BÖLÜM 2. ESNEK ÜSTYAPILAR

Transkript

1 BÖLÜM 2. ESNEK ÜSTYAPILAR Esnek üstyapılar, taşıtlar için gerekli performansı (sürüş konforu ve emniyeti sağlayabilme özelliğine) sağlayan ve taşıtların neden olduğu gerilmelere karşı yeterince stabiliteye (deformasyona karşı gösterdiği dirence) sahip olan farklı özelliklerdeki tabakalardan oluşan esnek bir yapıdır. Esnek üstyapılar; * Düşük standartlı kaplamalar (yüzeysel veya koruyucu tabakalar) * Yüksek standartlı kaplamalar (bitümlü sıcak karışımlar) olmak üzere iki ayrı kalitede imal edilirler. 1

2 Düşük standartlı kaplamalar, trafik hacminin düşük olduğu ; - genel olarak günlük ağır taşıt trafiğinin 500 den az ya da ton standart dingil yükünün 20 yıldaki tekrar sayısı 2 milyondan az olduğu durumlarda ekonomiktir. Ancak yüksek standartlı karayolu ve otoyollarda; - günlük ağır taşıt trafiğinin 500 den çok olduğu durumlarda bitümlü sıcak karışımlara sahip kaplamaların yapılması gerekir. 2

3 Düşük standartlı esnek kaplamalar; Stabilize (bağlayıcısız) kaplamalar: - agrega (iri ve ince) - nem tutucu kimyasal bir tuz - kil benzeri bir zemin malzemesinin belirli oranlarda karıştırılıp her türlü hava koşulları altında yola serilmesiyle oluşturulan bir tabakadır. Makadam kaplamalar: Stabilize kaplamaların çeşitli işlemlerle iyileştirilmesi (bitüm emdirme) sonucu elde edilen düşük standartlı esnek bir kaplamadır. 3

4 Sathi kaplamalar: Sathi kaplamalar nispeten düşük hacimli yollarda çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tip kaplamalar bir temel tabakası üzerine ince bir film tabakası halinde sıvı asfalt tatbik edildikten hemen sonra uygun boyut ve şekildeki agreganın serilip sıkıştırılmasıyla elde edilen hem ekonomik hem de basit bir esnek kaplama tipidir. Bu kaplamalar en düşük kaliteden en yüksek kaliteye kadar trafik hacmi ve diğer faktörler göz önüne alınarak inşa edilmelidir. 4

5 Yüksek standartlı esnek kaplamalar; Bu kaplamalar çok tabakalı yapılardır. Her bir tabakanın kalınlığı ve fonksiyonu birbirinden farklıdır. Tabakaların tipleri ve kalınlıkları; - yolun sahip olduğu trafik hacmi - zemin taşıma gücü - çevresel faktörler - kullanılan malzemenin mekanik özellikleri vb. gibi hususlar göz önüne alınarak saptanır. 5

6 Tek yönde ve 20 yıl için toplam eşdeğer standart dingil yükü (8.2 ton) sayısı; * den az ise kaplamasız (stabilize) * ise tek kat sathi kaplama veya kaplamasız * ise tek kat sathi kaplama * ise çift kat sathi kaplama * dan fazla ise beton asfalt (BSK) kaplama olarak yapılmaktadır. 6

7 2.1 Esnek Üstyapıları Oluşturan Tabakalar Taban zemini üzerine oturan alttemel, temel ve bitümlü kaplama tabakalarından oluşan esnek yol üstyapısının başarısı, belirtilen tabakaların ve taban zemininin şartnamelere uygun şekilde projelendirilip gerçekleştirilmesine bağlıdır. Üstyapıyı meydana getiren tabakalar yukarıdan aşağıya doğru; * kalınlıkları artarak * kalite ve maliyetleri azalarak * yapım tekniği kolaylaşarak * yapım hızı artarak önemli ölçüde değişmektedir. 7

8 Esnek kaplamaları oluşturan tabakalar birbirinden farklı özelliklere sahiptir. Bunlar: * stabilite ve dayanım karakteristikleri * fonksiyonları ve performansları * sahip oldukları malzemelerin özellikleri * drenaj veya geçirimsizlik karakteristikleri * durabiliteleri (dayanıklılık) 8

9 * rijitlik veya esneklik karakteristikleri * yorulma mukavemetleri * yapım teknikleri ve süresi * maliyetleri Bundan dolayı esnek üstyapıları oluşturan her bir tabaka ayrı ayrı ele alınıp incelenecektir. 9

10 Esnek üstyapıları oluşturan tabakalar Şekil 1 de görülmektedir. Aşınma Tabakası Binder Tabakası Bitümlü Karışım Temel Tabakası Alttemel Tabakası Granüler Malzeme Taban zemini Şekil 1. Tipik esnek üstyapı enkesiti 10

11 11

12 Alttemel Tabakası: - Alttemel tabakası esnek üstyapıların en alt tabakasıdır. - Taban yüzeyi ile temel tabakası arasına yerleştirilir. - Daneli malzeme veya uygun bir bağlayıcı malzeme ile sıkıştırılarak stabilize edilir. - Alttemel tabakasının stabilitesi temel tabakasına nazaran daha düşük ama dren kabiliyeti daha yüksektir. 12

