlanabilir. Ancak bu çözüm betonun dayanıklılığı açısından tercih edilmemelidir. Bunlar çimento tanelerinin daha iyi dağılmasını, birbirinden ayrık kalmasını sağlar, böylece çimento taneleri bütünüyle hidrate olurlar. Suyun ıslatma gücü artar, çünkü yüzey gerilimi azalır. Nitekim katkı maddesinin sağladığı negatif elektriksel yük bu maddeyi absorbe eden tanelerin birbirlerini itmelerine neden olur, topraklaşma önlenir, tanelerin birbiri üzerinde kaymaları kolaylaşır. Bu süreçte gelişen yağlayıcı etki, betonun iç sürtünmesini azaltır, işlenebilirlik yeteneğinin artmasını sağlar. Betoniyer çeperlerinde yapışma olmaz, betonda agrega tanelerinin segregasyonu minimum düzeye iner. Çimento hamuru ve agrega bağlantısı düzelir. Buna karşılık düzensiz bir hava sürükleme sonucu, dirençte beklenenin altında bir artış gözlenir. Ayrıca prizde gecikebilir. (NA) tipi katkılar uygulamada genellikle üç amaçla kullanılmaktadır: 1. Katkısız betonla aynı işlenebilme düzeyinde olmak şartıyla su/çimento oranını azaltarak daha yüksek direnç kazanmak. 2. Kütle betonlarında hidratasyon ısısını düşürmek için çimento miktarının azaltılması durumunda aynı işlenebilirliği kazanmak.

114 98 3. Ulaşılamayan yerlerde kolay yerleşmeyi sağlamak için işlenebilirliği artırmak. Yukarına (NA) tipi katkılar için belirtilen kullanım amaçları süper akışkanlaştırıcı (SA) tipi katkıların kullanım amaçlarını da kapsamaktadır. Ancak (SA) tipi katkılar daha çok bunlardan üçüncü maddedeki amaçla kullanılmakta, yani akıcı beton üretiminde özellikle bu katkılardan yararlanılmaktadır. (SA) tipi katkıların ikinci bir kullanım alanı ise yüksek dirençli beton üretiminde olmakta, bu katkılar sayesinde çok düşük su/çimento oranına rağmen normal işlenebilirlik yeteneği elde edilebilmektedir. (SA) tipi katkıların bu olumlu etkileri yanında olumsuz yönlerinin de olduğu açıktır. (SA) tipi katkı maddesi eklemekle elde edilen yüksek işlenebilme, çökme kaybıyla bu özelliğini 30 dakika içinde kaybetmeye başlamakta ve zamanla artarak devam etmektedir. Hazır betonda akışkanlaştırıcılar çoğunlukla yukarıda belirtilen 2. amaca yönelik kullanılmaktadır. Bu durumun doğal olarak işlenebilmeyi arttırmak, pompalanabilirliği düzeltmek, betoniyerde karışmayı kolaylaştırmak, betoniyer çeperlerine yapışmayı azaltmak, betonun ayrışmasını önlemek, yerleştirmeyi kolaylaştırmak gibi ek yararları olmaktadır. (SA) tipi katkıların etkisi de (NA) tipi katkılarınkine benzer şekildedir. Ancak bu tür katkılar suyun yüzey gerilimini (NA) tipi katkılara göre daha az düşürdüklerinden, aşırı miktarda hava sürüklemezler ve bu nedenle (NA) tipi katkılara göre daha yüksek oranlarda kullanılabilirler. (SA) tipi katkılar çimento ağırlığının %1 - %3 ü oranında kullanılırlar. Katkısız betonda su/çimento oranı yaklaşık %50 düzeyinde iken (SA) tipi katkı eklenmesi ile su/çimento oranı %30 a kadar düşürülebilir.

115 99 (SA) tipi katkılar doğrudan beton karışımına katılabilirler. Silis dumanı ile birlikte (SA) tipi katkı kullanılması betonun direncini MPA ya ( kgf/cm 2 ) yükseltmek mümkün olmuştur. Priz hızlandırıcı ve priz geciktirici katkılar Çimentonun hidratasyonu, çimento bileşenlerinin suda çözünmeleri ile mümkün olmaktadır. Çimento bileşenlerinin çözünme hızı ise priz sürelerini belirlemektedir. Priz hızlandırıcılar ve priz geciktiriciler çimento bileşenlerinin (CaO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 gibi) çözünme miktarlarına ve özellikle çözünme hızların etki etmek suretiyle işlevlerini gerçekleştirirler. Priz hızlandırıcılar arasında kalsiyum klorür, ucuzluğu, kolay bulunması nedeniyle çok kullanılır. Ancak içerdiği klor yüzünden şartnamelerde, öngerilmeli betonlar, deniz yapıları vb. gibi pek çok alanda kullanımı yasaklanmıştır. Tüm betonarme yapılarda çimento ağırlığının %2 sinden fazla kullanılması yasaktır. Mekanik dayanımın artmasına da yardımcı olur. Hidratasyon ısısını yükseltir, ancak erken (plastik) rötre tehlikesi doğurabilir. Kalsiyum klorür kristaller halinde olup, eritilerek karma suyuna katılmalıdır. Bu katkı maddesi taze betonun dondan korunmasında da yararlıdır, zira suyun donma noktasını C düşürür, ayrıca beton erken sertleştiği için donun tahrip edici etkisini de önler. Kalsiyum klorürü dışındaki hızlandırıcılar arasında kalsiyum nitrit ve asit okzalik de bulunur. Kalsiyum nitrit, betonun donatıyı klor etkisinden korunmasında da yarar sağlar, esas işlevi donatıyı pastan korumaktır. Priz hızlandırıcılar en çok soğuk havada beton dökümü ve erken kalıp alma uygulamalarında kullanılır. Priz geciktiriciler, genellikle çimento suyla karıştırıldığında karma oksitlerin suda çözünmesini önlerler. Organik maddeler ve özellikle şeker çok etkin geciktiricilerdir. Çimento ağırlığının %0,03 gibi düşük miktarında katılan şeker geciktirici etkisini ortay çıkarır. İnorganik geciktiriciler daha güvenilir katkılardır. Çinko, kurşun oksitler, fosfat ve florürler bu gruba girerler.

116 100 Bunların da katma oranı %0,1 gibi düşük düzeydedir. Hazır beton teknolojisinde, sıcak havalarda, uzak mesafeler beton iletiminde ve inşaat derzlerinden kaçınmada geciktirici kullanılır ve genellikle akışkanlaştırıcı katkılarla birlikte önceden fabrikalarda karıştırılarak satışa sunulur. Hava sürükleyici katkılar Hava sürükleyici katkılar beton içinde isteyerek mikroskobik hava kabarcıkları oluşturmak için kullanılırlar. Hava sürüklenmiş betonun çimento hamurunda hava kabarcıkları homojen bir şekilde dağılmış olarak bulunurlar. Hava sürükleyici katkıların esas işlevleri sertleşmiş olan betonun donma çözülme etkilerine karşı dayanıklı olmasını sağlamaktır. Katkısız bir betonda hava içeriği %1 -%3 arasındadır. Hava sürükleyici katkılarla bu değer %6 ya yükselir. Oluşan hava kabarcıkları küresel, küçük çaplı birbirinden uzaktır. Bu nedenle betonun geçirimliliği artmaz, ancak direnç bir miktar düşer. Hava sürükleyici katkıların betona katılım oranları da %1 in altında kalmalıdır. Bu maddenin katılmasıyla taze betonun işlenebilirliği önemli mertebede iyileşir, ayrışma ve terleme de azalır. Geçirimliliği azaltan katkılar Geçirimliliği azaltan katkılar betonun basınçlı su altındaki geçirimliliğini düşük düzeylere çekerler. Su/çimento oranını düşüren katkılar dolaylı olarak geçirimliliği azaltmış olurlar. Bazı puzzolan malzemeler, özellikle silis dumanı, puzzolanik reaksiyonlar sonucu geçirimliliği azaltıcı niteliğe sahiptirler. Ancak geçirimliliği azaltan en iyi yöntemlerden birisinin çimento miktarını arttırmak ve su/çimento oranını 0,50 den daha küçük bir değere düşürmek olduğu unutulmamalıdır [4].

117 101 Betonda kullanılan lifler Çimento, agrega ve liflerden oluşa betona lifli beton denir. Lifler genellikle süreksiz ve beton içinde homojen dağılmış olarak yer alır. Betonu takviye etmek için uygun olan lifler, çelik, cam, seramik ve polimer kökenli olur. Lifler çeşitli boy ve biçimde olabilirler. Lifi tanımlayan en uygun parametrenin boy/çap oranı olduğu kabul edilmektedir. Bu parametre lif uzunluğunun eşdeğer lif çapına bölünmesi ile bulunur. Eşdeğer lif çapı, alanı lifin enkesit alanına eşit olan dairenin çapı olarak alınır. Beton takviyesinde kullanılan bazı liflerin önemli özellikleri Çizelge 3.5 de verilmiştir. Çizelge 3.5. Beton liflerinin özellikleri [4] Lif Türü Yoğunluk Elastiklik Modülü Çekme Direnci Kopma-Uzama (kgf/cm ) (kn/mm 2 ) (kn/mm 2 ) Oranı (%) Çelik 7, Cam 2, ,5 Kenevir 1,5-0,8 3 Polipropilen 0,9 5 0,5 20 Yol betonlarında en çok kullanılan lifler arasında yer alan çelik lifler, betonun eğilme direncini, çapmaya dayanıklılığını, tokluğunu, yorulma direncini ve çatlamaya karşı direncini hissedilir düzeyde iyileştirmektedir. Teorik olarak kullanılacak lif miktarı betonun hacim bazında %4 - %5 i kadar alınabilirse de, bu oran şantiye uygulamalarında liflerin topaklaşma risklerini önlemek amacıyla en fazla %2 olarak kullanılır Rijit Üstyapıların Yapımı Beton kaplamalı yolların performansını ve ömürlerini etkileyen faktörlerin başında yolun yapımına ait inşaat tekniği, kullanılan ekipmanlar, inşaat

118 102 sırasında gösterilen titizlik ve düzenli kalite kontrol gelmektedir. Son yıllarda bu konuda hem yapım teknikleri hem de ekipmanlar anlamında oldukça büyük gelişmeler kaydedilmiş olup, bu sayede çok daha kaliteli beton yolların yapımı gerçekleştirilebilmektedir [4] Beton dökümüne hazırlık Beton kaplamalar genellikle bir alttemel tabakası üzerine inşa edilirler. Yol beton kaplamaları uygun zeminlerden geçiyorsa doğrudan zemin üzerine de yapılabilir. Yani zemin pompajı, don kabarması, aşırı şişme ve büzülme, su içeriğinin artması ile taşıma gücünde önemli azalma, düşük yatak katsayısı, vb. özelliklere sahip olmaması halinde alttemel tabakasına gerek kalmayabilir. Yol beton kaplamaları altına konan alttemel tabakaları uygun granüler malzemelerden imal edilir. Beton plakların sahip oldukları yüksek rijitlikten ötürü üzerine oturduğu zeminlerin esnek kaplamalara nazaran daha iyi sıkıştırılmaları ve/veya ıslah edilmeleri gerekir. Esnek kaplamalı yollarda dolgu zeminlerin üstten 40 cm lik kısmında standart proktor yoğunluğunun %97 ile %100 ü arasında ve daha alt kısımlarda ise minimum %95 sıkıştırma şart koşulmaktadır. Beton yol kaplamaları için ise standart proktor yoğunluğunun % 100 ü veya modifiye proktor yoğunluğunun %98 inden az olmayacak şekilde zeminler sıkıştırılmalı ve sıkışma kontrolü daha sıklıkla yapılmalıdır. Zeminin sıkıştırılmasından sonra enine ve boyuna eğimler kontrol edilmeli ve 1 ile 3 cm den daha fazla kot farkı olan yerler ince reglaj ile giderilmelidir. Kaplamanın yüzey düzgünlüğü zeminin stabilitesi ve reglajına bağlıdır. Eğer zemin üzerine temel tabakası yapılmayacaksa yoğunluk ve kesit kontrolü yapıldıktan sonra su geçirmez kağıt veya polietilen ile kaplanmalıdır. Böylece beton plakların alt yüzlerinin zemin suyundan dolayı ıslak kalması önlenmiş olacaktır. Çünkü beton kaplamanın üst kısmının kuru ve alt kısmının rutubetli olması halinde farklı büzülmelerden dolayı ilave gerilmeler oluşmaktadır.

