İnşaat Mühendisliğine Giriş Konu 8: Ulaştırma Mühendisliği (Transportation Engineering) Karayolu (Highways) Yrd.Doç.Dr.Cahit GÜRER İnşaat Mühendisliği Bölümü Ulaştırma Anabilim Dalı Ders İçeriği Ulaştırma Mühendisliği Ulaştırma Ulaştırma Mühendisliği Alt Dalları (Çalışma Alanları) Ulaştırma Türleri ve Karşılaştırmaları Yolların Sınıflandırılması Karayolu ve Karayolu Mühendisliği ile İlgili Temel Tanımlamalar 1
Ulaştırma Mühendisliği Ulaştırma Mühendisliği İnşaat Mühendisliğinin en önemli alanlarından bir tanesidir. ASCE İnşaat Mühendisliğini 18 alt bilim dalına ayırmıştır ve bu bilim dallarının üçte biri ulaştırma mühendisliği ile ilgilidir. «Ulaştırma» ülkelerin ekonomilerinde kritik rol oynayan bir etkendir. Birleşik Devletlerde ekonominin %20 sini ulaştırma sektörü oluşturmaktadır. Her yedi çalışandan biri ulaştırma sektöründe çalışmaktadır. Ulaşım ve Ulaştırma Nedir? Ulaşım; İnsanların ve eşyaların yararlı olduğu varsayılan belli bir amaca yönelik yer değiştirmeleridir. Bu yer değiştirmenin sağlanması da ulaştırma olarak tanımlanır. 2
Ulaştırma Mühendisliği Alt Dalları Ulaştırma Planlaması Yol Üstyapı Dizaynı ve Yapımı Asfalt / Beton Yol Toprak İşleri Yol Üstyapısı Yönetim Sistemleri Havaalanı Planlaması ve Üstyapı Dizaynı Akıllı Ulaştırma Sistemleri Demiryolu / Yüksek Hızlı Demiryolu Planlaması Trafik Mühendisliği Şehir içi Ulaşım Planlaması Geometrik Dizayn Ulaştırma Türleri A) Kara Ulaştırması Karayolu Ulaştırması Demiryolu Ulaştırması B) Su Ulaştırması Denizyolu Ulaştırması İçsu Yolu (göl-nehir-kanal) Ulaştırması C) Hava Ulaştırması D) Boru Hatları 3
Ulaştırma Sistemi Karşılaştırması Yapılırken Önemli Olan Bazı Hususlar: Sistemin kapasitesi, Trafik esnekliği, Taşıt İşgal sahası Hızlanma ve yavaşlama ivmeleri, Ton/km veya yolu/km maliyetleri İşletme Özellikleri Konfor Kazaya karşı güvenlik Erişme kolaylığı Yolcuyu ilgilendiren özellikler İlk tesis masrafları Bakım-onarım kolaylığı Tüketilen enerji çeşidi ve miktarı Çevre Bu inceleme ve karşılaştırma sırasında sıralanan faktörlerden hangilerinin esas alınacağı ve bunların önem dereceleri; Sistemin yolcu veya yük taşımasında kullanılmasına, Kentiçi veya kentler arasında faaliyet göstermesine, Ülkenin mali ve teknolojik olanakları ile enerji durumuna göre değişir. Önemli olan amaca göre yukarıda sıralanan özelliklerin ışığında en iyi sistem ve sistemleri seçip bunlar arasında uyumlu bir taşıma hizmetinin sağlanmasıdır. 4
Ulaştırma Mühendisliği alanında çalışan İnşaat Mühendisleri genel olarak: Planlama, Dizayn Yapım Bakım vb. Ulaştırma disiplini ile ilgili işlemlerde Karayolları Genel Müdürlüğü, Belediyeler, İl Özel İdareleri, Demiryolları Genel Müdürlüğü, Devlet Hava Meydanları ve Limanları İşletmesinde, Karayolu yapımıyla ilgili müteahhit ve taşeronlarda kontrol mühendisi olarak, asfalt santrallerinde ve laboratuvarlarında çalışırlar. Karayolu İnsan eliyle insanlığa yapılan en önemli altyapı yatırımlarından olan yollar; insanoğlunun ortak mekanı, toplumların ileriye yolculuğudur. Yolların tarihi ilk insanla başlar; geçmişten geleceğe doğru gelişerek uzar gider. İnsanoğlunun başta diğer insanlara, sonra hayati ihtiyaçlarına, giderek uygarlığa, çağdaşlığa kavuşmasının ilk şartı yol, ülkelerinde can damarıdır. 5