13 - Alttemel yalnız don bölgesindeki, dona hassas taban zeminleri veya taşıma gücü yeterli olmayan taban zeminleri üzerinde yapılır. Bu durumların söz konusu olmadığı hallerde yapılmayabilir. - Alttemel tabakası taban zemininin taşıma gücünü aşabilecek yüksek gerilmeleri ve tabanda oluşacak don etkisinin üstyapıya yansımasını önleyecek özelliklere sahip bulunmalıdır. - Minimum alttemel kalınlığı 20 cm olmalıdır. 13

14 Alttemel tabakalarının istenilen işlevleri yerine getirebilmesi için dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır: Gradasyonları (dane boyutlarındaki dağılım oranları) verilen limitler dahilinde olmalıdır. Agreganın fiziksel özellikleri istenilen şartları sağlamalıdır. Agregaların karışımı, taşınması ve serilmesi sırasında segragasyon olmamalıdır. Tabakalar halinde serilip sıkıştırılmalıdır. * Tabakaların sıkışmış kalınlığı 20 cm yi geçmeyecek şekilde eşit kalınlıklar halinde serilip sıkıştırılmalıdır. 14

15 Temel Tabakası: -Kaplama tabakasının hemen altına yerleştirilir. - Daneli veya uygun bir bağlayıcı ile işlem görmüş tabakadır. - Alttemel ve tabana gelen basınç gerilmelerini kabul edilebilir seviyeye düşürmek ve belirli bir esneklik sağlayarak kaplamanın kırılmasını önlemek gibi işlevleri vardır. - Bu nedenle temel tabakası belirli özellikleri olan iyi kaliteli malzemeden teşkil edilmelidir. 15

16 Temel tabakası tip ve kalınlıkları: Kırılmış çakıl veya kırmataş Plent-miks kırmataş Penetrasyon Makadam :10cm :10cm :7.5cm Asfaltlı Makadam : En büyük dane boyutunun 1.5 katından büyük, 3 katından küçük (Ör: en büyük dane boyutu 3 cm ise tabaka kalınlığı en az 4.5 cm, en çok 9 cm olabilir. 1 den fazla tabaka yapılabilir) Sıcak karışım Bitümlü Temel : En büyük dane boyutunun 1.5 katından büyük, (1 den fazla tabaka olabilir). 16

17 Temel ve alttemel tabakalarının ana işlevleri: kaplamadan gelen yükleri zemine yaymak deformasyonlara karşı dirençli olmak drenajı sağlamak zeminin hacim değişikliklerine (şişme, büzülme) karşı koymak dondan kaynaklanan zararları önlemek üstyapı inşaatının maliyetini düşürmek ve hızlandırmak kaplama inşaatı için düzgün platform oluşturmak uzun dönemli oturmalarda esnek bir yapı oluşturmak 17

18 Kaplama Tabakası: -Üstyapının trafik yüklerine doğrudan maruz kalan ve temel tabakası üzerine konan en üst tabakadır. -Trafik yükleri nedeniyle oluşan basınç ve çekme gerilmelerinin en yüksek seviyede olması nedeniyle kaplama tabakası, üstyapının diğer tabakalarına göre daha yüksek bir elastisite modülüne sahip olmalıdır. - Kaplama tabakasının kalınlığı arttıkça yolun direnci artar. Kaplama tabakaları genellikle yapım ve çalışma ilkeleri oldukça farklı iki tipe ayrılırlar. 18

19 1-Yüzeysel sathi kaplamalar: Sathi kaplama yolun kabul edilen hizmet süresi boyunca geçecek olan ortalama günlük ağır ticari taşıt sayısı; - çift yönde 500 den küçük veya - proje süresince tek yönde toplam standart dingil sayısı 2*10 6 dan az olan yollarda uygulanmalıdır. Sathi bir kaplama hazırlanmış bir temel üzerine önce bitümlü bağlayıcı arkasından agrega tatbiki şeklinde inşa edilir. 19

20 20

21 2-Asfalt betonu kaplamalar: - Günlük ağır ticari taşıt sayısı çift yönde 500 den büyük veya - Proje süresince tek yönde toplam standart dingil sayısı 3*10 6 dan fazla olan yollarda kaplama olarak asfalt betonu kullanılmalıdır. Bu tür kaplamalar üstte aşınma ve altta binder olmak üzere iki tabaka halinde inşa edilirler. Asfalt betonu için minimum kalınlıklar: - Binder tabakası : 4 cm - Aşınma tabakası : 4 cm 21

22 Tek yönde toplam standart dingil sayısı 2*10 6 3*10 6 arasında olan yollarda sıcak karışım kaplama gerekmekte ise de ekonomik durumlar gözönüne alınarak ve proje ömrü kısa tutularak çift kat sathi kaplama yapılabilir. 22

