Üstyapı yapısal kapasitesinin değerlendirilmes

Bir karayolu üstyapı ağının mevcut durumunu ortaya koyup, buna göre uygulanacak bakım stratejilerinin belirlenmesini sağlayan üstyapı yönetim sisteminin anahtar bileĢeni, üstyapı ağının performans yönünden sürekli izlenmesidir.Yapısal kapasiteyi saptama, öncelikle üstyapı özelliklerini izleme veya ölçmeyi gerektirir.

Bu, teorik veya ampirik (deneysel) bazda, üstyapının beklenen trafik koĢullan altındaki yük taĢıma kapasitesi ve hizmet ömrünü tahmin etmeye yarayan veri ile sonuçlanan analizi kapsar. Ayrıntılı yapısal değerlendirme, iyileĢtirme tasarımının parçası olarak, her bir projede yapılmalıdır. Değerlendirme programında bazı baĢlangıç ölçütleri gereklidir, Bunlar genellikle, tayin edilen bir yük ve beklenen sayıda eĢdeğer dingil yükü tekrarı için sınırlı defleksiyon düzeyleri Ģeklindedir. Diğer periyodik değerlendirme tipleri, hizmet kabiliyeti, kayma direnci ve bozulma etüdü bilgisini kapsayabilir. Kabul edilebilir düzeyin altındaki hizmet kabiliyeti gözlemleri, yapısal değerlendirmeyi baĢlatmanın bir yoludur. Defleksiyon ölçüm teknikleri, üstyapıların yapısal değerlendirilmeleri için geniĢ ölçüde kullanılırlar. Yapısal değerlendirme için birçok analitik yaklaĢım vardır. Bunlar beĢ ana sınıfta toplanabilirler;

1. Ölçülen davranıĢı genellikle defleksiyon, yani geçmiĢteki performansa dayanan "izin verilebilir" defleksiyonlarla karĢılaĢtırma;

2. Ölçülen davranıĢı, genellikle elastik tabaka analizinden ve defleksiyon vasıtasıyla saptanan, hesaplanan izin verilebilir ölçütlerle karĢılaĢtırma;

3. Bir girdi olarak, ölçülen davranıĢ ile kalan ömür veya yük taĢıma kapasitesini tahmin etmek için, bir mevcut tasarım yöntemi kullanma;

4. Bir "tekrar hesap" iĢlemi kullanarak, her bir tabakanın malzeme özeliklerini tayin etmek Ġçin, ölçülen defleksiyonlar ve tabaka kalınlığı verisinin kullanımı;

5. Sınırlama ölçütlerini sağlamak amacıyla ölçülen davranıĢ ve bir teorik bozulma analizi için gerekli malzeme özelliklerini sağlamak üzere, tekrar hesap iĢlemi ile birlikte, laboratuar malzeme deney sonuçlarını kullanan birleĢtirme yöntemleri.

61

Ġlk üç yaklaĢım, sınırlı koĢullar altında baĢarılı Ģekilde kullanılabildiği halde, malzemeler, çevreler veya yük sınırlarındaki değiĢimlere uyarlamak zordur. Son iki yaklaĢım, yapısal değerlendirme problemi için daha genel bir çözüm önermektedir. 3.2.3.1. Yapısal uygunluk (defleksiyon) ölçüm sistemleri

Tahribatsız defleksiyon ölçüm aletleri

Bir otoyol üstyapısının yapısal durumunu öğrenmek için kullanılan en yaygın metot, tahribatsız bir test aleti ile üstyapının yüzey defleksiyonunu ölçmektir. Tahribatsız olarak defleksiyon ölçebilen aletlerden elde edilen verilerin yol üstyapı tabakalarının elastik parametrelerini belirlemede kullanılması, otoyol üstyapısının durumunu belirlemek için oldukça önemlidir.

Tabakaların elastik modüllerini belirlemek için, ölçülen defleksiyon değerlerini etkileyen parametreleri bilmek ve daha sonrada defleksiyon ile bu parametreler arasında bir iliĢki kurmak gerekmektedir. Yani ölçülen karayolu yapısı yüzey defleksiyonlarından faydalanarak üstyapı tabakalarının elastik modüllerinin hesaplanabileceği bir algoritma geliĢtirmek gerekmektedir. Bu iĢlem geri hesaplama (back calculation) adını almaktadır.