Ülkelerin iktisadi, ticari ve sosyal faaliyetleri, bu can damarına sıkı sıkıya bağlıdır. Bu nenle yol bir ülkenin kalkınmasına, toplumun sosyo-ekonomik gelişimine temel oluşturan en önemli alt yapıdır. Karayolu ulaşımı, diğer sistemlere göre ekonomik kalkınmaya ve teknolojik gelişmeye daha uygun bir ulaşım sistemidir. Karayolu Her türlü taşıt ve yaya ulaşımı için kamunun yararlanmasına açık olan arazi şerididir. Karayolunu ulaşım amacı ile tek başlarına veya birlikte kullanan motorlu veya motorsuz taşıtlar ile yayaların yol üzerindeki hareketleri ise karayolu trafiğini oluşturur. 6
KARAYOLU ELEMANLARI İLE İLGİLİ GENEL TANIMLAR Bazı Temel Tanımlar Fizibilite Etüdü: Projenin tüm yönleri ile uygulanabilirlik etüdü. Ekonomik Etüd: Yalnız gelir ve giderlerin çeşitli şekillerde kıyaslanması (Finansman düşünülmez) Fayda-Maliyet Analizi: Alternatif programları, potansiyel faydaları ve olası maliyetleri açısından değerlendirmeye yönelik bir analiz türü. Maliyet-Etkinlik Analizi: Belirlenmiş bir amaca ulaşmak için mevcut olasılıkların maliyetlerinin karşılaştırılması. Burada her olasılığın dolaylı yada dolaysız tüm maliyetleri gözönüne alınarak toplam maliyeti en düşük olan seçilir. Karayolu Kapasitesi: Hüküm süren yol ve trafik koşullarında, belli bir zaman periyodu içinde, verilen yol veya şerit parçasından geçmesi beklenen maksimum taşıt sayısı. 7
Tipik Bir Yol Enkesit Elemanları Banket: Yol yüzeyinin motorlu araçların gidiş gelişine ayrılan kısmı dışında kalan yerine göre malzeme koymaya, yaya, hayvan vb. geçişine ve araçların durmasına ayrılan kısımdır. Kaplama: Banketler arasında trafiğin emniyetli seyri için temel tabakası üzerine beton, asfalt, taş parke gibi malzemelerle yapılmış kısımdır. Platform: Yolun enine yönde bölüntüsüz ve kaplama ile banketlerden oluşan kısmına denir. Hendek: Kazılarda platform ve şevlere düşen suları toplayıp gerekli tahliye kanallarına akıtan kısımdır. 8
Kafa Hendeği: Yarmalarda, yamaçlardan akan yağış suları erozyon yolu ile şevin bozulmasına neden oluyorsa şev tepesinden bir miktar geride olmak üzere tesviye eğrisi hattına paralel olarak yine üçgen veya yamuk kesitli olmak üzere hendekler açılır. Bunlara kafa hendeği adı verilir. Kafa Hendeği 9
Şev: Bir dolguda platformun dış kenarı ile doğal zemin, yarmada ise hendek tabanı ile doğal zemin arasındaki eğik yüzey bu dolgu veya yarmanın şevidir. Şev eğimini belirlemede gözetilen iki ana faktör: Zeminin kendini tutma özelliği Dolgu ve yarmanın yüksekliğidir. Enine eğim (bombe): Platforma düşen suyu bekletmeden iki yana akıtmak için yola verilen eğimdir. Enine eğimin miktarı üzerinde etkili ana faktör kaplamanın cinsidir. Kaplama Türü Asfalt Kaplamalar Çakıllı Kaplamalar Toprak Yollar Beton Yollar Enine Eğim 0,01-0,02 0,03-0,04 0,04-0,06 0,015-0,02 10