119 103 Alttemel tabakası yapılacaksa hazırlanmış zemin üzerine hesaplanan kalınlıkta serilip sıkıştırılacaktır. Alttemel tabakasının genişliği; sabit kalıp kullanılacaksa taban genişliği, kayar kalıp kullanılacaksa her iki yandan cm daha fazla olacak kadar yapılmalıdır. Çünkü sabit kalıp kullanıldığında kalıbın üst kotu kaplamanın bitmiş kotu olacağından temel tabakası da belirli toleranslar dahilinde reglaj edilmiş olmalıdır. Kalıbın yüksekliği kaplama kalınlığı kadar olacağından kaplama bitmiş kotu, temel tabakasının üst kotundan kalıp yüksekliği kadar yüksekte olmalıdır. Dolayısıyla sabit kalıp, duyargalı finişerler ile serilmiş alttemel tabakası üzerine oturtulacaktır. Beton serici makine bu kalıp üzerinde yürüyecektir. Kayar kalıp kullanılacaksa beton serici makine (paver veya finişer) beton kaplamanın yanlarında tekerlerinin veya paletlerinin yürüyebilmesi için cm bir genişliğe ihtiyaç vardır. Alttemel tabakasının yoğunluk ve enkesit kontrolleri yapılmalı ve uygun değilse tekrar sıkıştırma veya ince reglaj ile düzeltilmelidir. Daha sonra polietilen ile kaplanmalıdır. Polietilen kaplamaların ek yerlerinde 10 ile 30 cm bindirme yapılmalı ve beton dökümünden önce delinmesi ve yırtılması önlenmelidir. Bu uygulama beton kaplama için son derece yararlı olması nedeniyle kullanımı son yıllarda şartnameler ile zorunlu hale getirilmiştir. Çünkü; polietilen kaplama yapılmaz ise beton dökümünden önce alttemel tabakası son derece iyi bir şekilde sulanmalıdır. Aksi halde çimentonun hidratasyonu için gerekli beton karma suyu agrega daneleri tarafından absorbe edilmiş olacaktır. Alttemel tabakası ne kadar sulanırsa sulansın beton şerbeti agrega boşluklarına penetre olarak beton plak ile granüler temel tabakası arasında güçlü aderans oluşacaktır. Betonun genleşme veya büzülme durumunda beton plak ile alttemel tabakası arasındaki güçlü kayma direnciyle betonun hacim değiştirmesi engelleneceği için ilave gerilmeler doğuracaktır. Öte yandan her ne kadar granüler alttemel tabakası çok iyi dren malzemesi olsa da drenajın tam olarak gerçekleşmediği durumlarda beton plak altında rutubet artışları olacaktır. Beton plağın tüm yüksekliğinde

120 104 farklı rutubetten dolayı farklı büzülme ve genleşmeler ile betonda ilave gerilmeleri doğuracaktır. Beton kaplama yapımında daha önce de bahsedildiği gibi sabit veya kayar kalıplar kullanılmaktadır. Sabit kalıplar klasik beton dökümünde kullanılan kalıplar ile aynı fonksiyonu taşımakta iken kayar kalıplı beton kaplama yapımında ise özel kaplama aracı ve çok düşük w/c oranına sahip beton kullanılması gerekir. Sabit kaplama kalıpları hem taze betona form vermek hem de kaplama aracını taşımakla yükümlüdür. Bu nedenle, kalıbın yapıldığı malzeme iyi kalitede çelik olmalı ve 3 m lik kiriş testinde yükleme yapıldığında 6,5 mm den daha fazla eğilmemelidir. Eğilme testinde tatbik edilecek yük beton serme makinesi yüküne eşit olmalıdır. Kalıbın üst genişliği, beton serme makinesinin taze betonu mastarlayabileceği genişlikte olmalıdır. Kalıpların boyları genellikle 12 m olup her 3 m de bir flanşla eğilmeye karşı hem desteklenmeli hem de tabana sabitlenmelidir. Kalıpların düzgünlüğü ise üst kısımda 3 m de en fazla 3,2 mm ve yan yüzlerinde ise 3 m de en fazla 6,4 mm sapma gösterecek şekilde olmalıdır. Kurplarda eğriliğin yarı çapı 30 m veya daha az ise kalıpların esnek veya eğri tip olması önerilmektedir. Düşey kurplarda ve/veya parabolik enine kesit kaplamalarda eğrilik gerektiğinden kalıplara da buna göre form verilmelidir [4] Beton dökümü Beton dökümüne hazırlık işleri tamamlandıktan sonra beton dökümüne geçilir. Beton karma tesisleri (plentleri) sabit sistemler olup yaş ve kuru olmak üzere istenilen oranlarda beton karışımlarını hazırlayabilmektedir. Yaş karışımda agrega, çimento ve su işyeri karışım formülünde belirtilen oranlarda beton plentinde karıştırılıp beton mikser kamyonları ile döküm yerine iletilir. Beton plentinde karışım süresi minimum 1 dakika olmalı ve en geç 45 dakikada döküm yerinde kalıba yerleştirilmelidir. Kuru karışımda ise

121 105 agrega karışımı veya agrega ve çimento karışımı su katılmadan kamyonlara yüklenmeli ve döküm yerine en geç 1,5 saat içinde nakledilmelidir. Beton döküm yerinde mobil miksere aktarılan kuru karışıma su ve daha önce çimento katılmamış ise çimento, işyeri karışım formülüne göre katılıp minimum 1,5 dakika karıştırıldıktan sonra taze beton kalıbına yerleştirilmelidir. Taze beton, beton pompalarıyla veya kovalara konulup vinçle kalıba dökülmelidir. Serme ekipmanları çok değişik tiplerde olup, her geçen gün değişik tipleri üretilmektedir. Serme makinelerinin en basit tipi, kalıba dökülen taze betonu vibratörle sıkıştırdıktan sonra beton kaplamayı mastarlayıp düzeltmektedir. Daha sonra perdah makinesi ile ıslak beton perdahlanmalıdır. Büyük işlerde daha gelişmiş beton sericiler, asfalt finişerlerde olduğu gibi, kazanlarına taze betonu alıp spiralleri ile segregasyon yapmadan yayıp sıkıştırmakta, kaba ve istenirse ince perdahlamayı dahi yapmaktadırlar. Beton seriminde en önemli husus taze betonun sıkıştırılmasıdır. Bunun için dahili ve yüzeysel vibratörler kullanılmalıdır. Dahili vibratörler beton içine daldırılarak taze betonu sıkıştırırlar. Yüzeysel vibratörler ise tüp veya mastar şeklinde olup taze betonu yüzeyden sıkıştırırlar. Taze betonun derzlerde ve köşelerindeki sıkıştırma işlemlerinde daha itina gösterilmelidir. Sıkıştırma işleminden sonra 3 m lik mastar ile yüzey düzgünlüğü kontrol edilmeli, eğer bozuk yerler varsa hemen düzeltilip tahta mala ile perdahlanmalıdır. Kaplama kenarları yani taze betonun kalıpla temas ettiği yerler mala ile düzeltilmelidir. Taze beton yüzey bitirme işlemleri tamamlandıktan bir müddet sonra hava sıcaklığına bağlı olarak kılcal rötre çatlaklarını gidermek ve yüzeyi pürüzlendirmek amacıyla fırça ile perdahlamalıdır. Taze betonun prizine ve hava sıcaklığına bağlı olarak kesme makinesi ile enine veya boyuna yalancı derzler kesilmelidir. Derz kesmenin zamanlaması çok önemlidir. Eğer derz çok erken kesilirse taze beton yeterince sertleşmediğinden dolayı düzgün yüzeyli derzler elde edilemez. Eğer çok geç

122 106 kesilecek olursa kaplamada rötre çatlakları oluşacaktır. Bu nedenle betonun sertleşmesi gözlemlenerek uygun zamanda derz kesme işlemi yapılmalıdır. Ancak derz kesme işleminden önce çatlaklar oluşmuş ise derzler çatlakların üzerinden kesilmelidir. Bu tip çatlaklar düzensiz derzlerin olmasına neden olacaktır. Son yıllarda beton dökümünden sonra beton plastik kıvama geldiğinde polietilen malzeme vibrasyonlu makine ile betona dik bir şekilde yerleştirilerek çatlakların oluşması sağlanmaktadır. Böylece çatlaklar kontrol altına alınabildiklerinden dolayı derz kesme işlemi istenildiği zaman yapılabilmektedir. Taze betonun yerleştirilmesi, sıkıştırılması ve perdahlanmasından sonra hava sıcaklığına ve priz süresine bağlı olarak kür işlemi başlatılmalıdır. Hava sıcaklığının 30 0 C nin üstünde olduğu hallerde derz kesme işleminden önce ve hatta beton dökümünden hemen sonra kür işlemi başlatılmalıdır. Kür süresi minimum 3 gün, ideal olarak 7 gündür. Beton kaplamalarda kür metotları ıslatma veya kaplama şeklinde olabilir. Islatma metodu için çok su gereksinimi olduğundan dolayı yol inşaatlarında suyun temini ve nakli genellikle ekonomik olmamaktadır. Ancak beton yüzeyine çuval, pamuklu bez vb. serilip ıslatılarak daha az su ile beton rutubeti sağlanabilir. Fakat beton yüzeyinin düzgünlüğünü bozmamak için betonun bir miktar sertleşmesi beklenmeli ve daha sonra bu malzemeler serilip iyice suya emdirilmelidir. Son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanan su geçirimsiz kağıtların beton yüzeyine serilerek kullanımı çok iyi sonuçlar vermektedir. Naylon ile kaplama oldukça eski bir metottur. Likit kür malzemesi beton yüzeyine sprey edilip kaplanarak da betonun rutubet kaybetmesi önlenmektedir. Gerek ekonomik oluşu gerekse yapım hızı açısından elverişli olan kayar kalıp ile beton kaplama yapımı son yıllarda hızla yaygınlaşmaktadır. Özellikle donatısız beton kaplamalarda kayar kalıp metodu çok elverişlidir. Eğer donatılı beton kaplama yapılacaksa çift serme makinesi ile kayar kalıp kullanılmaktadır. Önce birinci serme makinesi kaplamanın yarı yüksekliğinde beton dökümü yapmakta ve hemen arkasından hasır çelikler döşenip

