TOPRAK MÜHENDİSLİĞİ YÜRÜTEN: PROF. DR. MESUT HASDEMİR HAZIRLAYAN: HAKAN TOPATAN

Transkript

1 1 TOPRAK MÜHENDİSLİĞİ YÜRÜTEN: PROF. DR. MESUT HASDEMİR HAZIRLAYAN: HAKAN TOPATAN

2 ORMAN YOLLARI YAPIMINDAKİ YERİ VE ÖNEMİ (1) 2 Doğru yol yapımı, doğru yerin tespit edilmesiyle mümkündür. Orman yollarının, yapım ve bakım masraflarının minimize edilmesi ve doğru yerin seçimi için zeminin yapı ve özelliği ile davranışının bilinmesi gerekir. (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, 1997.

3 ORMAN YOLLARI YAPIMINDAKİ YERİ VE ÖNEMİ (1) 3 Zemin her şeyden önce ince tesviye yüzeyinin altında kalan ve Alt Yapı olarak isimlendirilen kısmı ile bir yolun temel malzemesini oluşturur. Bunun yanında her mevsimde nakliyata açık tutulması gereken orman yollarında faydalanılan kaba taneli seçme malzemeler de ( stabilize malzeme ) Üst Yapı için ana yapı malzemesini oluşturur. (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, 1997.

4 (1) 4 Alt yapı çalışmaları

5 ORMAN YOLU ÜST YAPISI(1) 5 Trafik yüklerini taşımak ve doğacak gerilmeleri zemine dağıtmak üzere alt yapı üzerine granüler malzeme serilmesi ile elde edilen taşıyıcı tabakaya üst yapı denir. Bir yol en kesitinde üst yapıyı teşkil eden tabakalar a) Alt temel tabakası b) Temel tabakası c) Kaplama tabakası (1) 292 sayılı Orman Yolları Planlanması, Yapımı ve Bakımı tebliği, Ankara, 2008.

6 ORMAN YOLU ÜST YAPISI(1) 6 a) Alt temel tabakası Temel tabakasını taşımak üzere taban yüzeyine yerleştirilen ve taneli malzeme veya belirli şartlara uygun malzeme ile teşkil edilen, belli hesap kalınlığında olan tabaka veya tabakalardır. b) Temel tabakası Kaplama tabakasını taşımak üzere alt temel veya taban yüzeyi üzerine yerleştirilen ve taneli malzeme ile teşkil edilen, belli hesap kalınlığında olan tabaka veya tabakalardır. c) Kaplama tabakası Üst yapının trafik yükünü alan bir veya birkaç tabakadır. Bunların en üstündeki tabaka, trafiğin aşındırma ve iklim şartlarının ayrıştırma etkilerine karşı koyar. Bu üst tabakaya aşınma tabakası da denir. (1) 292 sayılı Orman Yolları Planlanması, Yapımı ve Bakımı tebliği, Ankara, 2008.

7 Üst yapıda kullanılan malzemeler Fotoğraflar :TOPATAN, H., Demirköy

8 Fotoğraflar :ÖZTÜRK, T., Sarıyer

9 ORMAN YOLLARI YAPIMINDAKİ YERİ VE ÖNEMİ (1) 9 Zeminlerin mühendislik yönünden taşıdığı bu öneme karşılık uygulamada orman yolları ile ilgili çalışmalara bakıldığında bu konunun büyük ölçüde göz ardı edildiği görülmektedir. Bu ihmaller sonucunda yollarda; 1. Üst yapı ve tabanda meydana gelen deformasyonlar 2. Heyelanlar 3. Yol gövdelerinin sularla yıkanıp götürülmesi 4. Artan bakım, onarım ve yenileme masrafları 5. Trafik de aksamalar görülmektedir. (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, 1997.

10 Orman yollarında görülen deformasyonlar; Fotoğraflar :ÖZTÜRK, T., Sarıyer

11 (1) 11

12 Yol gövdelerinin sularla yıkanıp götürülmesi 12 (2) (1) Fotoğraf 1:ÖZTÜRK, T., Sarıyer2012. Fotoğraf 2:TOPATAN, H., Demirköy 2012.