Boyuna Eğim: Boyuna eğimin maksimum değerini tayinde dikkate alınacak faktörler: Yolun sınıfı Arazinin topoğrafik durumu Yoldan faydalanacak trafikteki hakim taşıt cinsidir. İklim koşulları Maksimum Boyuna Eğim Değerleri Otoyollar I. Sınıf Yollar II. Sınıf Yollar III. Sınıf Yollar Köy Yolları % 4 % 7 % 8 % 9 % 15 Şerit: Aynı yönde hareket eden taşıtların emniyetli geçişleri için yapılan, yolun yeterli genişlikteki kısmıdır. Yol Tipi Şerit Genişliği 3.Sınıf (Köy yolları ) 2. Sınıf Yollar 1. Sınıf Yollar 3,00 m 3,50 m 3,60-3,75 m Refüj (emniyet adası): Ters istikamette seyreden (hareket eden) araçların şeritlerini ayırmak için kullanılan kısımdır. Bir bölünmüş karayolunda şerit. 11
Yol Ekseni-Eksen Çizgisi: Yol kaplamasının ortasından geçtiği varsayılan çizgiye (doğrultuya) yol ekseni denir. Bölünmemiş yollarda karşı yönlerden gelen trafiğin kullanabilecekleri yol kısmını göstermek amacı ile yol üzerine çizilen boyuna doğrultudaki çizgiye de eksen çizgisi adı verilir. Eksen çizgisi çok zaman yol platformunu ortalarsa da bu kesin kural değildir. Tırmanma şeridi: Dağlık kesimlerde yavaş giden taşıtların kullanmalarına mahsus olmak üzere yolun en sağ kenarına tırmanma şeridi ilave edilir. 12
Korkuluk; Taşıtların yoldan dışarıya çıkmalarını ya da bölünmüş yollarda diğer platforma girmelerini önlemek amacıyla gerekli kesimlerde platform dış kesimlerine konan engellerdir. Kenar Taşları: Yüksek dolgular, daralan yol kesitleri, yatay kurplar ve görüşü kapalı düşey kurplar gibi geçkinin tehlikeli kesimlerinde güvenlik düşüncesi ile platformun kenarlarını belirtmede kullanılan işaret elemanlarıdır. 13
Kamulaştırma Genişliği Yolun yapımına başlanmadan önce geçki boyunca yeterli genişlikteki arazinin kamulaştırılması gerekir. İşte yol geçkisi boyunca uzanan ve heriki yandaki sınırları ile belirli olan bu alanın genişliğine kamulaştırma genişliği denir. Kamulaştırma genişliği yapılacak olan yolun sınıfına ve kaç şeritli olacağına bağlıdır. Yol Sınıfı Kamulaştırma Genişliği (m) Kırsal Birinci Sınıf Yollar 60,0 İkinci Sınıf Yollar 40,0 Tali Yollar 15,0-20,0 Yolların Sınıflandırılması Yollar çeşitli bakımlardan sınıflandırılabilir. İDARİ OLARAK KARA YOLLARIN SINIFLANDIRILMASI OTOYOLLAR (Hihgway, Express Way, Motor Way) Üzerinde yaya, hayvan, at arabası hareketi kesinlikle yasaklanmış; motorlu taşıtların giriş ve çıkışlarının akan trafiği hiçbir şekilde kesmeyecek biçimde, sadece ayrılma ve katılma olarak düzenlenmiş, diğer yollarla bağlantısı alt ve üst geçitler şeklinde farklı düzeyde kavşaklarla sağlanmış yollardır. DEVLET YOLLARI (State Roads) Türkiye deki nüfus yoğunluğu fazla olan ana yerleşim birimlerini birbirine bağlayan yollara denir. İL YOLLARI Devlet yolları kapsamına giren ana yollar dışında, aralarında bağlantı bulunmayan illeri birbirine bağlamak için kullanılan yollara denir. Bu yollardan; Devlet ve il yollarının planlama ve projelendirme, yapım ve bakımı Karayolları Genel Müdürlüğünün, Köy yolları ise İl Özel İdare Hizmetleri Müdürlüğü nün sorumluluğundadır. 14
