Hafta 1-Karayolu Üstyapı Mühendisliğine Giriş

Karayolu Üstyapı Mühendisliğine
Giriş
Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN
What is pavement?
• Bir karayolu üstyapısı, doğal zemin veya dolgu üzerine
(taban zemini) üzerine, taşıt yüklerini dağıtma amacıyla
yapılan işlenmiş malzemelerden oluşan tabakalı bir
sistemdir. Taban zemini doğal zemin veya dolgunun üst
yüzeyidir.
• Üstyapının
nihai
amacı,
tekerlek
yükünün
transferinden oluşan gerilme düzeyini , taban zemini
taşıma gücünü geçmeyecek şekilde azaltmaktır.
• Genel olarak, iki tip üstyapı mevcuttur: Esnek (asfalt
kaplamalı yol) ve rijit (beton yol)
Rijit Üstyapı (Beton yol)
Platform genişliği
Toprak
banket
Şerit genişlikleri toplamı
Kaplamalı banket
Çimento betonu
Tipik
Typical
enkesit
Cross Section
Temel
Taban zemini
Beton Yol Yapımı
Derz
donatısı
yerleşimi
Derz
sawing the
kesme
joint
Beton
paving
serimi
Finished
Bitmiş
surface
yüzey
Boyuna derz
Derzler, çatlakların
oluşacağı
kesimlerin
önceden
belirlenmesi için
yapılır; yapılmaz
ise kontrolsüz,
gelişigüzel çatlaklar
oluşur.
banket
Enine
derz
Plan
Standart ano genişliği 15 ft (5mt)
Hareket yönü
Boyuna derz
Kesit görünüşü
Enine derz
donatı
donatı
Temel/alttemel
Taban zemini
Kontrol edilemeyen enine derz çatlağı
Beklenen çatlak ilerlemesi
Derz kesme işlemi sığ derinlikte yapıldığından, çatlak ilerleyememiştir
Esnek Üstyapı (Asfatt Kaplamalı Üstyapı)
Platform genişliği
Toprak
banket
Şerit genişlikleri toplamı
Aşınma tabakası
Kaplamalı banket
Binder tabakası
Temel
Tipik bir esnek üstyapı enkesiti
Taban zemini hazırlanması
Asfalt karışımı serimi
Alttemel ve temel tabakaları hazırlanmas
Kaplama tabakasının sıkıştırılması
Kaplama tabakası
Temel tabakası
Alttemel
Taban zemini (mevcut zemin)
Yapıştırma tabakası
Örtme kaplaması
Astar tabakası
Kaplama tabakası
Binder tabakası
Temel tabakası
Alttemel
Sıkıştırılmış taban zemini
Tipik bir esnek üstyapı kesiti ve kalınlıkları
Esnek üstyapı
Rijit üstyapı
Load
distribution
pavements
Üstyapıların
yükofdağıtma
özellikleri
Beton blok kaplamalar
Kenar bloklar
Geotekstil
(opsiyonel)
Sıkıştırılmış taban zemini
100-150 mm
beton yatak
25-40 mm
kum
Min. 100 mm granuler
alttemel
İdeal Üstyapı Özellikleri
• Tekerlek yüklerini taban zeminine emniyetli bir şekilde
aktaracak yeterli kalınlığa sahip olmak,
• Üzerine gelen yüklere karşı mukavemetli olmalı,
• Yeterli kayma sürtünme katsayısına sahip olmalı,
• Yüksek hızlarda bile konforlu sürüş sağlayacak düzgün
yüzeye sahip olmalı,
• Taşıtların hareketinden kaynaklı az gürültü oluşturmalı,
• Yüzeyde görüşü engelleyecek mertebede toz
bulundurumamalı,
• Yüzey geçirimsiz olmalı,
• Düşük bakım maliyetli, uzun ömürlü olmalıdır.
Esnek Üstyapılar
• Esnek üstyapılar, tekerlek yüklerini, danelerin
temas noktalarından birbirine aktarırlar. in the
granular structure
• Üstyapı üzerindeki tekerlek yükü, geniş bir
alana dağıtılır ve gerilme derinlik artınca azalır.
Tekerlek yükü
Tekerlek temas
alanı
Tekerlek-yük dağılımının
yaklaşık şekli
• Üst tabaka, maksimum gerilmeye maruz
kaldığı ve ilave olarak aşındırıcı iklim
koşullarına maruz kaldığı için en iyi kalitedeki
malzeme kullanılmalıdır.
• Alt tabakalarda gerilme azaldığından, daha
düşük kalitede malzeme kullanılabilir..
kalite
Kaplama Tabakası Malzemeleri
• Esnek üstyapılar, bitümlü malzemeler
kullanılarak yapılır.
• Kaplama tip, düşük trafik hacimli yollarda
sathi kaplama tipinde
• veya,
• Yüksek trafik hacimli yollarda (otoyol,
bölünmüş yol vb.) asfalt betonu kullanılarak
yapılır.
Esnek Üstyapı Tipleri
• Ful derinlikte asfalt kaplama
Doğrudan taban zeminin üzerine yerleştirilerek yapılır. Yüksek trafik hacimli
yollarda ve granüler malzemelerin az olduğu yerler için uygundur.