123 107 arkadan ikinci serme makinesi ile beton dökülüp kaplama tamamlanmaktadır. Kayar kalıp ile beton kaplama yapımında sabit kalıplar kullanılmadığından dolayı beton kıvamı çok düşük ve beton serme hızı sabit kalıba nazaran bir miktar daha yavaş olmalıdır. Kayar kalıp beton kalıp serme makineleri betonu segregasyona uğratmadan seren, sıkıştıran ve yüzey bitirme işlemlerini yapabilen sistemlere sahip olmaları nedeniyle en az personel ve el işçiliğini gerektirmektedir. Ayrıca bu tip sericiler, asfalt finişerlerinde olduğu gibi, duyargaları vasıtasıyla kaplama üst kotunun son derece düzgün bir şekilde ayarlayabilmektedir. Beton kaplamanın yeterli kayma direncine sahip olabilmesi için yüzeyinin belli miktarda pürüzlü olması gerekir. Bunun için taze beton yüzeyi plastik kıvamda iken fırça perdahı, plastik tarak veya tel fırça ile ince yiv açma, ıslak keçe ile perdah vb. yöntemler ile pürüzlendirilir. Kavşaklar, turnikeler, küçük yarıçaplı kurplar vb. kritik yerlerde kayma direncinin daha fazla olması gerekir. Bu amaçla alüminyum oksit, silikon karpit veya aşınmaya dirençli daneler taze beton yüzeyine serpiştirilip perdahlanır. Ayrıca beton kaplamaya sodyum silikat, magnezyum veya çinko flosilikat emdirilerek aşınmaya karşı dayanıklılığı arttırılabilmektedir. Beton kaplamanın gerek sürüş konforu gerekse yüzeysel drenajının sağlanması için yüzey düzgünlüğünün iyi olması gerekir. Beton dökümünden sonra 3 m lik mastarla kontrol edildiğinde en fazla 3 mm lik kot farkı olmalıdır. Aksi halde yüzey hemen düzeltilmeli ve oluş nedenleri araştırılarak düzeltilmelidir. Eğer sertleşmiş betonda 3 m lik mastarla kontrol edildiğinde 3 mm den daha fazla fakat 13 mm den daha az kot farkı varsa taşlama ile aşındırılarak düzeltilmelidir. 13 mm den daha fazla kot farkı olan beton plaklar sökülerek yenilenmeli veya uygun ve geçerli bir yöntemle bu kot farkı mutlaka giderilmelidir. Kalıpların altındaki alttemel tabakasında en az 1,5 cm lik derinlikte kalıpların her iki tarafında 45 cm genişlikte (yani 2 x 45 + kalıp tabanı genişliğinde) kazılıp atılmalı ve kırmızı kota göre uygun eğim verilip sıkıştırılmalıdır. Sıkıştırmadan sonra boyuna eğim kontrol edilmeli ve uygun ise kalıplar

124 108 yerleştirilmelidir. Kalıplat yerleştirildikten sonra tekrar kot kontrolü yapılmalı ve herhangi bir noktasında en fazla 6,5 mm lik kot farkı olmalıdır. Aksi takdirde kalıplar sökülüp taban uygun kota getirilip sıkıştırıldıktan sonra kalıplar yeniden döşenmelidir. Kalıpların kot kontrolünden sonra kalıp yanları tekrar sıkıştırılmalıdır. Beton dökümünden önce kalıplar iyice temizlenmeli ve betonun yapışmasını önlemek için yağlanmalıdır. Kalıplar beton dökümünden en az 8 saat sonra sökülmelidir. Ancak hava sıcaklığı 10 0 C nin altında ise bu süre daha da uzatılmalıdır. Enine genleşme derzleri beton dökümünden önce yapılmalıdır. Bu derler, sabit kalınlıkta ve donatılı veya kalın kenarlı ve donatısız olarak yapılır. Enine genleşme derzleri kavşaklarda ve herhangi bir yapıyla (drenaj, köprü vb.) komşu olan plaklarda muhakkak yapılamalıdır. Yol eksenine dik ve kaplamanın tüm genişliğinde yapılan genleşme derzleri beton dökümünden önce hazırlanmalıdır. Bunun için enine genleşme derzleri kayma demirleri ile sabitlenerek beton dökümü ve vibrasyon sırasında oynamaması temin edilmelidir. Eğer granüler alttemel tabakası kullanılmayacak ise genleşme derzinin tabanına yüzeysel suların veya yer altı suyunun sızmasını önlemek için bir yalıtım plağı konulması uygun olacaktır. Aynı şekilde boyuna donatılı inşaat derzi, boyuna donatılı yalancı derz veya enine donatılı inşaat derzi yapıldığında beton dökümünden önce donatılılar yerleştirilmeli ve sabitlenmelidir. Eğer beton plakta hasır çelikler kullanılacaksa aynı şekilde yerleştirilmelidir. Bazı hallerde hasır çelikler beton dökümü iki tabaka halinde yapılarak da döşenebilir. Bu durumda önce beton plağın alt kısmı dökülür ve sıkıştırılır. Daha sonra kaba tesviye yapılıp üzerine hasır çelikler konur ve sonra ikinci tabaka beton dökümü yapılıp sıkıştırılır. Ancak bu şekilde yapılacaksa hasır çelik, kaplama yüzeyinden 5 cm den daha az derinlikte olmamalıdır. Ayrıca plak kenarlarından 7,5 cm daha kısa olması gerekir [4].

125 Rijit Üstyapıların Bakım ve Onarımı Rijit üstyapılar yıllık hizmet süreleri için projelendirilir. Beton yollarda yüzey yenileme ve takviye işlemlerine gerek duyulmaz. 20 ve 40 yıllık projelendirmeler arasındaki fark 25 mm kalınlıkta beton tabakasıdır. Projelendirme ve yapım işlerinin iyi şekilde gerçekleştirilmesi halinde, beton yollar tüm hizmet ömürleri boyunca az miktarda bakım gerektirirler. Periyodik dikkat isteyen tek şey yaklaşık 4 5 yılda bir derz dolgularının yenilenmesidir. Bu ise trafiğe müdahale etmeksizin, tenha zamanlarda yapılabilen düşük maliyetli bir iştir. Bunun dışında, az olmakla beraber, pompaj olayı sonunda çöken plakların altına beton enjekte edilerek yükseltilmesi ve taze betonda arıza olarak meydana gelmiş küçük çatlakların çimento veya sentetik reçine harcı ile kapatılması gibi bakım onarım masraf kalemleri oluşabilir. Burada, beton kaplamaların zor ve pahalı tamirlere neden olabilecek projelendirme ve yapım hatalarına esnek üstyapılardan daha duyarlı olduklarını ve bu nedenle başlangıçtan itibaren bu tür kaplamaların, yüksek projelendirme ve yapım standartlarına göre yapılmasının zorunlu olduğunu vurgulamak gerekir Rijit Üstyapıların Projelendirilmesi AASHTO tarafından geliştirilmiş tasarım yöntemleri Bu tasarım yöntemleri AASHTO tarafından, A.B.D. de Illinois eyaletinin Ottawa kentinde yapılan deneme yolu çalışmalarından yararlanılarak yapılmıştır. Deneme yolu yılları arasında inşa edilmiş olup yolda çeşitli tip ve kalınlıkta kaplamalar ve küçük açıklıklı köprüler mevcuttur. Yolun, farklı dingil yüklerini içeren trafik altındaki davranışı ve hizmet düzeyi 2 yıl boyunca gözlemlenmiştir. Ölçümler sonunda elde edilen veriler bilgisayardan da yararlanmak suretiyle değerlendirmeye tabi tutulmuş, mevcut diğer projelendirme yöntemleri ile teorik bilgileri destekleyen yeni bir projelendirme yöntemi önerilerek AASHTO Projelendirme Geçici Rehberi

126 110 adı altında 1961 yılında yayınlanmış ve 1972 de rehberin ikinci baskısı yapılmış, 1986 da büyük yeniliklerle üçüncü baskısı yapılmış, dördüncü baskısı ise 1993 te gerçekleştirilmiştir [2]. AASHO tasarım yöntemi Bu ampirik yöntemde, beton plağın kalınlığının bulunmasında, AASHO yol deneyinden yararlanılarak hazırlanan ve üstyapıya etkileyen faktörleri içeren aşağıdaki AASHO Deney Yolu Denklemi veya denklemin nomograf çözümlerini (Ec: psi için) veren Şekil 3.5 ve Şekil 3.6 daki abaklar kullanılır. Ec nin farklı değerleri için nomogram değiştirilebilir. Son servis kabiliyeti indeksi, Pt = 2,0 için Deney Yolu Denklemi ; logw t = logw 18 G t Sc ( d = 7,35log( d + 1) + 0,06 + 3,58log β 690( d 0,75 0,75 1,132) 18,416 0,25 Z Pt = 2,5 için Deney Yolu Denklemi ; logw t = logw 18 Yukarıdaki denklemlerde; G t Sc ( d = 7,35log( d + 1) + 0,06 + 3,42 log β 690( d 0,75 0,75 1,132) 18,416 0,25 Z

127 111 Şekil 3.5. Rijit üstyapılara ait projelendirme abağı (Pt = 2,0) [2] Şekil 3.6. Rijit üstyapılara ait projelendirme abağı (Pt = 2,5) [2]

128 112 T : Analiz süresi Wt veya (W18) : Analiz süresindeki eşdeğer standart tek dingil yükü tekerrür sayısı (Proje trafiği) d : Kaplama plağının kalınlığı (inç) Sc : Betonun eğilme direnci (psi) 28 günlük Z = E k c Ec : Betonun elastisite modülü (psi) k : Taban zemininin yatak katsayısı (psi/inç) G t P Pt = log = β (log ,5 W P 0 ρ) Gt : t analiz süresi sonundaki servis yeteneği indeksindeki kaybın, pt = 1,5 alınmasına karşılık gelen toplam potansiyel kayba oranının logaritmik fonksiyonudur. Po : Üstyapının başlangıçtaki servis yeteneği indeksi (Rijit deneme yolu için bu değer 4,5 tur) pt : + analiz süresi sonundaki hizmet kabiliyeti indeksidir. β : (pt) yi (Wt) ye bağlayan servis yeteneği eğrisini etkileyen proje ve yük değişkenlerinin fonksiyonundur. ρ : Proje ve yük değişkenlerinin bir fonksiyonu olup, servis yeteneği indeksinin 1,5 olmasına karşılık geleceği umulan dingil yükü uygulama sayısıdır. AASHO Deney Yolu Denklemi hesaplarında, dingil yükü ve tekerrürü ile plak kalınlığı arasındaki ilişkiler esas alınmıştır. Bunlar arasındaki ilişkiler, çok sayıda değişik proje faktörleri sabit tutularak geliştirilmiştir.

