Yararlanılacak Kaynaklar

T.C. Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM DENEYLERİ Konu 1: Giriş Yrd.Doç.Dr. Cahit GÜRER Afyonkarahisar 1 Yararlanılacak Kaynaklar Asfalt ve Uygulamaları, İSFALT yayınları, Ilıcalı vd. Yol Malzemeleri ve Uygulamaları, A.Tunç. Bitümlü Sıcak Karışımlar. Gürer C. Lisansüstü Ders Notları.www.cahitgurer.com Yol Üstyapısı. 1998. Umar F., Ağar E. Temin edilebilir. 2 1

İlk asfalt kaplama uygulaması, 1825 yıllarında Paris te gerçekleştirilmiştir. 1. Temel Tanımlar 3 Esnek yol üstyapıları (asfalt kaplamalar) Yolun trafik yüklerini taşıyan ve gerilmeleri dağıtmak üzere, yolun taban yüzeyi üzerine yerleştirilen tabakalı sisteme üstyapı adı verilir. Yol üstyapıları esnek ve rijit üstyapılar olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Esnek üstyapılar; aşınma tabakası, binder tabakası, temel (bitümlü temel, pmt ve çpmt) tabakası ve alt temel tabakalarından oluşmaktadır. 4 2

Diğer mühendislik yapılarına göre yollar bazı farklılıklar gösterirler. Yollar sonsuz uzunluktadır ve üstyapının oturduğu taban zemini bir noktadan diğerine değisebilir. Yol üstyapısını olusturan tabakalar farklı özellik tasıyan malzemelerden yapılmıstır. Sonuçta karışık bir sistem ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle üstyapı projelendirilmesi inşaat mühendisliğinin en karışık ve en çok araştırmaya gereksinim duyulan bir konusu olmaya devam etmektedir. 5 Kaplama Tipine Göre Türkiye Yol Ağı Uzunlukları (www.tck.gov.tr, 2012) 1077 km 212 km 1447 km 47912 km 13680 km Asfalt Betonu Sathi Kaplama Parke Stabilize Diğer Toplam Yol Ağı Uzunlukları (km) Ülkemizdeki yolların tamamına yakını esnek üstyapılarından oluşmaktadır. 6 3

Üstyapı Trafik yükünü taşımak üzere taban zemini üzerine yerleştirilen tabakalı yol yapısıdır. 7 Yol Üstyapıları Trafik Yükü Rijit Kaplama Taban Zemini 1. Rijit Yol Üstyapısı 2. Esnek Yol Üstyapısı 3. Kompozit Üstyapı 8 4

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. Rijit Üstyapı: Oldukça yüksek eğilme mukavemetine sahip ve portland çimentosundan yapılmış tek tabakalı plak vasıtasıyla yükleri taban zeminine dağıtan üstyapı tipidir. 9 Tipik bir esnek üstyapı en kesiti ve bir esnek yol üstyapısı karot örneği. Aşınma Tabakası Binder Tabakası Bitümlü Temel Tabkası Esnek yol üstyapısı karotu 10 Taban Zemini Gürer C., 2005 5

Bir yol üstyapısı farklı tabakalardan oluşur En düşük tabaka kalınlıkları: Alt Temel Kalınlığı: 20 cm Temel Tabakası Kırılmış çakıl veya kırmataş: 10 cm Plent-mix kırmataş:10 cm Penetrasyon makadam: 7,5 cm Asfalt Kaplama Tabakası BSK Binder Tb: 4 cm BSK Aşınma Tb:4 cm Ağır taşıtlar için iki yöndeki trafik değerleri YOGT 500 olması durumunda bitümlü sıcak karışım (BSK) kullanılır. YOGT < 500 olması durumunda sathi kaplama kullanılır. 11 Kaplama Temel Kaplama Tipik Bir Yarma Enkesiti Tipik Bir Dolgu Enkesiti 12 6

Yol Üstyapı Tabakaları ve Fonksiyonları 13 1. Temel Tabakası Kaplama tabakasının hemen altına yerleştirilen daneli veya uygun bir malzeme ile işlem görmüş malzeme tabakasıdır. Alt temel ve taban zeminine gelen basınç gerilmelerini kabul edilebilir bir seviyeye düşürmek ve belirli bir esneklik sağlayarak kaplamanın kırılmasını önlemek gibi işlevleri vardır. Bu yüzden temel tabakası fiziksel ve mekanik özellikleri iyi olan (seçme) malzemelerden teşkil edilir. 14 7

