Demiryollarında Geotekstil Malzemelerin Kullanımı

Geotekstiller demiryollarında en yaygın kullanım alanına sahip olan Geosentetik malzemelerdir. Çoğunlukla Geomembran ve Geogrid tabakalarına koruyucu, yardımcı eleman olarak kullanılıyor olsa da, gerilmelerin eşit dağıtılmasını sağlayıp şekil bozulmalarını önleyerek güçlendirme fonksiyonuyla da kullanılmaktadır. (Şekil 4.2) Aynı zamanda iyi birer ayırıcı olan Geotekstiller balast-alt balast-zemin tabakaları arasında kullanılarak bu farklı boyutlu taneciklerden oluşan tabakaların birbirine karışarak mekanik yapısının bozulmasını önlediği gibi su geçirgen özelliği ile drenaja yardımcı olmaktadırlar. Geotekstillerin kullanımı platform düzeltme işlemleri sırasında mekanize olarak yapılmaktadır ve bu şekilde bakım ve yenileme masraflarını azaltabildiğinden ve don zararı görüşmediğinden çok daha ekonomiktir[2].

Şekil 4.2: Demiryollarında geotekstil malzeme ile drenaj yapısının oluşturulması.

1997 yılı Temmuz ayında Alman Demiryolları İşletmesi tarafından kullanımda olan Geotekstil malzemelerin uzun süreli davranışlarıyla ilgili bir inceleme yapıldığında Geotekstil fiziği ve malzemede hafif mekanik bozulmalar görülüyor olsa da görevini yerine getirmesine engel olabilecek bir yıpranma gözlenmemektedir. Bir başka araştırma neticesinde de Kuzey Amerika demiryollarının zorlu çevre koşullarına rağmen uygun özelliklere sahip ve düzgün bir şekilde imalatı yapılan Geotekstillerin 18 yıl servis ömrü sonrasında bile çok yüksek dayanım sağladığı görülmüştür[3].

Geotekstiller demiryolu mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Demiryolu mühendisliğinde geotekstiller genellikle şekil 4.3’de görüldüğü gibi balast altı

65

tabakasının altına serilerek kullanılmaktadır, ayrıca tünel bölgelerinde geomembranlarla birlikte kullanımları da görülmektedir. Bu bölgelerde geotekstil malzemeleri kullanım amaçları;

i) Altyapı üstüne hat ve taşıma yapısının düzgün ve uygun yerleşimini sağlamak; Geotekstiller ince taneli malzemenin çakıl altyapı tabakasına girmesini önler ve altyapı üstünde uygun bir yanal eğim sağlarlar.

ii) Tekrarlı yükler altında hat taşıma sistemlerinin mekanik dayanımlarını artırmak; Buna karşın Geotekstil balast ve balast altı tabakası kalınlıklarının azalmasını sağlamaz çünkü düşey yüklerin dağılımında bu tabakaların yerini alamaz.

iii) Su yalıtımı için yerleştirilen Geomembran tabakasının korunmasını sağlamak;

Geomembran tabakasının sert cisimler ve zemin daneleri tarafından zedelenmesini önlerler.

Şekil 4.3: Demiryollarında geotekstil malzeme serilimi.

Bazı kurumlar geotekstilleri yardımcı bir geosentetik malzeme yerleştirmeden, balast altı tabakası kullanmadan, tek başına ve balast kalınlığını azaltılarak kullandıklarında balastın geotekstili delmesi, yanal eğimin bozulması gibi sorunlarla karşılaşmışlardır.

66

iv) Filtreleme ve drenaj görevlerini yapmak; Geotekstiller boşluklu yapıları ile demiryolu yapısında drenajı sağlarken boşluk büyüklüklerinin kısıtlı olması sayesinde altyapı ve üst yapı tabakalarının karışması ile karşılaşılabilecek fiziksel bozuklukları önlerler.

Filtreleme ve drenaj amacıyla kullanılacak geotekstil malzemeler denklem 4.1 ve denklem 4.2’de belirtilen ilişkilerden seçilir:

a-) Kohezyonsuz zemin

5d50

k

k_g  t^{g s} (4.1)

b-) Kohezyonlu zemin k_g  100ks (4.2) kg: Gerekli Geotekstil permeabilitesi (cm/sn)

tg: Geotekstil kalınlığı

k_s: zemin permeabilitesi (cm/sn)

d50: Zemin malzemesinin %50 sinin geçtiği elek çapı

Geotekstil ayrıca altyapıyı don etkisine karşı da korur. Kullanmadan önce özel Geotekstilin kırılma dayanımı, kırılma uzaması, yırtılma dayanımı, basınç dayanımı, su permeabilitesi, ince malzemenin permeabilitesi gibi mekanik dayanım özelliklerine sahip olduğunu kontrol etmek gerekir. Bu mekanik özelliklerin değerleri ilgili manuellerde açıklanan testler tarafından belirlenir[2].