129 113 Projelendirme abakları Şekil 3.5 ve Şekil 3.6 den yararlanarak rijit üstyapıların projelendirilmesi, aşağıdaki sıraya göre verilerin seçilmesi veya hesaplanması ile yapılır. - Son servis yeteneği indeksi (pt) seçilir. - Trafik analiz süresi (t) seçilir. - Proje trafiği hesaplanır. - Taban zeminin yatak katsayısı (k) saptanır. - Betonun eğilmede çekme emniyet gerilmesi (ft) seçilir. - Pt, k, ft ve proje trafiği değerlerine karşılık olan beton plak kalınlığı, ilgili abaktan okunur [1]. Servis yeteneği (present serviceability) Bir üstyapının yüksek hız ve hacimdeki trafiğe hizmet edebilme yeteneğidir. Servis yeteneği derecesi (present serviceability rating veya P.S.R.) Karayolu mühendisliği konularında uzun süreli deneyimi olan seçme uzmanlardan oluşan bu kurulun, karayolundan yararlanan kimseler sıfatı ile yola verdikleri bireysel değerlendirmelerin ortalamasıdır. Servis yeteneği derecesi için (0) ile (5) arasında değişen bir ölçek tespit edilmiştir. Burada (5) değeri en yüksek, (0) değeri ise en düşük servis yeteneği derecesini gösterir. Servis yeteneği indeksi (present serviceability index veya PSI - p) Birçok yolun yüzeyinin belli fiziksel özelliklerinin (tekerlek izi, çatlak uzunluğu, yama miktarı, boyuna geometrik düzgünlük, vb.) ölçülmesi ve aşağıdaki formülün kullanılmasıyla bulunan değer servis yeteneği indeksini belirtir. PSI kavramı sayesinde istasiksel analiz yapılarak, yolun değişik fiziksel özelliklerinin ölçümü ile PSR arasındaki ilişkiyi ortaya koymak mümkün olmaktadır.

130 114 PSI = p = 5,41 1,80 log(1 + & SV ) 0, 9 C + P PSI veya p : Servis yeteneği indeksi C : 93 m2 alandaki 3. ve 4. sınıf çatlakların toplam uzunluğudur. 3. sınıf çatlaklar açık çatlaklardır. 4. sınıf çatlaklar tıkalı, kapalı çatlaklardır. P : Onarımın yaygınlığı olup yol yüzeyinin binde biri olarak ifade edilir. S& V : Ortalama eğim değişimidir. SV = n i= 1 x 2 i 1 n i n 1 n = 1 x 2 i (Eğim değişimi) Xi : i. Eğim ölçümü. n : Toplam ölçme sayısı. Üstyapı tasarımı için başlangıç ve son servis yeteneği indekslerinin seçilmesi gereklidir. Başlangıç servis yeteneği indeksi po olup yapımdan hemen sonra kullanıcı tarafından değerlendirilir. AASHO deneme yolunda gözlenen po değerleri rijit üstyapılar için 4,5 olmuştur. Otoyol, ekspres yol gibi yüksek standartlı yollarda po = 4,4 4,5 olarak alınabilir. Son servis yeteneği indeksi (pt) olup tekrar yapımdan önce veya takviye tabakası yapımından önce kabul edilebilir en düşük değerdir. Bu indeks anayollarda 3,0 2,5; düşük sınıflı yollarda 2,0 olarak alınabilir. Daha düşük sınıflı yollarda, ekonomik şartların da gerektirmesi durumunda pt = 1,5 alınabilir [2]. Trafik analizi süresi (t) AASHO Rehberinde trafik tahminleri Trafik Analiz Süresi olarak adlandırılan bir süre için yapılır. Trafik analiz süresi genellikle 20 yıl olarak alınır. Bununla beraber, trafik, günlük veya toplam 8,2 tonluk tek dingil yükü uygulama

131 115 sayıları cinsinden ifade edildiği için, bu projelendirme rehberi ile herhangi bir analiz süresi kullanılabilir. Trafik analiz süresi ne alınırsa alınsın, toplam eşdeğer standart dingil yükü tatbik sayısı, yol yapımının bitiminden (yolun hizmete açılmasından) hizmet kabiliyeti indeksinin seçilen değere (pt =2,5 veya pt = 2,0) düşeceği zamana kadar hesap şeridinin taşıyacağı umulan toplam trafiktir. Eğer trafik gerçek durumdan az tahmin edilmişse, bu hizmet süresi trafik analiz süresinden daha az olabilir. Tersine, trafik fazla tahmin edilmişse, bu sürenin trafik analiz süresinden daha uzun olacağı umulabilir [2]. Proje trafiğinin (toplam eşdeğer standart dingil yükü sayısının) hesaplanması Yolun hizmete açıldığındaki trafiğe ilk trafik, trafik analiz süresi sonundaki trafiğe de son trafik denir. İlk ve son trafik yardımıyla trafik analiz süresi için saptanan trafik, üstyapı hesabında proje trafiği olarak kullanılır. Karayolu üzerinde seyreden taşıtlar otomobil, otobüs, kamyon ve treyler olmak üzere 4 trafik grubuna ayrılırlar. Ağır ticari araçların 2 ve 3 dingillileri kamyon, 4 ve daha fazla dingillileri treyler grubuna dahil edilirler. Taşıt gruplarına ait ilk ve son trafiğin elde bulunan trafik sayımlarına göre tahmin edilmesi gerekir. Trafik artışı; trafik gruplarına, yolun sınıfına, bölgenin ekonomik yapısına, nüfus yerleşmesine, taşıt endüstrisinin bölgedeki gelişmesine ve taşıt fiyatları gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Ülkemizde ilk ve son trafiklerin tahmini Karayolları Genel Müdürlüğü nce yapılır. İlk yıl için günlük trafik (t0) ve trafik artış katsayısı (g) belli ise (t) sene sonraki günlük trafik (her bir taşıt grubu için): t = t (1 g) t 0 + t

132 116 formülü ile bulunur. İlk yıldaki günlük trafik (t0) ve son yıl için günlük trafik (tt) belirlendikten sonra t süresi için ortalama günlük analiz trafiği (tp) : t p tt t = 0,4343 t log t 0 t 0 formülü ile bulunur. Yoldan analiz süresince geçecek toplam trafik (Tp) Tp = t p 365 t Çizelge 3.6 da, bu hesabı kısa yoldan yapabilmek için analiz süresi (t), ilk yıl toplam trafiği (T0) ve yıllık trafik artış yüzdesi yardımıyla analiz süresi içinde geçecek toplam analiz trafiğinin (Tp) bulunması için gerekli katsayılar (f) verilmiştir. Bu katsayılar yardımıyla (Tp): T 0 = t0 T p = f 365 T 0 formülleriyle bulunur.

133 117 Çizelge 3.6. Trafik artış katsayıları (f) [2] Dingil eşdeğerlik faktörleri Analiz süresi için günlük ortalama trafik hacmi, değişik dingil yükü gruplarına göre belirtilmiş ise analiz süresi için toplam eşdeğer standart dingil sayısı Dingil Eşdeğerlik Faktörlerinden yararlanarak hesaplanır. Dingil eşdeğerlik faktörü, verilen bir dingil yükünün, başka bir dingil yükü ile bağıntısını, üstyapının hizmet kabiliyetine olan etkileri bakımından ifade eden sayısal faktördür. 8,2 tonluk dingil, standart dingil olarak kabul edilmektedir. Tek dingil yüklerini, standart dingil (8,2 ton) sayısına dönüştürmek için: P X = ( ) P 8.2 n üssel fonksiyonu kullanılmalıdır. Genel olarak 3,5 ile 4,5 arasında değişen (n) üssünün ülkemiz koşullarında 4,4 olarak alınması uygun görülmüştür.

134 118 Farklı dingil yükleri ve dingil tekrarları içeren normal bir karayolu trafiğine metodun uygulanması için değişik dingil yükleri Çizelge 3.7 ve Çizelge 3.8 deki eşdeğerlik faktörü kullanılarak standart dingile dönüştürülmekte, trafik bu dönüştürülmüş dingil yüklerinin toplamı olarak (günlük veya 20 yıllık analiz periyodu için) ifade edilmektedir. Her ağırlık kategorisindeki (her dingil grubundaki) uygulama sayısının o dingil ağırlığına karşılık olan eşdeğerlik faktörü ile çarpılması suretiyle bulunan değerler toplanarak eşdeğer standart dingil yükü toplam sayısı bulunur. Çizelge 3.7. Dingil yükleri eşdeğerlik faktörleri (Pt = 2,0) [2]

135 119 Çizelge 3.8. Dingil yükleri eşdeğerlik faktörleri (Pt = 2,5) [2] Taşıt eşdeğerlik faktörleri Analiz süresi için günlük ortalama trafik hacmi taşıt grupları verilmiş ise her bir taşıt grubu için belirlenen taşıt sayıları, taşıt eşdeğerlik faktörleri ile çarpılarak eşdeğer standart dingil sayısına dönüştürülür. Taşıt eşdeğerlik faktörleri, projesi yapılacak yolu karakterize eden lodometre çalışması ve dingil yükü etütleri sonucunda çıkacak dingil yükü dağılımı ve Çizelge 3.7 ile Çizelge 3.8 deki dingil eşdeğerlik faktörleri kullanılarak bulunur. Yön dağıtma faktörü Yukarıda hesaplanan eşdeğer dingil yükleri, her iki yön için bütün şeritlerin toplamlarını temsil eder. Projelendirme amaçları için bu trafik, yön ve şeritler itibariyle dağıtılmalıdır. Özel şartlar başka bir dağılım gerektirmedikçe, yön itibariyle dağıtım genellikle her yöne trafiğin yarısının verilmesi ile yapılır. Yani yön dağıtma faktörü genellikle 1/2 dir.