Bir üstyapı kesiminde istenildiği kadar çok defleksiyon testi uygulanabilir. Ancak bu verileri toplamak tek baĢına hiçbir Ģey ifade etmez. Önemli olan sonuçlarını yorumlamak ve üstyapı malzeme özelliklerini belirlemekte kullanılabilecek bir analiz yapabilmektir.

Analizdeki geçerlilik derecesi analizcinin yaptığı kabullere de bağlıdır.AraĢtırmacılar ne kadar gerçekçi kabullerle çalıĢsa da uygulama mühendisleri gerçek kabulleri uygulayacak ne zamana, ne de deney yapma Ģansına sahiptir.

Üstyapıda ölçülen defleksiyon, tabaka karakteristiklerini belirlemenin yanında üstyapının o andaki durumu hakkında da bilgi verir.

Ölçümlerle elde edilen defleksiyon eğrisinin geometrisinde ve ölçülen değerlerin büyüklüğünden üstyapı hakkında bir fikir elde edilebilir. Tabaka karakteristiklerinin belirlenmesiyle ise malzeme özellikleri ile üstyapı performansı arasındaki iliĢkinin daha iyi anlaĢılmasını sağlar.

62

Günümüzdeki tahribatsız tüm pratik üstyapı yapısal kapasite değerlendirmeleri, defleksiyon ölçme aletleri ile yapılır.

1. Üstyapının, statik bir yük veya yavaĢ hareketli bir yük uygulamasına tepkisini ölçen statik sistemler,

2. Üstyapının, titreĢimli veya devirli bir yüke tepkisini ölçen titreĢimli sistemler, 3. Belirli bir uzunluk boyunca, belirli bir kütle düĢürerek üstyapıyı yükleyen ve

üstyapının tepkisini ölçen itici kuvvetli sistemler, 4. Çok modlu (Ģekilli) sistemler,

olmak üzere dört ana sınıfta toplanabilir [5,9,11,13,22]. 1. Statik Sistemler;

BaĢlıca,

 Tabaka Yükleme Deneyleri (Plate Bearing Tests)  Eğrilik Sayacı (Curvature Meter)

 Benkelman KiriĢi (Benkelman Beam)

 Otomatik Defleksiyon KiriĢleri (Automated Deflection Beams) — La Croix Deflektografı

— Ġngiliz Üstyapı Defleksiyon Verisi Kayıt makinesi — Kaliforniya Deflektometresi

 Eğrilik ölçer (Curviameter)

Tabaka taĢıma deneyi istisna olmak üzere, bu deneyler, tekerlek yükleri altındaki defleksiyonu ölçerler. Eğrilik sayacı verisi, statik yükleme koĢulları verisi kullanılarak toplanır. Her iki teknik de yoğun çalıĢmalı ve zaman tüketimli olup, yaygın biçimde kullanılmazlar.

Benkelman KiriĢi, Eğrilik ölçer ve Otomatik Defleksiyon KiriĢleri, yavaĢ hareket eden tekerlek altındaki defleksiyonları ölçerler. Yaygın statik defleksiyon aygıtları, Benkelman KiriĢi ve La Croix Deflektograftır.

Benkelman KiriĢi, WASHO Yol Deneyi‘nde geliĢtirilmiĢtir. Hafif ağırlıkta bir alüminyum veya ahĢap çerçeveye iliĢtirilmiĢ basit bir düzey kolundan meydana gelir. Dünyanın her tarafında üstyapı araĢtırması, değerlendirmesi ve takviye tabakası tasarımı için yaygın bir Ģekilde kullanılmaktadır.

63

2. TitreĢimli Sistemler; Sabit durumdaki titreĢimli sistemler, statik bir yük üzerine eklenen sinüzoidal bir kuvvet üretir. En yaygın olarak kullanılan tipleri;

 Dynaflect

 Yol Değerlendirici (Road Rater) dır.

3. Ġtici Sistemler; Ġtmeli defleksiyon ölçüm aletleri, "DüĢen Ağırlıklı Deflektometre (Falling Weight Deflectometer) (FWD)" olarak tanımlanırlar. ġekil 3.6. bir FWD‘ nin temel prensibini göstermektedir. Ölçüm esnasında 5 ton ağırlığındaki bir yük belli bir yükseklikten kaplama üzerine düĢürülmesi sonucu oluĢan defleksiyon, cihazın duyargaları ile algılanıp bilgisayara iletilmekte ve kaydedilmektedir.