23 2.2 Esnek Üstyapılarda Oluşan Gerilmeler Yollarda oluşan gerilmeler iki gruba ayrılır. a) Trafik Yüklerinden Doğan Mekanik Gerilmeler: Bunlar, hareket halinde olan veya duran motorlu taşıtların, tekerlek bandajları aracılığı ile yola uyguladıkları gerilmelerdir. Yolun yüzeyi ile tekerlek bandajı arasına etkiyen düşey yükler ve yatay kayma kuvvetleri yol tabakalarında; - basınç - çekme - eğilme ve kayma gerilmeleri doğurur. 23

24 Yapılan araştırmalar yol yüzeyine, hızlı giden taşıtların yavaş seyreden taşıtlara nazaran daha düşük gerilmeler uyguladıklarını göstermiştir. Hesaplarda bandaja etkiyen tekil yükün değeri ne olursa olsun bandaj değme alanının bir daire ve bu daire üzerindeki gerilme dağılışının üniform olduğu kabul edilir. 24

25 STATİK HIZLANMA 25

26 FRENLEME SAĞA DÖNÜŞ 26

27 Yol üzerinde seyreden taşıtların ağırlıkları, taşıtların dingil sayısı kadar kısımlara ayrılır ve tekerlek bandajları aracılığı ile kaplama yüzeyine ulaşır. Yola gelen yüklerin üstyapı hesaplarında tam olarak dikkate alınabilmesi ve ekonomik olmayan kalınlıkların çıkmaması ayrıca, ağır dingil yüklerinin bozucu etkisini önlemek için dingil yükleri sınırlandırılmıştır. 27

28 Azami ağırlıklar : 1-Tek dingilde en çok; -Tahriksiz tek dingilde... : 10 ton, -Tahrikli (motordan hareket alan) tek dingilde : 11.5 ton, 28

29 2-İki dingilli aks grubu ağırlığı en çok ; -Motorlu araçlarda aks grubu ağırlığı ; -Dingiller arası mesafe 1 m den az ise (1m < d)... : 11,5 ton, -Dingiller arası mesafe 1 m ile 1.3 m arası ise (1m d < 1.3 m)... : 16 ton, -Dingiller arası mesafe 1.3 m ile 1.8 m arasında ise (1.3 m d < 1.8m)... : 18 ton, -Dingiller arası mesafe 1.3 m ile 1.8 m arası ise (TOY deki şartlarla) ( ). : 19 ton, 29

30 2a: Tekerleğin iz genişliği, σt: Yatay gerilme, σz: Düşey gerilme Şekil 2. Bir esnek üstyapıda yük ekseni etrafında oluşan düşey ve yatay gerilmeler 30

31 31

32 32

33 33

34 b) İklim Koşullarının Değişmesinden Doğan Fiziksel Gerilmeler: Sıcaklığın düşmesi halinde bitümlü kaplama tabakası büzülmek ister. Temel tabakası bu harekete karşı koyar. Bunun sonucunda kaplama tabakasında çekme gerilmeleri doğar. Don kabarması olayı da bitümlü kaplama tabakasında çekme gerilmeleri oluşmasına yol açar. Don kabarması, dona hassas olan taban zemini ve temel tabakasında oluşan buz mercekleri ile kaplamanın yukarı doğru yükselmesine denir. 34

35 2.3 Esnek Üstyapıların Üstünlükleri Asfalt betonu kaplamalar trafik için düzgün ve gürültüsüz bir yüzey meydana getirirler. Yüzey aşınması ve dingil yüklerinin doğurduğu deformasyonlara karşı dirençlidirler. Özellikle kuru olduklarında yüksek sürtünme katsayısı verirler. Belirli bir stabilite ve rijitliğe sahip olduklarından yükü alt tabakalara yayarlar. 35

36 Yüzeyin geçirimsizliğini sağlarlar. Kademeli inşaata uygundurlar. Özellikle bakım ve onarım trafik altında yapılabildiği için servis yoluna gereksinme göstermezler. Yapımlarından birkaç saat sonra trafiğe açılabilirler. Asfalt betonu uygulaması nisbeten kolaydır. Asfalt betonu kaplamaların bakımı kolaydır. 36

37 2.4. Esnek Üstyapıların Sakıncaları Bağlayıcı olarak kullanılan asfaltın özellikleri sıcaklığa bağlı olarak değiştiği için, asfalt betonu uygulamasının her aşamasında şartnamede belirtilen sıcaklık derecelerine uyulması gerekir. Asfalt betonunun gerilme-deformasyon ilişkileri yükleme hızına ve sıcaklığa bağlı olduğundan esnek üstyapıların projelendirilmesi zordur. Kimyasal bir madde olan bitüm zamana ve çevresel etkilere bağlı olarak özelliklerini kaybettiği için asfalt kaplama yüzeyinde bozulmalar olmaktadır. 37

38 Koyu renkli olduklarından gece görülmeleri güçtür. Bitümlü kaplamaların uygulanacağı zeminin nem yüzdesinin belirli bir değer altında olması şartı arandığından yağışlı bölgelerde bitümlü kaplamaların uygulanma süresi kısalmaktadır. Üstyapıda kullanılan asfalt ithal edilen bir ürün olduğu için üstyapıda kullanımı maliyeti artırmaktadır. Esnek üstyapıların yapımında enerji tüketimi daha fazladır. 38