136 120 Şerit dağıtma faktörü Üstyapı projelendirilmesinde ticari araçların kullandığı şerit trafiği esas alınmalıdır. Hesap şeridindeki trafik hesaplanırken Çizelge 3.9 daki şerit dağıtma faktörleri göz önünde tutulmalıdır. Bir yöndeki ticari trafiğin diğer yöne göre daha ağır yüklü olduğu durumlarda daha ağır trafiğin oluştuğu şerit hesap şeridi olarak alınmalıdır. Çizelge 3.9. Şerit dağıtma faktörleri [2] Taban zemini yatak katsayısı (k) saptanması Beton plağın oturacağı taban zemininin taşıma gücü doktor H.M. Westergaard ın belirttiği yöntemle ölçülür. Bu yöntemde tabanlar k değerlerine göre değerlendirilirler. taban reaksiyon modülü, k faktörü, yatak katsayısı gibi değişik şekillerde isimlendirilebilen bu k değeri, bir yük altında, birim alana gelen yükün, taban reaksiyonunun, o noktada oluşan deformasyona (çökmeye) bölümü olarak ifade edilir. k = P/Y P : Tabana gelen yük, taban reaksiyonu, psi veya kg/cm2 cinsinden Y : Çökme deformasyonu, inç veya cm cinsinden k : Yatak katsayısı, psi/inç veya kg/cm2/cm cinsinden. Tabanın taşıma gücü; zeminin cinsine, yoğunluğun, nemlilik derecesine, bağlı olarak birbirinden oldukça sınırlar arasında değişebilmektedir. Örneğin,

137 121 killi zeminler (plastik killer) için k değeri yaklaşık olarak 50 iken, iyi kaynamış boşluksuz kumlu çakıllarda (plastik olmayan) k değeri 500 veya daha fazla olabilmektedir. İyi sıkışmış killer, kuru ve sert oldukları zaman daha yüksek k değeri vermektedir. Fakat killerin taşıma gücü değerleri nem oranlarındaki artışla beraber hissedilir derecede azalır. Taban zeminleri üzerinde yapılan incelemeler kil karakterindeki taban zeminlerinin nem oranlarının en fazla plastik limitlerine yakın bir değere ulaştığını ve bunu koruduklarını göstermiştir. Bu nedenle bu tip zeminin k değeri, zemin plastik limite veya ona yakın bir durumda iken belirtilmelidir. Bu durum, kumlar ve çakıllar için söz konusu değildir. Çünkü nem değişimi bu tip malzemelerin taşıma gücünde çok az değişikliğe yol açmaktadır. Genel olarak taban zeminleri kaplama yapılmadan önce optimum nemde maksimum yoğunluk elde edilinceye kadar sıkıştırılmalıdır. Bir zeminin k değeri, doğrudan doğruya tabana uygulanan yüklü, rijit bir plak vasıtasıyla veya benzer karakterdeki bir zemin üzerinde oturan mevcut bir yolun kaplamasının yüklenmesi yoluyla bulunabilir. Plak yükleme deneyinde çelik bir plak taban üzerinde yüklenir. Yük ve çökme değerleri ölçülür. Bu değerler birbirine oranlanarak k yatak katsayısı değeri bulunur. Yatak katsayısı değerinin kullanılan plak çapına bağlı olarak değişik değerler verdiği göz önüne alınarak genellikle arazi deneylerinde 30 inç (762 mm) çaplı plaklar kullanılır. Plak yükleme deneyinin yapılmadığı hallerde tabanın Kaliforniya Taşıma Oranı CBR değer, bulunur ve Şekil 7.19 daki, eğriden yaklaşık k değeri bulunur. k değerinin kaplama kalınlığına etkisi, yüksek bir duyarlılıkla k nın tayinini gerektirmeyecek derecededir [2].

138 122 Betonun eğilmede çekme emniyet gerilmesinin (ft) bulunması Beton yol kaplama hesabı yapılırken, betonun basınç direncinden daha çok eğilme-çekme direnci veya kırılma-kopma modülü kullanılır. Bunun sebebi, beton kaplamanın bir noktasına kırılma oluncaya kadar kuvvet uygulandığında, kırılmanın önce çekmeye çalışan yerlerde meydana gelmesidir. Çünkü beton, çekme direnci düşük bir malzemedir. Kopma modülü, eğilme direncinin (Sc) genel olarak tanımı, kırılma sırasında erişilen en büyük eğilme-çekme gerilmesi olarak yapılabilir. Kırılma modülü belirli boyuttaki beton kirişlerin önceki bölümde verildiği gibi üçte bir nokta yüklemesi veya orta nokta yüklemesi altında kırılmaları sonucu bulunmaktadır. Şekil 3.7. Eğilme direnci saptanması [2] Bu yüklemelere göre kırılma modülleri-eğilme mukavemeti S P L = c 2 b h ve S 3 P L = c 2 2 b h olur. Burada b kiriş genişliği, h ise kiriş yüksekliğidir.

139 123 Laboratuar deneylerinde kullanılacak kirişlerin uygun boyutları 10x10x40 cm dir. Arazi deneylerinde kullanılacak kiriş kesitleri 15x15 cm den küçük olmamalıdır. Betonun kırılma modülü ile basınç direnci arasında kesin bir ilişki yoktur. Yapılan deneyler üçte bir nokta yüklemesinde elde edilen kırılma modülünün beton basınç (küp) direncinin 1/6 veya 1/8 i olduğunu göstermektedir. Betonun eğilmede çekme gerilmesi ft = 0,75xSc olarak alınır. AASHO yol deneyi için ortalama beton eğilme emniyet gerilmesi (28 günlük) 48 kgf/cm2 dir. Mevcut koşullar altında betonun en ekonomik direncinin ne olacağının araştırılması gereklidir. Bunun için çimento, agrega, işçilik, ekipmanın rölatif maliyetleri ve kırılma modülü göz önüne alınarak karşılaştırmalar yapılır. Hangi koşullar altında, 28 günlük betonun en ekonomik kırılma modülünün elde edildiği bulunur. Beton plak kalınlığının bulunması pt, k,ft ve proje trafiği değerlerine karşılık olan beton plak kalınlığı, ilgili abaktan (Şekil 7.17 ve Şekil 7.18) okunur. Örnek ; Bir beton kaplama için aşağıdaki veriler ışığında AASHO 72 metodunu kullanarak beton plağının kalınlığını bulunuz. - Yol 2x2 şeritlidir. - Son hizmet kabiliyeti indeksi pt : 2,0 - Trafik analiz süresi 20 yıl

140 124 - Taban zemininin yatak katsayısı k : 11,2 kg/cm 3 - Betonun eğilmede çekme emniyet gerilmesi ft : 28,0 kgf/cm 2 - Şerit dağıtma faktörü : 0,90 - Trafik analiz süresi için değişik dingil yükü gruplarına göre bir yöndeki günlük ortalama trafik : Çizelge Dingil yükleri [2] Dingil Yükü (kg) Tek Dingil Tandem Dingil 3636 dan az Otomobil Çözüm; Çizelge 3.7 den gerekli olan eşdeğerlik faktörleri alınarak, günlük eşdeğer 8,2 tonluk standart dingil uygulama sayısı tek dingil için ve tandem dingil için hesaplanır. Çizelge Eşdeğer dingil yükleri [2] Tek Dingil Tek Dingil 8,2 Tonluk Dingil Yükü Uygulama Eşdeğerlik Standart Dingil (kg) Sayısı Faktörü Yükü Eşdeğeri 3636 dan az , , , Otomobil , Toplam 1194

141 125 Çizelge Eşdeğer tandem dingil yükleri [2] Tandem Dingil Tandem Dingil 8,2 Tonluk Dingil Yükü Uygulama Eşdeğerlik Standart Dingil (kg) Sayısı Faktörü Yükü Eşdeğeri , , ,28 98 Toplam 165 Tek ve tandem dingil için 8,2 tonluk standart dingil yükü eşdeğeri toplamı: = 1359 Şerit dağıtma faktörü 0,90 olduğuna göre, Proje trafiği : 1359 x 0,90 = 1223 standart dingil yükü bulunur. Şekil 7.17 den yukarıdaki verilere karşılık olan beton plak kalınlığı ise 25 cm bulunur Rijit Üstyapılarda Teknolojik Gelişmeler Kayar kalıp kullanımı: İstenen boyut ve şekildeki çelik kalıba betonun yerleştirilmesi; kalıbın içindeki vibratörlerle betonun sıkıştırılması; ip veya lazer ışını yardımıyla hassas olarak kılavuzlanmış kalıbın düşük hızda çekilmesi, şeklinde genel bir çalışma yöntemi bulunan Kayar Kalıp sistemi, sabit klasik kalıplara kıyasla, işyerinde daha az alan işgal etmek, zaman ve maliyette tasarruf sağlamak, süreklilik sağlaması sebebiyle ekonomik olmak ve sürekli ve derzsiz, yani daha dayanıklı bir yapı elde edilmesine olanak vermek gibi avantajlara sahiptir. Hazır beton kullanımı: Şantiyede üretilen betona kıyasla merkezde üretilen endüstriyel nitelikteki beton, birçok avantajı da beraberinde getirmektedir :

142 126 - Beton bileşenleri daha hassas bir şekilde hazırlanır ve üretim aşamasında da homojen ürün elde edilir. Aynı şekilde betonu oluşturan malzemelerin ve katkıların daha hassas biçiminde kontrol edilebilmesi, bunun da üretimin her aşamasında yapılabilmesi olasıdır. - Yapıya en uygun betonun seçimi, hatta özel beton üretimi kolaylıkla yapılabilmektedir. Bunun yanı sıra, soğuk havada ısıtılmış betonun hazırlanması ve şevki de olasıdır. - Çeşitli bileşenlerin kabul veya reddine kolay karar verilir ve uzun zaman alabilecek ön incelemeler sadeleştirilmiş olur. - Emek ve zaman tasarrufu sağlanır, yönetimle ilgili çalışmalar azalır, döküm işlemi organizasyonu basitleşir. Nitekim, klasik şantiyelerdeki malzeme temini, depolama, hazırlama, karıştırma ve taşıma gibi ara faaliyetler merkezi sistemine üretilen betonda ortadan kalkmaktadır. - Personel sayısındaki azalma ve yüksek verim sayesinde maliyet azalır. - Malzeme çalınmasının, kaybolmasının veya savurganlığının önüne geçilmektedir. - Klasik şantiyelerde üretilen betonun mahiyetindeki belirsizliğine karşın Hazır Beton fiyatının sabit ve belirgin olması, maliyet hesaplarını kolaylaştırmaktadır. - Otomasyon sayesinde emek kullanımı azalmakta, şantiyelerde kötü hava koşullarında toz, gürültü, yağmur, vs. altoda çalışmak yerine üretim merkezinde saate bağlı çalışma üstünlüğü sağlanmaktadır. - İş kazaları riski azalmaktadır. - Agrega ve çimento gibi maddelerin silo veya tanklarda korunması, toz oluşumunu engellemekte, betonlanacak alanların ve ortamın temiz kalması sağlanmaktadır. - Gürültü kirliliği en az düzeye indirilmekte, şantiyeye komşu olan yerleşik nüfusun gürültü ve toza karşı korunması gerçekleştirilmektedir. - Betonun hazırlanmış olarak döküm yerine gönderilmesi, kentsel alan ve çevre açısından akılcı bir çözüm oluşturmaktadır.