Demiryolu altyapısında Geotekstiller yukarda bahsedilen üç amacı da sağlamaktadırlar. Buna karşın, çoğunlukla Geotekstiller alt balast tabakasını altyapı zemininden (formasyon tabakası, zemin) ayırmak için kullanılır(Şekil 4.4).

Şekil 4.4: Geosentetiklerin ayırma fonksiyonu[4].

Demiryolu yapısında geotekstillerin kullanılması hat bakım maliyetleri önemli miktarda azaltmaktadır. Bundan dolayı bunların montaj maliyeti kısa zamanda karşılanmaktadır.

67

Şekil 4.3’de geotekstil malzemelerin demiryolu altyapısında alt balast tabakası, formasyon tabakası ve zemin tabakaları arasına ayırıcı fonksiyonundan faydalanmak üzere nasıl yerleştirildiği gösterilmektedir.

Şekil 4.5 Demiryolu altyapısına geotekstillerin serilmesi.

4.1.1 Demiryollarında geotekstil malzeme kullanım örnekleri

Tünel yapılarının yalıtımının sağlanmasında geçirimsiz beton uygulamalarıyla birlikte geomembran kaplamalarının yapılması ve bu kaplamanın geotekstil keçeler kullanılarak korunması ile ilgili neredeyse imalatı yapılan tüm tünelleri örnek olarak göstermek mümkündür. Geomembranların ve geosentetiklerin kullanımı ülkemizde de dünya genelinde olduğu gibi neredeyse standart haline gelmiştir.

Bu bölümde İstanbul Taksim Metrosu Şişhane-Yenikapı ve 4. Levent-Hacıosman istasyonları arası tünellerinin yapımında su yalıtımını sağlayan geomembran malzemelerinin korunmasını sağlamak üzere yerleştirilen geotekstil malzemelerinin kullanımı incelenecektir.

Tünel ve istasyon yapılarında yapılacak bentonitli geotekstil uygulamalarda kullanılacak malzemenin toprağa gelen yüzündede dokumasız geotekstil, betona gelen yüzde örgü elyaf ve geotekstil fiberlerden oluşan, iki kat yalıtım örtüsü, iki katın ortasında en az 4,6 kg/m² volkanik esaslı, granül sodyum bentonit malzeme bulunacaktır. Malzemenin en az aşağıdaki Çizelge 5.2’de verilen teknik değerlere sahip olması istenmektedir[5].

Bentonitli geotekstil ile su yalıtımı yapılmadan önce, uygulama yapılacak yüzeylerde aşağıdaki önlemlerin alınması istenmektedir,

- Kum ve toprak alt tabakalar en az %85 proktor yoğunluğunda sıkıştırılacaktır.

68

- Beton yüzeylerde 18 mm’den büyük boşluk ve girintiler, çatlak ve eklemler, çimento harcı ya da bentonit ile doldurulacaktır.

- Beton yüzeylerdeki 18 mm’den fazla çıkıntılar kesilerek yüzey düzeltilecektir.

Çizelge 4.1 İstanbul Metrosu inşaatı kapsamında kullanılması istenilen geotekstil malzemelerin teknik özellikleri.

Uygulamada su yalıtım tabakalarının örgülü tarafının korunmasına dikkat edilmesi istenmiş, Geotekstil malzemelerin yerleştirmesinde, enlemine ve boylamasına ve en az 10 cm bindirmeli olarak yapılmış ve düşey bindirmelerde en az 60 cm kademelendirme yapılarak uygulanmıştır.

Beton dökümü sırasında geotekstil tabakaların yerlerinden oynamaması için malzemenin, çivileme ile ya da 6 mm’lik kontraplak şeritlerle zemine bağlantısının yapılması gerekli görülmektedir.

69

Şekil 4.6: İstanbul metrosu 2. kısım inşaatında koruyucu geotekstil malzeme uygulaması.

İstanbul metrosu 2. Kısım inşaatı tünellerinde yapılan su yalıtımı uygulamalarında geomembran tabakasının hem tünel püskürtme betonu tarafında hem de 1. Faz betonu tarafında geotekstil keçe malzeme ile kaplandığı görülmüştür. (Şekil 4.6) Bu şekilde her iki yönden de koruma altına alınan geomembran malzemenin delinme ve yırtılma ile geçirimsizliğinin bozulma problemleri en aza indirilmek istenmektedir.

Ayrıca püskürtme beton ile geotekstil keçe malzeme arasına yerleştirilen ince kabarcıklı naylon malzeme ile geotekstil malzemenin kısmen pürüzlü püskürtme beton yüzeyine olası sürtünmesinden kaynaklı deformasyonları da önlenmeye çalışılmıştır.