Yollar Otoyollar Birinci Sınıf Yollar İkinci Sınıf Yollar Üçüncü Sınıf Yollar Köy Yollar Diğer Yollar TURİSTİK YOLLAR Turizm merkezlerini devlet ve il yollarına bağlayan yollardır. Turizm Bakanlığının önerisi üzerine Bakanlıkça sağlanan ödeneklerle Karayolları Genel Müdürlüğünce inşa edilir ve bakımı yapılır. ŞEHİR İÇİ YOLLAR Devlet ve il yollarından şehir içine tali bağlantılar ile geçiş yapan, şehrin içindeki ulaşımı sağlayan yollardır. Yapım, bakım ve onarımları Belediyeler tarafından yapılır. KÖY YOLLARI Köy yerleşim birimlerinin birbirleri ile bağlantısının yanı sıra köyleri il ve devlet yollarına bağlayan yollardır. ORMAN YOLLARI Normal ulaşım amacıyla yapılabileceği gibi orman yangını esnasında anında müdahaleyi kolaylaştırmak için Orman Bakanlığınca yapılır. 15
Geçki-Plan Geçki, bir yolun arazi üzerinde izlediği doğrultudur. Bir bakıma yolun yeryüzündeki izidir. Yolun yatay bir düzlemdeki izdüşümü plan olarak adlandırılır. Bir yolun ekseni, planda düz giden kısımlar ile bunlar arasında kalan eğri kısımlardan oluşur. Düz kısımlara alinyiman eğri kısımlara kurba veya kurp denir. Geçki Araştırması Genel anlamda yolun geçmesi zorunlu olan noktalarını birbirine bağlayan seçenekler arasında en uygun olanını bulmak için yapılan bir seçimdir. Geçki Araştırmasındaki Ön Koşullar 1. Geçki ana kontrol noktalarını birbirine bağlamalıdır. 2. Geçki öngörülen yol sınıfına ilişkin proje standartlarının kolaylıkla uygulanmasına olanak vermelidir. 3. Geçki beklenen trafiğin miktar ve karakterine uygun olmalıdır. 4. Geçki yolun ana kullanım amacına uygun olmalıdır (sosyalekonomik gelişme, turistik gelişme vb.) 16
17
Boykesit Plandaki yol ekseni bir doğru boyunca açılır ve bunun düşey bir düzlem üzerindeki izdüşümü alınırsa boykesit (profil) elde edilir. Boy kesitte eğimli olarak devam eden düz kısımlar ile bunları birbirine bağlayan eğrilerden oluşur. Eğri kısımlara düşey kurba denilir. Açık ve Kapalı Düşey Kurplar 18
Toprak İşleri Taşıt ve yayaların ulaşımları sırasında karayolunu kolaylıkla kullanabilmeleri için doğal zeminin belli bir enkesit şekline dönüştürülmesi gerekir. Bu amaçla yol en kesitinde bazı yerler kazılır, bazı yerler doldurulur. İşte bu kazma ve oldurma işlemine toprak işi adı verilir. Taban Zemini Alt Temel Mevcut Yüzey Mevcut Yüzey Kaplama Tipik Bir Yarma Enkesiti Alt Temel Tabakası Tipik Bir Dolgu Enkesiti 19
Doğal zeminin düzeltilmesi işlemine ise toprak tesviyesi veya tesviye denir. Toprak işi sonucunda ortaya çıkan yüzey tesviye yüzeyidir. Tesviye yüzeyinin uygun enine ve boyuna eğim de verilerek bir greyder yardımıyla son olarak düzeltilmesi işlemine ince tesviye (reglaj) denir. Yol Alt Yapısı Yolun toprak işi sonunda, daha önceden saptanan kot ve enkesit şekline getirilmiş kısmına altyapı denir. Yoldaki toprak işlerini (kazı, dolgu, ariyet, depo) ve sanat yapılarını kapsayan kısmıdır. Menfez, drenaj tesisleri ve istinat duvarı gibi sanat yapıları da alt yapı içine girer. 20