13 Zemin özeliklerinin tespitinde zemin etütleri şu yararları sağlar;(1) 1. Taşıma gücü zayıf, drenajı yetersiz ve potansiyel heyelan alanlarından kaçınmak mümkün olur, 2. Uygun dolgu malzemesi ile üst yapı için gerekli stabilize malzemesinin temin edilebileceği yerlerin ve ocakların belirlenmesine yardımcı olur, 3. Yol yapımı sırasında güvenle uygulanabilecek kazı ve dolduru şev eğimi değerlerinin belirlenmesi ile dolduruların stabilizesi ile ilgili konularda yol gösterir, 4. Taban zemininin taşıma gücü ile buna bağlı olarak üst yapı dizaynı (kalınlığının hesabı) konusunda yardımcı olur, 5. Yeterli drenaj tesislerinin dizaynında faydalı olur, 6. Erozyonu önleyici tedbirlerin planlanmasında etkili olur, 7. İnşaatın yürütülesi sırasında yol yapım malzemesinin niteliklerinin kontrol edilmesini mümkün kılar, 8. Orman transportunun planlanması yanında sivikültürel amaçlar için faydalar sağlar, 9. Yol yapım masraflarının gerçeğe en yakın şekilde belirlenmesine yardımcı olur. 13 (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, 1997.

14 Zemin özeliklerinin tespiti (1); 14 Zeminlerin yollarda alt yapı ve üst yapı malzemesi olarak kullanılabilirliğini belirleyen faktörlerin başında tane büyüklüğü ile bunların dağılımı (gradasyon) ve nem içeriği gelmektedir. *Gradasyon: Malzeme içinde bulunan çeşitli boydaki tanelerin ağırlıkça oranlarıdır (2). Bunların yanında toprak tanecikleri arasındaki iç sürtünme (kohezyon), kapillarite, elastisite, sıkıştırılabilme (komprehensibilite) ve geçirgenlik (permabilite) gibi özellikler de bu konuda bu konuda büyük önem taşımaktadır. (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, (2) 292 sayılı Orman Yolları Planlanması, Yapımı ve Bakımı tebliği, Ankara, 2008.

15 Zemin özeliklerinin tespiti (1); 15 Topraklar esas itibariyle; 1. Tekstür 2. Plastite özelliklerine dayanılarak bunların yol yapım malzemesi olarak kullanılabilirliklerini gösteren gruplara ayrılır. Bu amaçla değişik sistemler geliştirilmiştir. «AASHO» Birleşik Amerika Karayolları Mensupları Birliği tarafından bu amaçla kabul edilmiş sınıflandırmadır. (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, 1997.

16 AASHO testi(1) 16 (1)

17 Kaplamalı Olarak İnşa Edilmiş Tipik Bir Karayolunda (1) Platform 2. Kaplama 3. Kaplama Alt Tabakası 4. Temel Tabakası 5. Alt Temel Tabakası 6. Üst Yapı 7. Alt Yapı 8. İnce Tesviye Yüzeyi veya Üst Yapı Tabanı 9. Yol Alt Yapısı Tabanı

18 Tipik Bir Karayolu Enkesiti(1) 18

19 Bir orman yolu;(1) 19 Biri alt yapı diğeri ise üst yapı olarak iki ana unsurdan oluşmakta, Bunlardan alt yapı kazı ve dolgularla sanat yapılarından (istinad duvarı, menfez ve köprüler), Üst yapı ise doğrudan doğruya trafik yüküne maruz bulunan temel ve alt temel tabakalarından oluşmaktadır. (1) Bayoğlu, S. Orman Transport Tessleri ve Taşıtları, İstanbul, 1997.

20 Menfez 20

21 Üst Yapı 21 (1) ÖZTÜRK, T., Sarıyer, (2) TOPATAN, H., Demirköy, 2012.