143 127 Akıcı beton uygulaması: Çok sayıda ve bir dizi makine gerektiren klasik beton yerine, içine akışkanlığını geçici olarak arttıran katkı maddesi katılmış akıcı beton, böyle bir ağır makine dizisini ve katarını gerektirmemektedir. Bu betona akıcılık kazandıran katkı maddelerinin cins ve oranlarının, uygunluk deneyleri ile önceden saptanması gerekir; böylece, erken yüksek dirençli ve koruma süresi sonunda da yeterli dirence ulaşan ve trafiğe açılabilen beton yol kaplamaları elde edilmektedir. Kuru yoğun beton (betonpact) uygulaması: Bu uygulamada beton kıvamı, nemli toprak kıvamı olacak şekilde değiştirilmekte, yeterli işlenebilirlik ve ayrıca priz süresi dikkate alınmakta, platformu kısa sürede trafiğe açabilmek için de yeterli taşıma gücünün çabuk elde edilmesi hedeflenmektedir. Yapılan araştırmalar ve çalışmalar sonucu, kesildi granülometrili ve kırılmış (konkasör ürünü) agrega kullanımı, priz geciktirici katkı maddeleri, 330 kg/m Portland çimentosu ve düşük bir Su/Çimento oranı ile oldukça üstün ve güvenilir bir beton elde edilebileceği ortaya çıkmıştır. Kalın plak uygulaması: Kaplama ve Temel tabakalarını tek bir geçişle dökerek işlem sayısını azaltmayı hedefleyen bu uygulamada, teknik yönden kaplamanın harekete karşı eylemsizliği artmakta, derzlerde dingil yüklerinin aktarımında iyileşme gözlenmekte, betonun rötresi azalmakta, ısı değişikliklerine karşı hassasiyet önemli ölçüde düşmektedir. Bileşimde, tane boyutu daha büyük olan agrega kullanma olanağı ile ince agrega ve çimento oranlarının da azaltılması sağlanmaktadır. Ekonomik yönden ise beton üretimi, ulaştırılması, dökümü, serilmesi ve sıkıştınlması tek bir işlemle bitirilebildiği için, birim alan başına maliyeti yükselten birçok ara işlem ortadan kaldırılmaktadır. Lifli beton plak uygulamaları: Betonun içine 4 cm. uzunlukta ve 0,4 mm. çapında çelik tel parçalarının konması ile malzemenin çekme gerilmelerine karşı direnci artmakta, ayrıca betonun gevrekliği de azalmaktadır. Lifli

144 128 betonun üretimi, klasik beton üretimi ile aynıdır. Sadece liflerin miktarının saptanmasında ve beton içinde topaklaşma yapmayacak şekilde homojen dağıtılmasında dikkatli davranılması gerekmektedir. Beton plağa tüm kalınlıkça lif katılması, üretim maliyetini arttırıcı bir nitelik sergilediğinden lifli beton, üst yüzeye yalan kalınlıklarda uygulanmaktadır. Ön gerilmeli beton yol üstyapıları: Yeterli bir ön gerilme işlemi uygulamak suretiyle beton plakta ısı değişmeleri ve mekanik zorlamalardan kaynaklanabilecek çekme gerilmeleri oluşmamakta, bu sayede de plak kalınlıkları taşıma gücü yüksek tabakalar üzerinde cm'ye kadar düşürülebilmektedir. Ön gerilmeli plak, trafik etkisinden önce plakta yatay yönde basınç gerilmelerinin oluşmasını sağlayan tek döşeme türüdür. Bunun da yol malzemelerinin daha etkin ve ekonomik biçimde kullanılabilmesi, daha az bakını ve onarım gerektirmesi, daha uzun hizmet ömrü sağlaması, daha az sayıda derze gereksinim duyulması, ayrıca çatlakların oluşum ve gelişimini de büyük ölçüde azaltması gibi yarar ve avantajları bulunmaktadır. Sürekli betonarme yol üstyapıları: Nem, sıcaklık değişimleri ve Trafik etkisi sonucu ortaya çıkan gerilmeler ve bunun sonucunda görülen çatlaklar, bu çatlakların zamanla genişleyip derinleşmesi, buna önlem olarak inşa edilen derzlerin de zamanla geçirimsizliğini kaybedip üst ve alt yüzeylerdeki sulan bünyeye veya tabana taşıması, bu suyun zamanla tabanda Pompaj Etkisi adı verilen davranışla bir malzeme kaybına yol açıp özellikle plağın, kenar ve köşelerinden desteksiz ve mesnetsiz kalması, bunun da beton plağın çatlamasına, kırılmasına ve oturmasına sebebiyet vermesi, derzler sebebiyle plaklarda kot farklarının oluşması, bunun da seyir gürültüsünü arttırıp konforunu da azalması gibi olası olumsuz faktörler, karayollarında, Sürekli (Derzsiz) Betonarme Plak Uygulaması konseptini gündeme getirmiş, bu yönde çalışmalar başlatılmış, böylece gelen yük ve oluşan gerilmelerin sürekli olan donatılarla iletilmesi ve yayılması düşüncesi benimsenmiştir.

145 129 Plağa yerleştirilen donatı ile, oluşabilecek çatlakları kontrol altında tutmak olası duruma gelmiş ve bunların aralık ve açıklıklarının da çok düşük boyutlarda kaldığı gözlenmiştir. Böylece yüklerin daha iyi iletilmesi sağlanıp demir donatının da paslanma tehlikesi önlenmiş olmaktadır. Sürekli Betonarme Yol Plakları ile yorulmaya karşı büyük direnç sağlanmakta, bu yönden de mekanik dayanıklılığı çok yüksek bir üstyapı elde edilmektedir. Yüksek rijitliği nedeniyle betonarme plak, taban zemininin bir kesiminden diğerine değişebilen taşıma gücü özelliklerine çok daha az duyarlı hale gelmekte, bundan olumsuz etkilenme göstermemektedir. Derzlerin bulunmaması, bakım ve onarım maliyetlerini büyük ölçüde düşürmekte, seyir gürültüsünü azaltmakta, seyir konforunu da arttırmaktadır. Plak kalınlıkları, standartlarda belirtilen değerlerin altında kalabilmektedir; fakat yine de bu kalınlığı, tasarımdaki hesaplarda ortaya çıkabilecek küçük değerlere düşürmek, plağın sehim yapma riskinin ortaya çıkabilecek olması nedeniyle olası ve uygun görülmemektedir. Yapım maliyetleri, esnek yol üstyapılarına ve kalın beton plaklı rijit üstyapılara kıyasla daha fazla olmakla birlikte, yüksek yorulma direncine ve arttırılmış dayanıklılığa sahip olan Sürekli Betonarme Yol Üstyapılarının, bu yüksek kalitesi sebebiyle otoyollar ve hava alanları için ideal bir kaplama tipi olduğunu, yapılan araştırma ve çalışmalar ortaya koymaktadır. Geçirimli beton yol: Geçirimli Asfalt Kaplamalar için düşünülen aynı hususlar, Beton Yollar için de göz önüne alınmış ve böylece yol yüzeyine gelen yağış sularının derhal uzaklaştırılması, gövde içine alınması veya gövdeden bir drenaj sistemine ulaştırılması düşüncesi, Rijit Üstyapı için de uygulanmıştır. Burada da öncelikli amaç Yol Güvenliği olup, taşıtların kızaklarıma riskinin önemli ölçüde azaltılması, taşıtlar tarafından çevreye veya gerideki taşıtlara

146 130 sıçratılabilecek suyun hemen hemen yok edilmesi, ıslak zeminlerde, gece, far ışıklarından ileri gelen far ışığı yansımalarının bertaraf edilip güvenli bir seyir sağlanması, taşıt lastikleri ile yüzey teması sonunda oluşan seyir gürültüsünün ve ayrıca ses emme özelliği ile motor ve egzost seslerinin de emilip azaltılması gibi önemli avantajları bulunan Geçirimli Beton yolun, buna karşın dayanıklılıkta azalma gösterdiği, zamanla bünyesine aldığı kil, şilt, vb. gibi maddelerle tıkanma gösterdiği, plak altına yapılması gereken drenaj sisteminin ek bir işçilik ve maliyet gerektirdiği, bünyedeki fazla boşluk sebebiyle kışın, kar tutma ve don olayında düşük dirençte kaldığı, yapılan tuzlama çalışmalarında ise bu maddenin, boşluklardan kaybolabilme riskine karşı da en az iki kat tuz kullanma zorunluluğunu beraberinde getirdiği, belirli zayıf noktalar olarak görülmektedir. Yeniden kullanım: Yeniden kullanım fikrinin ilk geliştiği Amerika Birleşik Devletleri'nde eski kaplamadan çıkarılan artık betonun depolanacağı uygun alanların giderek azalması, uygun nitelikte agreganın temininde güçlük çekilen ve ayrıca taşımanın yüksek maliyetlere erişeceğinin hesaplandığı bazı bölgelerde, eski beton malzemesinin yeniden kullanılması programlan geliştirilmiştir. Böylece eski beton, önce büyük bloklar halinde kırılmakta, sonra da konkasörlerde kırılarak agrega haline getirilmektedir. Fakat, kınlan bloklara, taban zemininde bulunan kil ve şilt malzemesinin yapışabilecek olması, ayrıca konkasörden çıkan ince ve çok ince malzemenin de yeni betonun özelliklerinde olağan dışı değişmelere yol açabileceği görüşleri ile bu tür malzemenin ancak ciddi ve kontrollü bir yıkama, eleme, ayırma ve granülometrik ayarlama sonunda yeni betonda kullanılabileceği, görüşüne varılmaktadır [4] Rijit Üstyapıların Üstünlükleri ve Sakıncaları Rijit üstyapıların üstünlükleri ve sakıncaları incelenirken, esnek üstyapılarla karşılaştırılarak varılan sonuçlar da belirtilecektir.

147 Rijit üstyapıların üstünlükleri 1. Kayma sürtünme katsayıları yüksektir. Kaymaya karşı direnç fazladır. Boyuna sürtünme katsayısı 0,70; enine sürtünme katsayısı 0,65 civarındadır. Ayrıca, ıslak oldukları zaman, sürtünme katsayısının küçülmesi diğer plastik bağlayıcılarla yapılan kaplamalara göre daha azdır. Yol yüzeyi düz olduğundan yağış suları kolay akar ve yüzey çabuk kurur. 2. Yuvarlanma sürtünme katsayısı, dolayısıyla harekete karşı direnci düşüktür. Vasıtaların yıpranması azalır, mekanik ömürleri artar. Motordan tekerleklere aktarılan kuvvet düzenli olacağından yağ ve yakıt masrafı azalır. Bandaj ve lastik aşınması az olur. Ekonomiktir. 3. Dayanıklı bir kaplama tipidir. Dayanma bakımından her türlü etkiye karşı koyacak şekilde hazırlanabilirler. Çatlak oluşmasını önlemek için çelik donatı kullanılabilir. Kaplama çatlasa bile çelik donatı sayesinde, çekme gerilmeleri taşınabilir. Çelik donatı uygulanabilen yegane kaplama tipidir. 4. Yüksek kalitesi dikkate alındığında, beton asfalt, parke kaplamalar gibi eşdeğer kaplamalardan daha ekonomiktir. 5. Gürültüsüz ve tozsuzdur. Işığı az emer. Yüzey pürüzlülüğü az olduğu için yüksek hızda az gürültü yapar. Yüzeyin dayanıklılığı malzemenin ufalanıp toz haline dönüşmesini önler. Açık rengi sayesinde gece kolay görünür. Islak olduğu zaman dahi tehlikeli far ışığı yansımalarına sebep olmaz. Bu olay trafik güvenliği açısından önem taşır. 6. Gereği gibi bakıma tabi tutulduklarında tam bir yüzey geçirimsizliği sağlarlar. 7. Gerekli önlemler alındığında zayıf zeminler üzerinde de iyi hizmetler görebilirler.