Yol Üstyapısı Yolun trafik yüklerini taşımak ve bu yükü taban zemininin taşıma gücünü aşmayacak şekilde taban yüzeyine dağıtmak üzere alt yapı üzerine inşa olunan ve alt temel, temel ve kaplama (asfalt/beton) tabakalarından oluşan kısma üstyapı denir. Alt yapı ve üstyapıdan oluşan yol gövdesinin oturduğu doğal zemin ise yol tabanıdır. Yol Üstyapıları Üst yapı Üst yapı Rijit Üstyapı Esnek Üstyapı Alt Temel Tabakası Tesviye yüzeyi üzerine serilen ve genellikle kum, çakıl, taş kırığı, yüksek fırın cürufu vb. daneli (granüler) malzemeden inşa olunan tabakadır. Bu tabaka ile; Kaplamadan gelen trafik yükleri yayılmış olur. Su ve tesirine karşı tampon tabaka görevi görür ve kaplamanın bozulmasını önler. Birim fiyatı daha fazla olan temel tabakasının kalınlığı azaltılmış olur ve bu suretle ekonomi sağlanmış olur. Bazı durumlarda bu tabaka kullanılmayabilir. 21
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. Kaplama Temel tabakası üzerine inşa olunan ve trafiğin doğrudan doğruya temas ettiği, bitümlü karışımlar, beton, parke vb. malzeme ile yapılan tabakaya kaplama adı verilir. Ülkemizde ve Dünya daen çok kullanılan kaplama türü asfalt kaplamalardır. Asfalt kaplama tabakası da bir veya birkaç tabaka halinde yapılır. Bunlardan en üstte bulunan ve trafiğin ve iklim koşullarının bozucu etkilerine karşı koyan aşınma tabakasıdır. Bunun altındaki tabaka ise binder tabakası olarak tanımlanır. 22
Yollarda temel tabakası üzerine konan asfalt kaplama tabakaları, genellikle yapım ve çalışma ilkeleri oldukça farklı iki tipe ayrılırlar. ASFALT KAPLAMA SATHİ KAPLAMALI YOL ÜST YAPISI BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM(BSK) KAPLAMALIYOL ÜST YAPISI Tipik bir esnek üstyapı en kesiti ve bir üstyapı karot örneği. Aşınma Tabakası Binder Tabakası Bitümlü Temel Tabkası 23
Üstyapı Tabaka Kalınlıkları Nelere Bağlıdır? Yol gövdesinin üstyapısını oluşturan alt temel temel kaplama tabakalarının kalınlıkları; yolun trafik hacmine ve dağılımına (ağır ve hafif trafik), taban zemininin özelliklerine, iklim koşullarına vb. özelliklere bağlı olarak belirlenir. Tüneller Yer altından kazı yapılmak suretiyle oluşturulan geçitlere tünel denilmektedir. Bazı durumlarda tünel maliyeti yarma maliyeti yanında daha ekonomik olur. Bu durumlarda tünel inşaatı yapılır. Tünellerin kullanıldığı önemli bir diğer ulaşım türü hafif raylı ulaşımdır. 24
