BÖLÜM 7. RİJİT ÜSTYAPILAR Rijit Üstyapı: Oldukça yüksek eğilme mukavemetine sahip ve Portland çimentosundan yapılmış, tek tabakalı plak vasıtasıyla yükleri taban zeminine dağıtan üstyapı tipidir. 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.
- İyi projelendirilip uygun şekilde yapıldıkları zaman, beton kaplamalar yüksek trafiğe cevap verece kaliteye sahiptirler. - Ancak ilk yapım masrafları fazla olduğu için ekonomik oldukları ilk bakışta görülemez. - Rijit üstyapılar, esnek üstyapılar ile ekonomik yönden karşılaştırılırsa, genellikle ilk yapım masrafları yüksek olan rijit üstyapıların, 20 yıllık veya daha uzun bir periyot için bakım masrafları da dikkate alınırsa, esnek üstyapılardan daha ekonomik oldukları görülür. -Özellikle, zayıf taban zemini üzerine oturan ve yüksek trafik taşıyan yollarda en ekonomik çözüm beton yol ile sağlanmaktadır.
7.1 Rijit Üstyapıları Oluşturan Tabakalar Beton Plak Alttemel Taban Zemini Şekil 4. Tipik Bir Rijit Üstyapı Enkesiti
Bir beton kaplamanın davranışı, dökülen beton tabakalarının özelliklerinin yanısıra, kaplama altına serilen alttemel ve temel tabakaları ile mevcut taban zemininin özelliklerine bağlı olarak değişir. Bu nedenle, projelendirme sırasında, beton kaplamanın davranışını etkileyen taban zemini, temel malzemesi, betonu oluşturan kum, çakıl, çimento ve betonarme demiri gibi malzemelerin çok iyi incelenmesi gerekmektedir.
7.1.1 Taban Zeminleri Rijit bir üstyapının davranışı, taban zemininin fiziksel özellikleri ve taşıma gücü ile doğrudan ilgilidir. Bazı taban zeminleri rijit kaplamaların davranışlarına zarar verecek özelliktedirler. Bu zararlı etkileri çoğu zaman plak kalınlığını artırarak gidermek mümkün değildir. Düzeltici tedbirleri gerektiren problemlerin daha henüz proje aşamasında iken belirlenmesi ve çözümlerinin plan ve şartnamelerde dikkate alınması gerekir.
7.1.2 Alttemel Tabakası Taban zemini üzerine daneli malzemeden oluşmuş bir tabaka serilir. Bu tabakaya alttemel veya kaplama altı tabakası denir. Alttemel tabakasını gerektiren haller: - Donma etkisi - Yüksek hacim değişmesi gösteren topraklarda şişme ve büzülme etkisi - İnce daneli topraklarda pompaj etkisi (Belirli tip ince daneli taban zeminleri suya doygun bir hale geldikleri zaman, kaplama plağının kenarlarının devamlı çökmesi sebebiyle su toprak karışımının derzler veya derzlere yakın yerlerden ve çatlaklardan dışarı fışkırmasına sebep olur ki buna pompaj olayı denir). Pompaj olayına karşı yapılan alttemel tabakasında (kum+az kil+çakıl)dan oluşmuş granüler malzeme kullanılır. Kaplama altı
7.1.3 Beton Plak -Rijit üstyapılar beton plaklar halinde inşa edilirler. -Bu plaklar sadece beton olarak yapılabildiği gibi gerekli olduğu durumlarda betonarme (beton+çelik donatı) şeklinde de yapılabilir. -Beton yolların yüzeyleri kayma sakıncası göstermediği, tutucu ve pürüzlü olduğu için %7 ye kadar boyuna eğim uygulanabilir. -Yüzeyin pürüzlendirilmesi beton prizini almadan fırça ile yapılmaktadır.