148 Özenle inşa edilen bir beton kaplamanın bakım masrafları Beton Asfalt kaplamalara oranla daha düşüktür. İyi yapılmış beton yolların hiçbir yüzey bakımı olmadan 20 sene kullanılmaları mümkündür. 9. Plastik bağlayıcılarla yapılan yollarda çok görülen ondülasyonlar beton yollarda görülmez. Sürtünme katsayısı yüksek olduğundan, plastik kaplamalara göre daha dik eğimlere uygulanabilir. 10. Temel görevi yapabilir. Uzun süre kullanıldıktan sonra yüzey çok bozulacak olursa, basit bir tamirle diğer kaplamalara (parke veya asfalt) temel görevi yapabilir. Kendi kendisine de temel görevi yapar. Diğer kaplama tiplerine göre en önemli özelliklerinden biri de temel ve aşınma tabakasının aynı malzemeden ve genellikle tek tabaka halinde yapılabilmesidir. Ancak bu halde, aşınma tabakasında görülecek herhangi bir bozukluk, beton yol döşemesinin temel ile birlikte değiştirilmesini gerektirir. Halbuki, temel tabakasının hizmet süresi çok uzun olabilir. Ekonomik düşünceler beton yolu iki tabaka halinde yapmak gereğini ortaya çıkarmıştır. Böylelikle, üst kısmı oluşturan aşınma tabakasının gerek malzeme kalitesine gerekse yapım yöntemine çok özen göstererek hizmet süresinin uzaması sağlanır. 11. Türkiye nin birçok bölgesinde beton dökümü için inşaat mevsimi daha uzun sürelidir. Asfalt betonun aksine ıslak zeminde de döküm yapılabilir. 12. Betonda kullanılan çimentonun hammaddesi tamamen yerlidir. Ayrıca, çimento fabrikaları %100 e yaklaşan oranda yerli kaynaklarla gerçekleştirilebilmektedir [2] Rijit üstyapıların sakıncaları 1. Projede veya inşaatta yapılacak küçük bir hata veya ihmal, trafikle ilgili olmadan, kaplamanın çabuk harabolmasına yol açan çatlakların oluşmasına

149 133 sebep olabilir. Priz sırasındaki rötre ve diğer ısı değişiklikleri çatlakların oluş nedenlerindendir. Trafik etkiler olmadan da, don olaylarının tekrarlanması durumunda, çatlamış olan kaplama tamamen harap olabilir. 2. Yapım sırasında ve beton prizini tamamlayıncaya kadar yol trafiğe kapalı kalacaktır. Bu süre ise yaklaşık olarak bir ay kadardır. Tamir ve bakım işlemleri yapılırken de aynı sakınca ortaya çıkmaktadır. Çabuk sertleşen (superciment) çimento kullanılarak bekleme süresi kısaltılabilir veya iki ayrı şerit halinde yapım sürdürülerek bir şerit kısmen trafiğe açık tutulabilir. 3. Asfalt betonunun aksine trafik altında çalışmaya elverişli değildirler. Trafiğe açık bir yolda uygulanmaları durumunda servis yolu inşasını gerektirirler ki bu küçük oranda bile olsa bir takım masraf ve güçlükler doğurur. 4. Beton yollar alt tesisler bakımından güçlük yaratır. Beton yolların yapımından sonra doğalgaz, kanalizasyon, su, telefon tesislerinin yapım ve tamirleri çok güçlükle yapılır. Yer altı tesislerinde oluşacak arızaların yerlerini bulmak güçtür. Arıza giderildikten sonra, beton yolların tamir edilen kısımları zayıf kalır. Buna karşılık, suyu geçirmemesinin ve homojen olmasının sonucu olarak trafik ve yük sarsıntılarını, titreşim etkilerini her tarafa yayması dolayısıyla beton kaplamalar en iyi koruyucu tabaka görevini yaparlar. 5. Açık rengi dolayısıyla güneşte göz kamaştırmalarına sebebiyet verir. Betona boya karıştırılıp renkli yol yapılarak bu sakıncaları giderilebilir. 6. Derzlerin varlığı ve kaplama yüzeyinde kaymaya karşı direnç sağlanması için oluşturulan yivler gürültü yapmakta ve sürüş konforunu azaltmaktadır. 7. Derzlerin yapımı ve bakımı büyük özen ve deneyim gerektirmektedir.

150 Aşınma etkisi ile kaygan hale gelir. Ancak aşınma, uygun malzeme kullanılarak geciktirilebilir. Ayrıca her tip kaplamada bu sakınca vardır. 9. Temel ve Aşınma tabakası aynı cins malzemeden oluştuğu için, eskiden mevcut bir yolun kalitesinin iyileştirilmesinde ekonomik olarak kullanılamaz. 10. Rijit üstyapıların diğer önemli bir sakıncası da, küçük periyotlu (örneğin günlük) ısı değişikliklerinden kaynaklanan, plak içi sıcaklık eşitsizliğindedir. Güneş ışığına doğrudan maruz kalan plağın üst yüzeyi alt yüzeye kıyasla daha çabuk ısınır. Isı yükselmesi yavaş yavaş derinliklere doğru iner. Alt yüzeyin sıcaklık derecesi maksimum değerine üst yüzeyden birkaç saat sonra erişir. Döşemesinin kalınlığına ve ısınma durumuna göre, plağın üst ve alt yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı 30 0 C ye kadar çıkabilir. Bu durum sonucu iki tip gerilme doğuşu görülür. Isınma (gündüz) yani sıcaklığın yükselmesi halinde, üst yüzey alt yüzeyden sıcak olacağından plak kabarır, ortası yükselir ve üst kısım çekmeye ait kısım basınca maruz kalır. Buna karşılık, soğuma sırasında (gece) alt yüzey daha sıcak olacağı için plağın kenarları yükselir ve ortası çukur kalır yani gerilmeler ters yönde gelişir. Betonun elastisite modülünün (E: kg/cm 2 ), dilatasyon derzleri arasındaki uzaklığın 30 m olması halinde, 30 derecelik bir fark için basınç gerilmelerinin değeri kg/cm 2 ye ulaşabilmektedir. Kaplamanın üst ve alt kısımlarındaki nem farkından da buna benzer gerilmeler doğar [2].

151 MALİYETLER 4.1. İlk Yapım Maliyetleri Üstyapı tiplerine ait ilk yapım maliyetlerinin bulunabilmesi için aşağıdaki faktörlerin değerlendirilmesi gerekir: a. Üstyapı tipinin ve kompozisyonlarının seçimi, b. Üstyapı tabakalarında kullanılan malzemelerin karışım oranlan saptanması, c. Üstyapının dizaynı için seçilen dizayn metodu, d. Üstyapı tipinin hizmet ömrü, e. Üstyapının taşıyacağı trafiğin hacmi ve karakteri, f. Üstyapının son servis (hizmet) kabiliyeti indeksi, g. Taban zemininin taşıma gücü, h. Üstyapı türleri için seçilen enkesit tipleri, i. Seçilen üstyapı tiplerinin kalınlık dizaynının yapılması, j. Üstyapı tipleri için birim fiyatlardan yararlanarak keşif özetinin hazırlanması, k. Kalınlık dizaynı yapılan üstyapı tiplerinin, Aşağıda bu faktörler sırasıyla değerlendirilecek ve seçilen üstyapı tipleri için ilk yapım maliyetleri 2006 yılı fiyatlarına göre bulunacaktır Üstyapı tipinin ve kompozisyonlarının seçimi Üstyapı olarak kompozisyonları aşağıda verilen tipler seçilmiştir : Esnek üstyapı tipleri a. Kum-çakıl alttemel, kırmataş temel, asfalt betonu binder ve aşınma tabakası.

152 136 b. Kum-çakıl alttemel, sıcak bitümlü temel, asfalt betonu binder ve aşınma tabakası. c. Kum-çakıl alttemel, zayıf (düşük dozlu) beton temel asfalt betonu binder ve aşınma tabakası. Rijit üstyapı tipi Kum-çakıl alttemel, demir donatısız derzli beton kaplama. (Not: Derzlerde bağlantı ve kayma demirleri kullanılacaktır) [5] Malzemelerin karışım oranları ile özelliklerinin seçimi Yukarıda seçilen üstyapı tiplerine ait tabakalarda kullanılan malzemelerin karışım oranlan ile özellikleri aşağıda gösterildiği şekilde kabul edilmiştir. Aşınma tabakası (asfalt betonu) Çizelge 4.1. Aşınma tabakası malzemeleri ve karışım oranları [5] Bitüm ve Mineral Agrega Karışım Oranları Malzemenin Özelliği %6 bitüm AC - 75/100 penetrasyon %50 (5/8"-0) 15,87-0 mm Kırılmış elenmiş taş % 30 (No.4-0) 4,76 0 mm Kırılmış elenmiş taş tozu %10 (3/8"-0) 9,52-0 mm Kırılmış elenmiş kum-çakıl %4 (No.200-0) 0,076-0 mm Mineral filler Not: Marshall stabilitesi = 750 kg, Tip C, Bitüm = %5,70; Yoğunluk = 2,43 t/m 3

153 137 Binder tabakası (asfalt betonu) Çizelge 4.2. Binder tabakası malzemeleri ve karışım oranları [5] Bitüm ve Mineral Agrega Karışım Oranları Malzemenin Özelliği %5 bitüm AC - 75/100 penetrasyon %50 (1"-0) 25,4-0 mm Kırılmış elenmiş taş %30 (3/8"-0) 9,52-0 mm Kırılmış elenmiş kum-çakıl %15 (No.4-0) 4,76-0 mm Elenmiş doğal kum Not: Marshall stabilitesi = 600 kg, Tip C, Bitüm = %4,70; Yoğunluk = 2,41 t/m 3 Bitümlü temel Çizelge 4.3. Bitümlü temel tabakası malzemeleri ve karışım oranları [5] Bitüm ve Mineral Agrega Karışım Oranları Malzemenin Özelliği %3.5 bitüm AC - 75/100 penetrasyon %40 (2"-0) 50,8-0 mm Kırılmış elenmiş taş %50 (3/8"-0) 25,4-0 mm Kırılmış elenmiş kum-çakıl %6.5 (No.4-0) 4,76-0 mm Doğal kum Not: Marshall stabilitesi=400 kg, Tip II-A, Bitüm = %3,38; Yoğunluk = 2,33 t/m 3 Astar ve yapıştırma tabakaları Astar tabakası : MC-30, metrekareye 2 kg. Yapıştırma tabakası : RC-250, metrekareye 0,3 kg.