22 Kazı-Dolgu İşlemleri(1) 22 Alt yapıyı oluşturan kazı ve dolgu işlemleri, daima organik madde bakımından zengin olan dolayısıyla taşıma gücü zayıf ve dolgu malzemesi olarak kullanıma uygun bulunmayan üst toprak tabakası kazılarak kaldırıldıktan sonra gerçekleştirilir. Kazı ve dolgu işlemleri tamamlandıktan sonra doğal zemin, kazılarda doğrudan doğruya alt yapıyı, dolgularda ise alt yapının oturduğu tabanı oluştururlar.

23 Kazı-Dolgu(1) 23 (1)

24 Üst Yapı;(1) 24 Alt temel ve temel tabakalarından oluşan üst yapı esas itibariyle taşıyıcı görev yapmakta ve üzerlerine gelen tekerlek yüklerini zeminde daha geniş bir alana yayılmasını sağlamaktadır. Böylece zeminin üzerine gelen basınç, onun taşıma gücünün altında kalır ve dolayısıyla deformasyonlar önlenmiş olur.

25 Zeminlerin Teknik Yönden Özellikleri(1) 25 Zeminler esas itibariyle katı parçacıkların biraraya gelerek oluşturdukları gözenekli (boşluklu) bir maddedir ve bu boşluklarda çeşitli durumlara göre su, hava veya her ikisi birden yer almaktadır. Toprağın teknik özellikleri üzerine en etkili olanı tane büyüklüğüdür. Bu özellik tane dağılımının (granülimetri) belirlenmesi ile değerlendirilir.

26 Zemin içindeki her tanenin büyüklüğünü saptamak mümkün olmadığı için bu saptama seçilen belirli ölçü limitleri arasında kalan kısımların bulunması ile yapılabilir. 26 Buna göre: Çakıl fraksiyon: 60 mm ile 2 mm eşdeğer çaplan arasındaki taneler Kum fraksiyonu: 2 mm ile 0.06 mm eşdeğer çapları arasındaki taneler Silt fraksiyonu: 0.06 mm ile mm eşdeğer çaplan arasındaki taneler Kil fraksiyonu: mm den küçük taneler (1).

27 Söz konusu fraksiyonlar ayrıca kendi aralarında da ihtiyaca göre bölünmekte olup (ince kum, kaba kum gibi) aşağıda çeşitli kuruluşlarca belirlenen tane çapı sınırları verilmiştir(1). 27

28 Çakıl-Kum(1) 28 Çakıl ve kum kaba taneli malzeme olup gözle ayırdedilebilirler. Çakıl ve kumlar taban toprağı gibi sıkıştırdıklarında tekerlek yüklerine karşı taşıma kabiliyeti yüksektir. Ayrıca; Kolayca drene edilebilmeleri, Nem değişiklikleri karşısında büzülme ve kabarma hassaslarının az olması, Yol temellerinde kullanılmaları durumunda dondan etkilenmemeleri gibi özelliklere sahiptir.

29 Silt(1) 29 Silt taneleri fiziksel ve kimyasal yönden kum tanelerine benzerler. Aradaki fark silt tanelerinin daha küçük olmalarıdır. Genel karakteristiği siltli olan zeminler don olayından en çok etkilenirler ve bu yönü ile de yol yapımında özel bir önem taşırlar. Şişme ve büzülme de gene killere oranla daha azdır.

30 Kil (1) 30 Fiziksel olarak kil taneleri levha şeklinde yassı ve uzun veya tabakalı olmakla daha kaba taneli fraksiyonlardan ayrılırlar. Çoğunlukla büyük nem değişikliklerine karşın plastisitelerini korurlar. Kil taneleri arasındaki boşlukların çok küçük olması permeabilitenin düşük olmasına sebep olur, bu yüzden kil zeminlerin drenajı güçtür. Kil fraksiyonları don olaylarından büyük ölçüde etkilenirler.