1. Alttemel Tabakası Alttemel, taban yüzeyi ile temel tabakası arasına yerleştirilen sıkıştırılmış daneli malzeme veya uygun bir bağlayıcı malzeme ile stabilize edilmiş malzeme tabakasıdır. 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. Temel ve alttemel tabakasının ayrı yapılmasının sebebi yine ekonomik nedenlerdir. Tek bir temel tabakası yaparak daha pahalı malzeme kullanmak yerine, alttemelle birlikte temel tabakası yapılır ve alttemelde kullanılan daha ucuz malzemelerle ekonomi sağlanmış 15 olur. Minimum alttemel kalınlığı 20 cm olmalıdır. 3. Taban Zemini (Subgrade) Tesviye yüzeyi altında kalan, yarma ve dolgularda üstyapı taşıma gücüne etkisi olabilecek bir derinliğe kadar devam eden tabakadır. 16 8

Tesviye Yüzeyi Yol üstyapısı ve banketlerin oturduğu yol altyapı zemininin üst yüzeyidir. Bu tabakada gerektiğinde kompaksiyon veya iyileştirme (zemin ıslahı) yapılabilir. Sıkıştırılmış Zemin (Kompaksiyon) Zemin Islahı (Seçme malzeme tabakası serilmesi veya zemin stabilizasyonu yapılması) 17 Sıkıştırılmış Zemin Kaplamanın üzerine oturacağı zemin yeterince sıkıştırılarak stabil bir temel görevi görmelidir. Bunun için bitkisel toprak kazılıp atılmalı ve zemin gevşetilip sıkıştırılmalıdır. 18 9

Zemin Islahı (Stabilizasyonu) Yolun oturduğu zeminin taşıma gücünün arttırılması, değişen su içeriği ile taşıma gücündeki değişmelerin azaltılması, don duyarlılığının azaltılması, Oturmaların en aza indirilmesi vb. nedenlerden ötürü zeminlerin iyileştirilmeleri gerekir. 19 Seçme Malzeme Tabakası Yolun oturduğu zemin çok düşük taşıma gücüne sahip ise bu zemin kaldırılıp atıldıktan sonra yerine uygun nitelikte bir seçme malzeme konulup sıkıştırılmasıyla seçme malzeme tabakası elde edilir. Üstyapının oturacağı zemin belli bir taşıma gücüne sahip olmalı ve zeminin hacim değiştirmesi (oturma, şişme, kabarma vb.) kaplamayı olumsuz etkilememelidir. 20 10

21 4. Kaplama Tabakası Üstyapının trafik yüklerine doğrudan maruz kalan en üst tabakasıdır. Taşıtlara sürüş konforu ve emniyeti sağlamak amacıyla yapılırlar. 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. 22 11

Yollarda temel tabakası üzerine konan asfalt kaplama tabakaları, genellikle yapım ve çalışma ilkeleri oldukça farklı iki tipe ayrılırlar. BİTÜMLÜ KAPLAMA TABAKALARI SATHİ KAPLAMALI YOL ÜST YAPISI BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM(BSK) KAPLAMALIYOL ÜST YAPISI 23 BSK kaplama tabakaları «aşınma» ve «binder» olmak üzere iki farklı tabakadan oluşurlar. 24 12

BSK Kaplama Tabakalarına ait Karot Numuneleri (web site 1) 25 Yolun Amacı Yolun yapısal olarak amacı, yola gelen gerilme ya da basıncın yapıya olan etkisini azaltmayı sağlamaktır. Bir yolun üzerindeki bir araç teker ve yol yüzeyi arasında küçük temas alanı üzerinde doğrudan bir yük ya da gerilme uygular. Araç hareket ettiği zaman, yüzeyin pürüzlülüğünün de etkisiyle aracın aşağı yukarı hareketiyle ilave dinamik gerilmeler de eklenir. Bu, yol boyunca araç hareketiyle yüzeye bir çekiçleme etkisi yapmaktadır. 26 13