Sanat Yapıları Yer üstü ve yer altı sularının yol gövdesinden uzaklaştırılması için yapılan yüzeysel ve derin drenaj (kurutma), herhangi bir sebeple kazı ve dolgu şevlerinin boyutlarını kısaltmak veya heyelanları önlemek için yapılan istinat duvarları gibi yapılar ile köprü, viyadük gibi yapıların hepsine genel olarak sanat yapısı adı verilir. Köprü Kutu Menfez Viyadük (Artvin) Drenaj Yol platformu ve yol ile ilgili yağış havzasına yağmur, dolu ve kar halinde düşen ve doğal yataklarda akan ya da çukur yerlerde biriken yüzeysel sular ile zemin daneleri arasındaki boşluklarda durgun veya akar halde bulunan yeraltı sularının yola ve çevreye zarar vermeyecek şekilde kontrol altına alınıp uzaklaştırılmasıdır. Drenaj Yüzeysel Drenaj Yeraltı Drenajı 25
Çeşitli Yüzeysel Drenaj Sistemleri Yüzeysel Drenaj Sistemi Çeşitli Drenaj Elemanları 26
Çığ Tünelleri Karayolu ve demiryollarını çığdan ve kar sularından korumak amacıyla yapılan tünellerdir. İstinat Duvarları Yol kenarlarında, dere kenarlarında ve meyilli arazide toprağın kaymasını veya suyun yol zeminini aşındırmasını önlemek amacı ile yapılan duvarlara istinat veya dayanak duvarları denir. Tabii zeminler ile toprak, kum, çakıl gibi malzemelerden oluşan dolgu zeminler, eğer farklı kottaki iki düzey arasında düşey bir düzlem halinde ise dengede duramaz ve göçerler. Göçmeyi önlemek için ya şev ya da bir istinat duvarı yapılır. İstinat duvarları adi verilen bu yapılar, yanal itki kuvvetlerini kendi ağırlıklarıyla taşırlar. Öğr.Gör.Cahit GÜRER 27
+5,00 Şev Zemin kütlesi 0,00 +5,00 İstinat duvarı Zemin kütlesi 0,00 İstinat duvarları yanal İtki kuvvetlerini kendi ağırlıkları ile taşırlar. Öğr.Gör.Cahit GÜRER İstinat duvarlarının atmosferle temas halindeki yüzüne duvar önü, zeminle temas halindeki yüzüne duvar arkası denir. İstinat duvarı, yatay hareketlere karşı yeterli mesnet teşkil edecek bir taban ve buna ankastre bir gövdeden oluşur. Tabanın ön tarafındaki alt uca topuk adi verilir Öğr.Gör.Cahit GÜRER 28
İstinat duvarı tipi, yüksekliğe bağlı olarak ekonomik mukayese ile seçilir. Genel olarak 3,5-4 m yüksekliğe kadar kargir veya beton, daha fazla yükseklikler için betonarme istinat duvarları yapılır. Bu tip istinat duvarları yaklaşık 8 m yüksekliğe kadar yapılabilir. Öğr.Gör.Cahit GÜRER İstinat Duvarları 29
Köprüler ve Viyadükler Karayolu Mühendisliğinde güzergah üzerindeki trafiği güvenli bir şekilde nehir, dere vb. su birikintisi üzerinden geçirmek için inşa edilen yapılara köprü denilmektedir. Bununla birlikte farklı düzey kavşak oluşturmak, bir yolu başka bir yol üzerinden geçirmek için de köprüler kullanılabilmektedir. Derin ve geniş vadiler arasında güzergahı dolandırmamak için yapılan yüksek ve uzun köprülere viyadük veya köprüyol denir. Köprü Tipi Kullanılabileceği Açıklık Uzunlukları (m) Öngermeli Betonarme Tabliyeli Köprüler 10-300 Çelik I ve kutu kiriş Profilli Köprüler 15-376 Çelik Kafes Sistemli Köprüler 40-550 Çelik Kemer Köprüler 50-550 Betonarme Kemer Köprüler 40-425 Eğik Gergili Asma Köprüler 110-1100 Süspansiyon (Asma) Köprüleri 150-2000 Profil Çelik Kirişli Viyadük Çelik Kafes Sistemli Köprü 30
Betonarme Kemer Köprü Eğik Gergili Asma Köprü Asma Köprü ÇelikKemer Köprü Sorular? «Gidemediğin Yer Senin Değildir» Halil Rıfat Paşa YRD.DOÇ.DR.CAHİT GÜRER ULAŞTIRMA ANABİLİM DALI 31