31 Zemin Denemeleri(1) 31 Zeminlerin özelliklerini belirlemek kısaca tanımlarını ve sınıflandırılmalarını gerçekleştirmek amacıyla arazide ve laboratuvarda birtakım denemeler yapılmaktadır. Bu denemeler ve analizler; 1. Elek Analizi (Mekanik Analiz) 2. Zemin Plastisitesinin Belirlenmesi 3. Taban Toprağının Yoğunluğunun Belirlenmesi 4. Zeminin Sıkışma Deneyi 5. Çakıllı Ve Molozlu Dolgular İle Stabilize Malzemelerin Sıkıştırılmasının Kontrolü

32 Zeminlerin Sınıflandırılmasının Esasları (1) 32 Kazılarda doğrudan doğruya kazı neticesi ortaya çıkan doğal zemin alt yapıyı oluşturur. Buna karşılık dolgularda ise alt yapı kazılarak elde edilen topraklarla inşa edilir. Buradan görüldüğü gibi üst yapının bir deformasyon olmadan durumunu koruyabilmesi ve amacına hizmet edebilmesi geniş ölçüde onun hemen altında yer alan ve ona temel teşkil eden alt yapının stabilitesine bağlıdır.

33 Zeminlerin Sınıflandırılmasının Esasları (1) 33 Orman yollarının yapımında taban topraklarının etüdü; Hem bunların alt yapı malzemesi olarak elverişlilik durumunun saptanması ve Hem de uygulanacak üst yapı kalınlıklarının belirlenmesi bakımından büyük önem taşımaktadır.

34 Zeminlerin Sınıflandırılmasının Esasları (1) 34 Yol alt yapı malzemesi olarak toprakların elverişlilik durumunu tesbit amacıyla ülkemizde A.A.S.H.O. (Birleşik Amerika Devlet Karayolları Mensupları Birliği) nin sınıflandırma sistemi kullanılır. Bu sınıflamaya göre topraklar 7 ana gruba bölünmekte bunlarda 1, 2 ve 7. gruplar da kendi aralarında sırası ile 2, 4 ve 2 alt gruba ayrılır.

35 Sınıfları ayırmada yapılan testler ve bunlarla belirlenen özellikler şunlardır (1): Elek analizi 2. Likit limit 3. Plastik limit 4. Plastisite endeksi 5. Grup endeksi

36 Geliştirilmiş A.B.D. Karayolları idaresi (P.R.) Sistemi (1945) Alt gruplara sınıflandırma (1) 36

37 Stabilize Malzeme Kalınlıkları ve Bu Malzemelerin Özellikleri (1) 37 Genel olarak yol dolguları oluşturulurken bunların stabilitesi için gerekli teknik tedbirler yerine getirilmemiş ise trafik yükü altında çökmeler başlar ve bunların giderilmesi için bazı durumlarda yapım masraflarına ulaşan hatta onları aşan masraflar yapmak gerekir. Dolguların, trafik yükünün etkisi altında şekil değiştirmeksizin kalabilmesi, diğer bir ifade ile toprağın taşıma kapasitesini yükselterek onda ortaya çıkabilecek deformasyonları en düşük düzeye indirmek işlerine dolguların stabilitesi adı verilmektedir.

38 Stabilize Malzeme Kalınlıkları 38 Fotoğraf :TOPATAN, H., Demirköy 2012.

39 Bir dolguda stabiliteyi sağlamak için aşağıdaki üç koşulun yerine getirilmesi gerekmekledir (1): Dolgunun üzerine oturduğu temel zeminde stabilite sağlanmalıdır. 1. Dolgu gövdesini oluşturan ve taban olarak isimlendirilen toprak kitlesinin stabilitesi sağlanmalıdır. 2. Taban üzerine gelen ve döşeme (veya üst yapı) adını verdiğimiz alt temel ve temel tabakalarından oluşan kitlede stabilite sağlanmalıdır.

40 Üst yapılı bir orman yolu enkesiti (1) 40

41 Bir yolun yapılmasında yani kazı ve dolguların oluşturulmasında hedef (1) 41 Meydana getirilecek yapının elastik bir durumda üzerine gelen kuvveti taban toprağına onun taşıma gücünü aşmayacak ölçüde ve bir koni şeklinde intikal ettirmektir.