Statik ve dinamik gerilmeler yolun yüzeyinde en büyüktür ve yapı derinliğine inildikçe piramit şeklinde yayılma gösterir. Yükün yayılımı arttıkça gerilme düşer, temel seviyesine inildiğinde gerilme bir zarar vermeyecek, taşımayı zorlaştıracak bir etki yapamayacak kadar düşer. Kolaylık olsun diye yükün piramit şeklindeki yayılışının yatayla 45 o lik bir açı yaptığı düşünülebilir ve bu yaklaşık olarak doğru bir gerilme şekli verir. Gerçekte yayılma, yolun üst tabakalarında biraz daha büyük olmaktadır. Rijit Üstyapı Esnek Üstyapı 27 Esnek üstyapılarda, günümüzde görülmekte olan yoğun trafik artışı 20 yıllık projelendirmede dikkate alınmaktadır (genelde yıllık %2). Bununla birlikte, eğer doğru bir şekilde inşaat yapılırsa, ve bütün malzemeler gerekli standartta seçilirse, proje şartnamelerine uyulursa yeterli taşıma kapasitesine ulaşılacaktır ve yol proje ömrünü sağlayacaktır. 28 14

Yeniden yapım düşünülmezse, yeni projelendirme standardı 40 yıla kadar seçilebilir. Ancak periyodik bakım ve tamirler yapılmalıdır. Drenaj problemi de çok önemlidir. Drene edilmemiş fazlaca su ihtiva eden zeminler, erken bozulma ve hasar görmeye elverişli bir üst yapı oluşumuna müsaade eder. Esnek üstyapılarda, yük altında yapının küçük bir miktar düşey hareketi olduğu unutulmamalıdır. 29 Kaplama Kalınlığı 1. TRAFİK ETKİLERİ 4. YAPIM VEBAKIM ŞARTLARI 2.İKLİMVE ÇEVRE ETKİLERİ 3. MALZEME 30 15

1.TRAFİK ETKİLERİ Trafik Hacmi, kompozisyonu (taşıt ağırlıklarına göre dağılımı), artış eğilimi, gelecekte beklenen trafik hacmi Dingil yükleri (standart dingil yükü:8.2 ton tahriksiz tek dingil:10 ton, tahrikli tek dingil 11.5 ton) Dingil sayısı ve teker geometrisi (konfigürasyonu) Standart yük tekerrür sayısı Yükleme hızı (veya tatbik süresi) 31 2. İKLİM VE ÇEVRE ETKİLERİ Günse ve mevsimsel ısı değişimleri, yağış miktarı ve don derinliği En yüksek ve en düşük sıcaklık Drenaj şartları, uzun dönem oturmalar Zeminin don kabarması, şişme, donma-çözülme peryotları Zeminin taşıma gücündeki değişimler 32 16

3. MALZEME ETKİSİ Kullanılan malzemelerin (agrega, bitüm, beton) fiziksel özellikleri, Kaplama tabakalarının yük dağıtma kabiliyetleri, deformasyon direnci, mukavemeti, vb. Mekanik özellikleri Malzeme karakteristiklerinin zamanla değişimi, aşınma direnci, durabilite, vb. özellikleri Kaplama tabakalarının yorulma mukavemeti 33 4. YAPIM VE BAKIMŞARTLARI Kaplama dizaynı (tabaka kalınlıkları ve cinsi) Yapım kalitesi ve kalite kontrol seviyesi Bakım-Onarım peryotları ve kalitesi Trafik yüklerinin kontrolü ve kısıtlanması 34 17

Kaplamaların İki Temel İşlevi 1. PERFORMANS (Sürüş konforu ve emniyet) 2. STABİLİTE (Deformasyona Karşı Direnç) 35 Kaplamalar Taşıtlar için düzgün ve pürüzsüz yüzeyler sağlamalıdır. Kaplama yüzeyi sürüş emniyeti için yeterince kayma direncine sahip olmalıdır. Trafik yüklerinin oluşturacağı aşınmalara ve deformasyonlara karşı yeterince dirençli olmalıdır. Trafik yüklerini yayarak taban zeminine intikal ettirebilmeli fakat bu yüklere karşı koyabilecek kadar da mukavemetli olmalıdır. 36 18