Ölçülen defleksiyon miktarına bağlı olarak yolun ihtiyaç gösterdiği takviye kalınlığı bir analiz programı ile hesaplanmaktadır. Uygulanan pik kuvvet düzeylerindeki değiĢimlere, düĢürülen kuvvetin büyüklüğünü ve düĢme ağırlığını değiĢtirerek ulaĢılır. DüĢey pik defleksiyonlar, yükleme plakasının merkezindeki ve levhadan değiĢen mesafelerde uzaklıktaki FWD'ler tarafından ölçülür. Bunlar defleksiyon çukurları olarak iĢaretlenebilirler. BaĢlıca tipleri; Dynatest FWD, Phoenix FWD ve KUAB FWD dir.

ġekil 3.6: Bir düĢen ağırlıklı deflektometre (FWD)'nin temel prensibi

4.Çok Modlu Sistemler; En yaygın tip FHWA ―Thumber‖ olarak bilinen FHWA (Federal Highway Administration) çok modlu bir yükleme defleksiyon sistemidir.

64

NDT( Nondestructive Deflection Testing ) aletlerinden elde edilen verilerin değerlendirilmesi

Tahribatsız olarak defleksiyon ölçebilen aletlerden elde edilen verilerin yol üstyapı tabakalarının elastik parametrelerini belirlemede kullanılması, otoyol üstyapısının durumunu belirlemek için oldukça önemlidir. Bunun için bir çok metot kullanılmaktadır.

Denk Kalınlık Metodu: Tabakalı sistemlerde gerilme, Ģekil değiĢtirme ve defleksiyonları hesaplamakta kullanılan yaklaĢık bir metottur. Temel prensip, çok tabakalı bir üst yapıyı tek bir tabakaya dönüĢtürmektir. Özellikle granüler temel tabakaları için çok fazla gerçekçi sayılmayan bir metottur.

 Elastik Tabaka Teorisi: Elastik tabaka teorisine göre, sistemdeki herhangi bir yerdeki gerilme ya da defleksiyon değerlerini hesaplamak için kullanılan bazı değerlerin alındığı abaklar geliĢtirilmiĢtir. Bu abaklar her farklı tabaka sayısı için farklı farklıdır. Bu teorinin temel kabulleri Ģunlardır:

— Her tabaka; homojen, izotropik ve bir E elastik modülü ile bir v poisson oranına sahip olup lineer elastiktir.

— Her tabaka sorunlu bir h kalınlığına sahiptir, fakat en alt tabakanın kalınlığı sonsuzdur.

— Yatay yönde tabakaların sonsuz geniĢlikte olduğu kabul edilir ve sürĢarj yükü ihmal edilir.

— Üniform bir q basıcı a yarıçaplı dairesel bir alan üzerinden üstyapı yüzeyine uygulanır.

— Tabaka ara yüzeylerinde süreklilik söz konusudur. Yani aynı gerilme ve deplasmanlar söz konusudur.

 Sonlu Elemanlar Metodu: Karayolları üstyapısında kullanılan granüler ve kohezyonlu malzemelerin nonlineer davrandığı düĢünüldüğünde, sonlu elemanlar metodu diğer yöntemlere nazaran önem kazanmaktadır. Granüler malzeme davranıĢı için en çok K-Q modeli kullanılmıĢ, fakat günümüzde Boyce, Mayhew, Brown, Pappin ve Elhannani‘nin geliĢtirdiği malzeme modelleri de kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Ayrıca KaraĢahin‘in geliĢtirmiĢ olduğu modelde malzeme anizotropisi dikkate alınmıĢ ve gerçek malzeme davranıĢına daha fazla yaklaĢım sağlamıĢtır. Yapılacak çalıĢmalarda bu modelin kullanılması daha gerçekçi sonuçlara ulaĢılmasını sağlayacaktır [12].

65 3.2.4. Tahribatlı deneyler

Tahribatlı deneyler, yapım sonrası üstyapının özelliklerinin geri hesaplanması için, kullanılır.Üstyapı tabaka kalınlığının belirlenmesi için karot alınması, malzeme özelliklerine ait deneyler; elek analizleri, aĢınma mukavemeti, soyulma mukavemeti, gradasyon kontrolü, stabilite ve zeminin taĢıma direncini ölçen deneyler;

Dinamik Konik Penetrasyon Ölçer (DCP) CBR deneyine benzer. Zemin direnci ölçülür. CBR deneyi DCP‘ ye göre daha fazla zaman alır. DCP 1,5875 cm (5/8 inç) uzunluğundaki bir çelik çubuk ve ucunda çelik bir koniden oluĢur.

3.3. Karayolları Genel Müdürlüğü’nce Yapılan Üstyapı Performansı