42 Yol yapımı (1) 42 Yol yapımında kabul edilen birinci esas gelen tekerlek yüklerinin üst yapı veya döşeme olarak adlandırılan alt temel ve temel tabakaları tarafından taşınacağı hususudur. Bu tabakaların kalınlıkları ise taban topraklarına bağlı olarak belirlenir.

43 Yol yapımı (1) 43 Yol yapımındaki ikinci esas üst yapı altında yer alan taban topraklarının tabakalar halinde serilerek daha önce açıklanan şekilde laboratuvarda belirlenen maksimum yoğunluğa göre sıkıştırılmasıdır.

44 Yol Yapımı 44

45 Yol Yapımı 45

46 Yol Yapımı 46 (1) ÖZTÜRK, T., Sarıyer, (2)

47 Yol yapımı (1) 47 Üçüncü bir esas da yol taban ve gövdesinde drenajla ilgili bütün problemlerin çözülmüş olması ve dolgu kitlesinin su ile temasının kesin şekilde ortadan kaldırılmış bulunması hususudur. Orman yollarında temel ve taban topraklarının sıkıştırılması işlemi genellikle yerine getirilmediği, kendi kendine ve trafiğin etkisi ile sıkışması esas alındığı için üst yapı kalınlıklarının sağlıklı bir şekilde belirlenmesi özellikle büyük önem kazanmaktadır.

48 Orman Yollarında Drenaj 48

49 (1) 49

50 (1) 50

51 (1) 51

52 (1) 52

53 Üst Yapı Kalınlığına Etki Yapan Faktörler (1) Tekerlek basıncı, 2. Taban toprağının zemin emniyet gerilmesi, 3. Lastik içi hava basıncı ve günlük ortalama trafik sayısı oluşturmaktadır.

54 Buna göre P tekerlek yükünün yol yüzeyinde yarıçapı a kadar olan bir alanda etki yaptığı, üst yapı kalınlığının d ve taban toprağının zemin emniyet gerilmesinin s olduğu ve P kuvvetinin zemin içinde 45 'lik bir açı altında yayılarak taban toprağı yüzeyinde yarıçapı r olan bir alanda etkili olduğu kabul edilirse bir deformasyon olmaması için(1) 54

55 Tekerlek Basıncı (1) 55 Tekerlek yükleri karayolları idaresi tarafından b (8163 kg) olarak belirlenmiştir ve bu değerin orman yolları için de aynen kabul edilmesi gerekir. Diğer taraftan tekerlek iç hava basınçları da psi ( kg/cm²) olarak sınırlandırılmıştır.

56 Günlük Ortalama trafik sayısı (1) 56 Yol üst yapı kalınlıklarının belirlenmesinde gözönüne alınması gereken bir diğer husus da günlük ortalama trafik sayısıdır ve bu sayı arttıkça üst yapı kalınlığının da arttırılması gerekmektedir. Biz burada 8163 kg'lık azami tekerlek yükü için aşağıdaki 5 kademeli sınıflandırmayı esas alacağız. Sınıf Günlük Ortalama Ticari Trafik Sayısı 1 50 ve daha az ve daha fazla

57 Üst Yapı Kalınlıklarının Belirlenmesi (1) 57 üst yapı kalınlıklarının belirlenmesi çoğunlukla amprik yöntemlerle yapılmaktadır. Başvurulabilecek en basit yol evvelce yapılmış bir yolun bozulmamış olmasını esas alarak o yol üzerindeki döşeme kalınlığını diğer yollarda da uygulamaktır.

58 Üst Yapı Kalınlıklarının Belirlenmesi (1) 58 Sadelik ve uygulamadaki kolaylığı bakımından bugün köy ve il yollarında üst yapı kalınlıklarının belirlenmesinde grup endeks metodundan yararlanılmaktadır. Grup indeksi değerinden faydalanarak bir taban toprağının üzerine günlük ortalama trafik (kamyon ve otobüs) sayısına göre, kaç santimetre kalınlığında bir stabilize malzeme gelmesi gerektiğini, bu maksat için hazırlanmış kalınlık grafiğinden bulmak mümkündür.