Bakım, onarım ve rehabilitasyon (yeniden kaplama yapılması) maliyetlerinin az olması için yeterince yorulma mukavemetine sahip olmalıdır. Hem zeminde istenilen gerilmeyi oluşturabilecek hem de tahmin edilen yük tekerrür sayısına yeterince direnç gösterebilecek kalınlıkta olacaktır. Yağmur ve kar sularının sızmasını önleyecek kadar geçirimsiz olmalıdır. 37 Zeminin don kabarması ve şişmelerden dolayı oluşabilecek gerilmelere karşı koyabilmeli ve zeminin taşıma gücünde olabilecek azalmalarda yeterince rijit ama zeminin uzun dönem oturmalarında da bu çökmelere uyum sağlayabilecek kadar da esnek davranış gösterebilmelidir. 38 19

Özet olarak Taşıtlar için sürüş konforu ve sürüş emniyeti sağlamalı, Trafik yüklerini emniyetle zemine intikal ettirmeli, Trafik, iklim ve çevre etkilerine karşı dirençli ve dayanıklı olmalıdır. 39 Gerilmeler 40 20

Özet olarak Taşıtlar için sürüş konforu ve sürüş emniyeti sağlamalı, Trafik yüklerini emniyetle zemine intikal ettirmeli, Trafik, iklim ve çevre etkilerine karşı dirençli ve dayanıklı olmalıdır. 41 Esnek Üstyapıların Üstünlükleri 1. Asfalt betonu kaplamalar trafik için düzgün ve gürültüsüz bir yüzey meydana getirirler. 2. Yüzey aşınması ve dingil yüklerinin doğurduğu deformasyonlara karşı dirençlidirler. 3. Özellikle kuru olduklarında yüksek sürtünme katsayısı verirler. 4. Belirli ve yeterli bir stabilite ve rijitliğe sahip olduklarında yükü alt tabakalara yayarlar. 5. Yüzeyin geçirimsizliğini sağlarlar. 6. Kademeli inşaata uygundurlar. 7. Özellikle bakım ve onarım trafik altında yapılabildiği için servis yoluna gereksinim olmaz. 8. Yapımdan birkaç saat sonra trafiğe açılabilir. 9. Uygulaması daha kolaydır. 10. Asfalt betonu bakımı kolaydır. Ancak daha sık bakım gerekir. 42 21

Esnek Üstyapıların Sakıncaları 1. Asfalt betonunda bağlayıcı malzeme olarak kullanılan asfalt termoplastik bir malzemedir. Sıcaklığa bağlı olarak değişim gösterir. Dolayısıyla asfalt betonu da bu özelliklerden etkilenir. İnşaat sırasında özellikle şartnamede belirtilen sıcaklılara uyulmalıdır. Aksi takdirde istenilen performans elde edilemeyecektir. Beton yollarda çimentonun özelliğinden dolayı büyük bir problem söz konusu olmaz. 43 2. Asfalt betonunda gerilme deformasyon ilişkileri yükleme hızının ve sıcaklığın fonksiyonu olduğundan sabit bir elastisite modülü (2000-19000 Mpa) ve poison oranına(v=0.30-0.40) sahip değildir. Projelendirmede de elastisite teorisi kullanıldığı için karmaşıktır. Bu karmaşıklıktan oluşan zorluk takviye projelendirilmelerinde de ortaya çıkar. Çünkü takviye projelendirilmeleri sırasında yolun en gayri müsait olduğu durum dikkate alınacaktır. Yol altyapısı genellikle don çözülmesi sırasında ve fazla yağış alan mevsimlerde en zayıf anındadır. Dolayısıyla yolun hangi mevsimde en zayıf olduğunu belirlemekte zordur. 44 22