154 138 Zayıf (düşük dozlu) beton temel Çizelge 4.4. Zayıf beton temel tabakası malzemeleri ve karışım oranları [5] Çimento ve Mineral Agrega Karışım Oranları Malzemenin Özelliği % 4,5 çimento P.Ç. 32,5 %30,5 (2"-0) 50,8 0 mm Kırılmış elenmiş taş %50 (1"-0) 25,4 0 mm Kırılmış elenmiş kum-çakıl % 15 (No.4-0) 4,76-0 mm Doğal kum Not: Çimento dozajı Ç = 100 kg/m 3, A/C = 22,60; Su/Çimento = 0,27 Yoğunluk = 2,25 t/m 3, 7 günlük mukavemeti = 50 kg/cm 2 28 günlük mukavemeti = 80 kg/cm 2 Kırmataş temel Çizelge 4.5. Kırmataş temel tabakası malzemeleri ve karışım oranları [5] Agrega Karışım Oranları Malzemenin Özelliği %50 (2"- 0) 50,8-0 mm Kırılmış elenmiş taş %50 (1"-0) 25,4 0 mm Kırılmış elenmiş kum-çakıl Not: CBR = %80, Tip B, Yoğunluk = 2,00 t/m 3, Wopt = %5,2 Alttemel ve banket altı Agrega :(3" - 0) 76,2-0 mm Doğal agrega. CBR=%35, Yoğunluk = 1,90 t/m 3, Wopt = % 10.

155 139 Beton kaplama tip-1 Çizelge 4.6. Beton kaplama tip-1 malzemeleri ve karışım oranları [5] B.350 Beton Karışım Oranları Malzemenin Özelliği % 15,5 çimento P.Ç. 500 % 51,0 (2"- 0) 50,8-0 mm Kırılmış elenmiş taş % 33,5 (No.4-0) 4,76-0 mm Doğal kum Not: Dozaj Ç = 350 kg/m 3, A/C = 5,38; Su/Çimento = 0,48; Betonun eğilme çekme gerilmesi ft = 50 kg/cm 2. Beton kaplama tip-2 Çizelge 4.7. Beton kaplama tip-2 malzemeleri ve karışım oranları [5] B.300 Beton Karışım Oranları Malzemenin Özelliği % 13,5 çimento P.Ç. 500 % 51,0 (2"- 0) 50,8-0 mm Kırılmış elenmiş taş % 35,5 (No.4-0) 4,76-0 mm Doğal kum Not: Dozaj Ç = 300 k/m 3, A/C = 6,44; Su/Çimento = 0,55; Betonun eğilme çekme gerilmesi ft = 42 kg/cm Üstyapının tasarımı için seçilen hesap yöntemi Gerek rijit ve gerekse esnek üstyapı tiplerinin taşanım (kalınlık hesabı) için "AASHO Tasarım Yöntemi" uygulanmıştır Üstyapı tipinin hizmet ömrü Ekonomik ve teknik yönden karşılaştırmayı kolaylaştırmak için incelenecek üstyapı tipleri için hizmet ömrü olarak 20 yıl seçilmiştir.

156 Üstyapının taşıyacağı trafiğin hacmi ve karakteri AASHO Tasarım yönteminde Proje Trafiği T8.2 ile sembolize edilir. Proje trafiği (T8.2) : 20 yıllık analiz süresi için ortalama günlük eşdeğer 8,2 tonluk standart tek dengil yükü tekerrür sayısıdır. Türkiye'nin trafik hacimleri gözönüne alınarak seçilen üstyapı tiplerinin tasarımı için aşağıdaki 5 tip trafik değeri kabul edilmiştir (Çizelge 4.8). Çizelge 4.8. Üstyapı tiplerinin tasarımında kabul edilen trafik değerleri [5] yıllık süresi için ort. Günlük eşdeğer standart 8.2 ton tek dingil yükü tekerrür sayısı (T 8.2 ) Proje trafiği Üstyapının son servis (hizmet) kabiliyeti indeksi Son servis kabiliyeti indeksi olarak ilk iki trafik değeri (T8,2 = 70 ve 140) için Pt=2,0 ve diğer üç trafik değeri (T8,2 = 700, 1400 ve 2800) için Pt=2,5 kabul edilmiştir [5] Taban zeminin taşıma gücü Bütün üstyapılar biri "zayıf1 (CBR = %3), diğeri "iyi" (CBR = %10) kabul edilen iki ayrı doğal zemin için projelendirilecektir. AASHO Tasarım Yöntemine göre zemin taşıma değeri (S) ile (CBR) değerleri arasındaki korelasyondan yararlanarak CBR = %3 için S = 2,5 ve CBR = %10 için S = 5,0 alınabilir.

157 141 Aynı amaçla beton yol üstyapıların tasannu için taban reaksiyon modülü (veya yatak katsayısı) olarak tanımlanan (k) değeri ile (CBR) arasındaki korelasyondan yararlanarak; CBR = %3 için k=2,77 kg/cm 3 ve CBR = %10 için k = 5,54 kg/cm 3 alınacaktır. Ancak, beton kaplamanın altına 20 cm kalınlığında bir kum-çakıl alttemel tabakasının kullanılması isteniyorsa, bu durumda; CBR=%3 için k=4,16 kg/cm 3 ve CBR=%10 için k=7,20 kg/cm 3 olarak alınacaktır [5] Yol üstyapı türleri için seçilen enkesit tipleri a. Esnek yol üstyapıları için seçilen enkesit tipleri şekillerde görülmektedir. b. Not: Rijit yol üstyapı tipi olarak, derzli donatısız beton kaplama seçilmiştir. Derzlerde kayma ve bağlantı demirleri kullanılacaktır. Şekil 4.1. Kırmataş temelli esnek üstyapı tip enkesiti [5] Şekil 4.2. Bitümlü temelli esnek üstyapı tip enkesiti [5]

158 142 Şekil 4.3. Düşük dozlu beton temelli esnek üstyapı tip enkesiti [5] Şekil 4.4. Rijit (beton) üstyapı tip enkesiti [5] Seçilen esnek ve rijit yol üstyapı tiplerinin tasarımı Esnek üstyapının tasarımı Esnek üstyapıların dizaynı için AASHTO Tasarım Yöntemi seçilmiştir. Bu yönteme göre esnek üstyapıların kalınlık hesabı yapılırken değerlendirilmesi gereken etkenler aşağıda gösterildiği gibi değerlendirilmiş ve kabul edilmiştir. a. Üstyapının hizmet ömrü (20 yıl) boyunca taşıyacağı trafik hacmine karşılık olan "Toplam eşdeğer standart 8,2 ton ağırlığındaki tek dingil yükü tekerrür sayısı": Yukarıda Çizelge 4.8. de verilen değerler alınacaktır. (Not: 5 tip trafik değeri için ayrı ayrı hesap yapılacaktır). b. Üstyapının son servis kabiliyeti indeksi: Bölüm 4.1.6'dan alınacaktır. c. Üstyapının oturduğu taban zeminin taşıma gücü: Bölüm 4.1.7'den alınacaktır.

159 143 d. Üstyapının yapılacağı bölgenin ildim koşullarını karakterize eden "Bölge Faktörü" : Bu değer R=1,0 olarak alınacaktır. e. Üstyapı tabakalarında kullanılacak malzemelerin izafi mukavemet katsayıları (Tabaka Katsayıları): Bu değerler aşağıda gösterilmiştir. Asfalt betonu (a1) = 0,44 Bitümlü temel (a2) = 0,35 Düşük dozlu (zayıf) beton temel (a3) = 0,23 Kırmataş temel (a4 ) = 0,14 Kum-çakıl alttemel (a5) = 0,11 Yukarıda gösterilen etkenler değerlendirildikten sonra ve Şekil 2.1 ve Şekil 2.2'deki tasarım abakları kullanılarak esnek üstyapı tiplerinde kullanılan tabakaların kalınlıkları bulunmuştur. Rijit üstyapının tasarımı Rijit üstyapının tasarımı için "AASHO Tasarım Yöntemi" seçilmiştir. Bu tasarım yöntemine göre değerlendirilmesi gereken etkenler aşağıda gösterildiği gibi seçilmiş ve kabul edilmiştir. a. Üstyapının hizmet ömrü (20 yıl) boyunca taşıyacağı trafik hacmine karşılık olan "Toplam eşdeğer standart 8,2 ton ağırlığındaki tek dingil yükü tekerrür sayısı". Yukarıda Çizelge 4.8 de verilen değerler alınacaktır (Not: 5 tip trafik değeri için ayrı ayrı hesap yapılacaktır). b. Betonun mukavemeti; ağır trafik koşullan (T8,2= 700, 1400 ve 2800) için kaplama betonunun ft=50 kg/cm 2 eğilme-çekme emniyet gerilmesi verecek kalitede, 350 dozlu olması öngörülmektedir. c. Daha hafif trafik koşullan koşulları (T8,2 = 70 ve 140) için ise betonun ft = 42 kg/cm 2 eğilme-çekme emniyet gerilmesi verecek kalitede, 300 dozlu olması kabul edilmiştir.

160 144 d. Alttemel tabakası; beton kaplamaların altında, esnek tiplerde kullanılan kalitede 20 cm kalınlığında kum-çakıl alttemel tabakasının yapımı kabul edilmiştir. e. Yukarıda belirtilen veriler kullanılarak ilgili tasarım abaklarından (Şekil 3.5 ve Şekil 3.6) beton kaplama kalınlığı bulunur. f. Enine ve boyuna derzler; 7 metre genişlikteki kaplamanın, ortada boyuna bir yalancı derzle ayrılmış, iki şerit halinde dökülmesi öngörülmüştür. Türkiye'nin ortalama iklim koşullan göz önüne alınarak her 5 metrede bir enine yalancı derzin ve her 100 metrede bir genleşme derzinin yapılması uygun düşünülmüştür. Bunların dışında işin gereği olarak sınırlı sayıda inşaat derzinin teşkil edilmesi doğaldır. Beton plakta demir donatının (veya hasır teçhizatın) kullanılması Türkiye koşullarında ekonomik olmayacağı düşünülerek, seçilen beton kaplamanın sadece "Derzli ve donatısız beton plak" olacağı, ancak derzlerde kayma ve bağlantı demirlerinin konacağı kabul edilmiştir. Bu yöntemle CBR değeri %3 ve %10 olan iki ayrı taban zemini ve çeşitli trafik seviyeleri için projelendirilen üstyapıların kompozisyon ve kalınlıkları aşağıdaki şekilde verilmiştir [5].

161 Şekil 4.5. Belirlenen üstyapı kompozisyon ve kalınlıkları [5] 145