59 Üst yapı toplam kalınlıklarını veren grafik (1) 59

60 Üst Yapı Kalınlığı (1) 60 Üst yapı olarak esas itibariyle toprak gövdesi üzerine alt temel, temel ve kaplama olmak üzere üç cins malzeme serilir. Bu malzemelerden alt temel kalınlığı taban toprağının cinsine bağlı olup değişik şekillerde uygulanır. Temel tabakası trafiğe bağlıdır. Kaplama malzemesi ise genellikle 1 inç'lik kırmataş malzemeden her tarafa eşit olarak ve 10 cm kalınlığında uygulanır.

61 Üst Yapı Kalınlığı (1) 61 (1) ÖZTÜRK, T., Sarıyer, 2006.

62 Üst Yapı Serilmiş Orman Yolu(1) 62 (1)

63 Üst Yapı Malzemelerinin Özellikleri(1) nolu elek 2,0mm üzerinde kalan kaba agrega; taş parçaları, çakıl, sert ve dayanıklı olmalıdır. Hiçbir zaman donarak, çözülerek, ıslanarak veya kuruyarak ayrışmış malzeme bu amaçlar için kullanılmayacaktır. 10 nolu elekten geçen ince agrega; doğal veya konkasörle kırılarak elde edilen kum ve 200 nolu elekten 0,074mm geçen ince mineral danelerini içermeyecektir. 200 nolu elekten geçen kısım 40 nolu elekten 0,42mm geçen kısmın 2/3 ünden fazla olmamalıdır. 40 nolu elekten geçen kısmın likit limiti 25 ten, plastik endeksi 6 dan büyük olmayacaktır. Karıştırılmış malzeme bitkisel maddeler ve yumrularını, kil topraklarını içermeyecek, aşağıda gösterilen tablodaki granülimetri özelliklerine uyacaktır.

64 Üst Yapı Malzemeleri İçin Granülimetri Özellikleri Tablosu (1) 64 (Kare delikli eleklerden geçen kısmın ağırlıklar itibariyle % si) Elekler Granül Granül Granül Granül Granül Granül A B C D E F 2inç inç /8 inç No No No No

65 Üst Yapı Malzemelerinin Özellikleri (1) 65 Alt temel malzemesi; yukarıda bahsedilen 4 özellik ve tablodaki A,B,C,D,E,F de gösterilen granülemetreye uygun olacaktır. Temel tabakası malzemeleri; yukarıda bahsedilen 4 özellik ve tablodaki A,B,C,D,E,F de gösterilen granülemetreye uygun olacaktır. Temel kaplama malzemeleri; (aşınma tabakası-kaplama altı) yukarıda bahsedilen 4 özellik ve tablodaki C,D,E ve F de gösterilen granülemetreye uygun olacaktır.

66 Orman Yollarında Üst Yapının Yeri ve Önemi (1) 66 Orman yollarında üst yapı için kullanılacak stabilize malzemenin granülimetri, likit limit ve plastisite endeksi değerleri bakımından şartnamelere uygunluğu mutlaka araştırılmalıdır. Aynı şekilde üst yapı malzemesinin hangi kalınlıkta uygulanacağının belirlenmesi bakımından taban topraklarının da özelliklerinin aynı laboratuvarlarda belirlenmesi ve bunların grup endeks değerlerinin ortaya çıkarılması gereklidir.

67 Orman Yollarında Üst Yapının Yeri ve Önemi (1) 67 Aynı ocaktan daha kolay ve daha ucuz olarak üretilebildiği takdirde kaplama, temel ve alt temel malzemesi olarak aynı malzemeden yararlanılabilir. Orman yollarında kaplama tabakası hemen daima son kaplama tabakasını oluşturduğu için malzeme seçiminde bu konuya özel bir önem vermek gerekir.