3. Bitümlü bağlayıcıların yapısı kaplamanın yapımında birkaç sene sonra bağlayıcı içindeki uçucu bileşenlerin uçması ve oksite olması ile bozulur. Yaşlanma denilen bu olay bağlayıcının sertleşmesi, daha az uzaması, agregaya karşı adhezyonun azalması şeklinde kendini hissettirir. Böylece kaplama gevrekleşir, kolay bozulup dağılır. Ayrıca yola dökülen benzin, motorin, yağ gibi maddeler de kaplamanın kimyasal yapısını bozacaktır. Soğuk bölgelerde yapılan tuzlamalar da kaplamanın yapısını bozacaktır. 45 4. Koyu renkli olduklarından gece görünmeleri zordur. 5. Bitümlü kaplamaların uygulanacağı zeminin kuru yada en fazla %2 nemli olması gerekmektedir. Böylece bitümlü kaplamaların özellikle yağışlı bölgelerde uygulama süreleri çok kısıtlıdır. Buna karşılık beton kaplamalar nemli zeminlere de uygulanabilir. 6. Asfalt bir petrol ürünüdür. Yani ithal edilmektedir. Bu da döviz harcaması demektir. 7. Yapım sırasında sarf edilen enerji de rijit üstyapılara göre fazladır. 46 23

Rijit Üstyapıların Üstünlükleri 1. Kayma sürtünme katsayıları yüksektir. Kaymaya karşı direnci fazladır. 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. 3. Dayanıklı bir kaplama tipidir. Dayanma bakımından her türlü etkiye karşı koyacak şekilde hazırlanabilirler. 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. Açık rengi sayesinde gece kolay görünür. 47 6. Gerekli önlemler alındığında zayıf zeminler üzerinde de iyi hizmet görebilirler. 7. Gereği gibi bakıma tabi tutulduklarında tam bir yüzey geçirimsizliği sağlarlar. 8. 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. Plastikli bağlayıcılarla yapılan yollarda çok görülen ondülasyonlar beton yollarda görülmez. 10. Türkiye nin birçok bölgesinde beton dökümü için inşaat mevsimi daha uzun sürelidir. Asfalt betonunun aksine asfalt zeminlere döküm yapılabilir. 11. Betonda kullanılan çimentonun hammaddesi tamamen yerlidir. Dolayısıyla ucuzdur. 48 24

Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK-2011) verilerinden yapılan derlemeye göre, ihracatın yüzde 18,5 artışla 134 milyar 954 milyon dolara ulaştığı, ithalatın ise yüzde 29,4 artışla 240 milyar 833 milyon 236 bin dolara ulaştığı 2011 yılında, enerji faturası bir önceki yıla göre yüzde 40,56 oranında artarak 54 milyar 113 milyon 489 bin dolar oldu. 49 Rijit Üstyapıların Sakıncaları 1. Projede ve inşaatta yapılacak küçük bir hata veya ihmal, trafikle ilgili olmadan, kaplamanın çabuk harabolmasına yol açan çatlakların oluşmasına neden olabilir. Priz sırasındaki ısı değişiklikleri çatlakların oluş nedenlerindendir. 2. Yapım sırasında ve beton prizini tamamlayıncaya kadar yol trafiğe kapalı kalacaktır. Bu süre yaklaşık bir aydır. Tamir ve bakım işlemleri yapılırken de aynı sakınca ortaya çıkmaktadır. 3. Asfalt betonunun aksine trafik altında çalışmaya elverişli değildir. Trafiğe açık bir yolda uygulanmaları durumunda servis 50 yolu inşasını gerektirir. 25

4. Beton yollar alt tesisler bakımından güçlük yaratır. Beton yolların yapımından sonra doğalgaz, kanalizasyon, su, telefon tesislerinin yapım ve tamirleri çok güçlükle yapılır. 5. Açık rengi dolayısıyla güneşte göz kamaştırmalarına neden olur. 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. 8. Aşınma etkisiyle kaygan hale gelir. 9. Döşeme plağının alt ve üst yüzeyi sıcaklıklarındaki farklardan, plakta ek gerilmeler oluşmaktadır. 51 T.C. Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü «BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM DENEYLERİ» SORULAR? Yrd.Doç.Dr.Cahit GÜRER 52 26

Kaynaklar Umar F., Ağar E. 1998.Yol Üstyapısı. İTÜ Yayınları. Tunç A. 2007.Yol Malzemeleri ve Uygulamaları. Ankara. Nobel Yayın ve Dağıtım. Web Site 1: http://generalblacktop.webs.com/faq.htm Erişim: 18.02.2013 www.cahitgurer.com 53 27