(Ülkemizde kullanılmamaktadır)Full - depth asphalt pavements
Esnek Üstyapı Tipleri
• Sandviç tipi kaplama
İki asfalt tabakası arasına, yoğun ve açık gradasyonlu granüler
tabakaların
yerleştirilmesi
ile
oluşturulur.
Ülkemizde
kullanılmamaktadır. Taban zemini gerilmesini önemli oranda azaltır.
Esnek Üstyapı Tipik Tabakaları
• Örtme tabakası(Seal Coat) :Su geçirimsizliği ve/veya
sürtünme kastasyısını artırmak için 1.25 cm den
daha kalınlıkta yapılan kaplama tipi
• Yapıştırma tabakası (Tack Coat) : Asfalt kaplamalı
yollarda, bağlayıcı kullanılan tabakalar arasındaki
bağı artırmak için kullanılır. Genellikle, asfalt
emülsiyonu veya cutback asfalt kullanılır. Bütün
yüzeye uygulanır.
• Astar tabakası (Prime Coat): Granüler tabaka
üzerine uygulanır ve geçirimsizlik ile üzerindeki
tabaka arasındaki bağ oluşmasını sağlar. Cutback
bitüm veya asfalt emülsiyonu kullanılır.
• Kaplama tabakası (surface course) : Trafik
yüklemesine doğrudan muhataptır, bu
nedenle kaliteli malzeme kullanılır. Genellikle,
yoğun gradasyonlu asfalt betonu (AC) karışımı
kullanılır.
• Kaplama tabakası görevleri:
• Yeterli sürtünme katsayısı, düzgünlük, drenaj
vb.,
• Yağmur veya kar suyunun taban zemini,
alttemel ve temel tabakalarına sızmasını
önlemek için geçirimsiz yüzeye sahip olmak.
• Binder tabakası:
• Esas görevi, tekerlek yükünü temel tabakasına
aktarnmaktır.
• Binder tabakası, kaplama tabakasına göre,
daha az bitüm içerir ve kaplama tabakası
kadar kaliteli malzeme kullanılmayabilir.
Kaplama tabakası ile beraber kullanımı
maliyeti azaltır.
• Temel tabakası (Base course):
• Binder tabakasının hemen altında yer alır,
• İlave yük dağılımı sağlar ve alt drenaja destek
olur.
• Kırmataş, cüruf diğer stabilize vya stabilize
olmayan malzemeler kullanılabilir.
• Alttemel tabakası (Sub-Base course):
• Alttemel tabakası, temel tabakasının hemen
altında yer alır,
• Esas aması, yapısal destek, drenajı iyileştirme,
ince malzemelerin yukarı doğru hareketini
kısıtlama olarak düşünülebilir.
• Bazı durumlarda kullanılmayabilir. Örneğin,
çok sert taban zemini bulunması.
Taban zemini (Subgrade) :
• Doğal zemin veya dolgu zemininin en üst
kısmıdır.
• Taban zemininin hiçbir zaman aşırı gerilme
altında bulunmaması dikkate alınır.
• İstenilen birim hacim ağırlığına kadar,
optimum su muhtevasında sıkıştırılmalıdır.
Esnek Üstyapılarda Bozulma
• Tekerlek izi derinliği (Rutting)
• Yorulma kırılması (Fatigue failure)
• Termal çatlak
• Tekerlek izi derinliği
Wheel tracking apparatus
Yorulma
kırılması
İki noktalı eğilme testi (Two points
flextural bending test)
Termal Kırılma
Üstyapının trafiğe açıldığı
zamnalarda genleşme ve büzülme
etkisi le oluşur.
Rijit Üstyapı Tipleri
• Derzli beton kaplama (JPCP),
• Derzi donatılı beton kaplama (JRCP),
• Sürekli betonarme kaplama (CRCP),
• Öngerilmeli beton kaplama (PCP).
Derzli beton kaplama (JPCP)
Jointed Plain Concrete Pavement: Anolar şeklinde
döküm yapılır. Derzlerde donatı mevcut değildir.
Derzler 5-10 mt aralıklarla kesilir.
Derzi donatılı beton kaplama (JRCP)
Jointed Reinforced Concrete Pavement: Derzlerin yük
taşıma kapasitesine katkısı sınırlı olmasına karşın, derz
mesafesini 10-30 mt aralığına çıkarabilir.
Donatılar, anolar arasında yük transferini sağlar.
Öngerilmeli beton kaplama (PCP)
Öngerilmeli ano imalatı
Öngerilmeli anonun taşınması
Sürekli betonarme kaplama(CRCP)
Continuous Reinforced Concrete Pavement: Derzsiz
imal edilir.
Rijit üstyapıların bozulması
•
•
•
•
•
Yorulma kırılması
Pompaj
Çökme
Dökülme
Bozulma
Çökme
• İki ano (slab) farklı
kotlara sahip
Pompaj
• İnce daneli
malzemelerin derz
arasından çıkması ile
anonun altı boşalır.
Buna pompaj olayı
denir.
Dökülme
• Enine
derzlerin
civarında,
malzeme
sökülmesi ile oluşur ve
gözle görülür.
Bozulma