-Beton yolun yüzeyinin düzgün olması suların kolayca akmasını sağladığından, enine eğim boyuna eğime bağlı olarak diğer kaplama cinslerine göre daha küçük alınabilir. -Düşük boyuna eğimlerde enine eğim %2, dik boyuna eğimlerde minimum %1 olmalıdır. -Taban zemini özelliklerine ve yoldan geçecek trafiğe bağlı olarak plak kalınlığı 15cm-25cm arasında değişir. -Beton plak kalınlığı 15 cm den çok değilse plak boyu 10m yi aşmamalıdır. -Plak uzunluklarının 10-15 m arasında alınması uygun görülmektedir.
Çelik Donatı: Beton yollarda çelik donatı olarak tek çubuklar veya kaynak ile birbirine kaynatılan çubukların oluşturduğu çelik hasırlar kullanılır. Hasırlar plağın tam boyutlarınca veya bir kısım şeritleri üzerine serilebilir. Çelik donatının görevi beton plaklarda oluşabilecek çatlakların büyümesini önlemektir.
Derzler: Sıcaklık ve nem miktarındaki değişimler, betonun genleşip büzülmesine neden olur. Bu hareketler nedeniyle ve trafik yüklerinin etkisi ile beton plakta bir takım gerilmeler oluşur. Plak serbestçe hareket edecek biçimde yapılmazsa bu gerilmeler sonucu çatlar. Ancak uygun aralıklarla derzler yapılması ve derzlerin çelik donatı ile kuvvetlendirilmesi halinde geniş çatlak oluşması bir dereceye kadar önlenir.
Derzler boyuna ve enine olmak üzere önce iki gruba ayrılırlar. Boyuna derzler yol güzergah eksenine paralel olarak boyuna yönde yapılan derzlerdir. Enine derzlerde yola dik olarak enine yönde yapılan derzlerdir. Bu derzlerde genel olarak üç çeşittir: -Yarım (yalancı) derzler -İnşaat (tam) derzleri -Dilatasyon (genleşme) derzleri
Donatı ANO Donatı ANO Dilatasyon Derzi Yalancı Derz Şekil 5. Tipik Bir Rijit Üstyapı Planı
Yarım (Yalancı) Derzler: Beton plak kesitinin belirli yerlerde, yeterli miktarda zayıflatılarak, sıcaklık değişimi etkisiyle plakta doğacak gerilmelerin yol açacağı çatlakların zayıflatılmış kesitlerde oluşmasını sağlamak için yalancı derzler yapılır. Yalancı derzler genel olarak beton prizini aldıktan sonra, betonu testere ile keserek veya beton prizini tamamlamadan beton içine yerleştirilen ahşap veya metal şerit ile açılır. Yarım derzlerin genişliği genel olarak 1cm, yüksekliği ise plak kalınlığının 1/4-1/3 ü kadardır.
İnşaat (Tam) Derzleri: Bu derzler kaplama plaklarını bütün kalınlıklarınca birbirinden ayırırlar. Fakat bunlarda genleşme payı yoktur. Bu derzler, günlük iş bitiminde o noktada plağın dökümünün bitirilmesi ve bir sonraki iş gününde yeni plağın ayrı olarak inşa edilmesi ile meydana gelir.
Dilatasyon (Genleşme) Derzleri: Dilatasyon derzleri beton plakların genleşmesine olanak sağlayan derzlerdir. Bu derzler kaplamanın bütün kalınlığı boyunca açılır. Genleşmeye engel olacak maddelerin derze girmemesi için derz sıkışabilir bir malzeme ile doldurulur. Alt dolgu malzemesi olarak mantarlı ve lifli malzemeler, üst dolgu malzemesi olarak bitümlü malzemeler kullanılır. Derz dolgu malzemesinin plak uzayınca kısalması, kısalınca genişlemesi ve her an geçirimsiz olması gerekir. Yaklaşık her 15m de bir dilatasyon derzinin yapılması uygundur. Uygulamada derz genişlikleri 1.5-2.5cm arasında seçilir.
7.2 Rijit Üstyapılarda Oluşan Gerilmeler Bir tekerlek yükü bir beton plak üzerinden geçerken, çekme, basınç ve eğilme gerilmeleri oluşur. 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.
Şekil 6. Rijit Üstyapılarda Gerilme Dağılımı