ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢ. Müh. Halil Ġbrahim YUMRUTAġ
Anabilimdalı: ĠnĢaat Mühendisliği Programı : UlaĢtırma Mühendisliği
MAYIS 2009
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
ĠnĢ. Müh. Halil Ġbrahim YUMRUTAġ (501051419)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 13 Nisan 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 06 Mayıs 2009
Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Emine AĞAR (ĠTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Zübeyde ÖZTÜRK (ĠTÜ)
Yrd. Doç. Dr. Murat AKAD (ĠÜ) KARAYOLLARINDA SIKIġTIRMA
ÖNSÖZ
ÇalıĢmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam Prof. Dr. Emine AĞAR‟a teĢekkürü bir borç bilir, mutlu ve huzurlu bir emeklilik hayatı dilerim. Ayrıca, kendisinin son yüksek lisans öğrencilerinden biri olmam dolayısıyla duyduğum büyük heyecanı belirtmek isterim.
ÇalıĢmalarım sırasında beni sabır ve anlayıĢla karĢılayan eĢime, hayatımıza yeni giren 3 aylık kızıma ve beni besleyip büyüterek bu günlere getiren anne-babama da Ģükranlarımı sunarım.
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
ÖNSÖZ ... iii
ÇĠZELGE LĠSTESĠ ... vii
ġEKĠL LĠSTESĠ ... ix
SEMBOL LĠSTESĠ ... xi
ÖZET ... xiii
SUMMARY ... xv
1. GĠRĠġ ... 1
2. KARAYOLUNDA SIKIġTIRMANIN TARĠHÇESĠ ... 3
3. SIKIġTIRMA ALETLERĠ ... 5
3.1. Demir Bandajlı Silindirler ... 5
3.1.1.Demir Bandajlı Silindirlerin Kullanıldığı Yerler ... 6
3.2. Pnömatik Silindirler (Lastik Tekerlekli Silindirler) ... 7
3.2.1.Pnömatik Silindirlerin Kullanıldığı Yerler ... 9
3.3. Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirler ... 10
3.3.1.Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirlerin Kullanıldığı Yerler ... 14
3.4. Vibrasyonlu Silindirler ... 15
3.4.1.Vibrasyonlu Silindirlerin Kullanıldığı Yerler ... 17
3.5. Vibratörler ... 17
3.6. SıkıĢtırma Aletleri ile Ġlgili Son GeliĢmeler ... 18
3.6.1.AMIR (HIPAC) Silindirleri... 18
3.6.2.SıkıĢtırıcı FiniĢer Tablası ... 19
4. ALTYAPI ... 21
4.1. Taban Zemini ... 21
4.1.1.Taban Zemininde SıkıĢtırma ... 23
4.1.1.1. Kohezyonlu Zeminlerin SıkıĢtırılması ... 26
4.1.1.2.Kohezyonsuz Zeminlerin SıkıĢtırılması ... 28
4.1.2.Taban Zemininde SıkıĢtırmanın Kontrolü ... 30
4.1.3.Taban Zemini Kalite Kontrol Deneyleri ... 30
4.1.4.Zeminlerin SıkıĢtırılmasına Etki Eden Faktörler ... 32
4.1.4.1.Zemin Cinsinin, Granülometrisinin ve Ġçerdiği Maksimum Tane Boyutunun Etkisi ... 32
4.1.4.2.SıkıĢtırma Enerjisinin Miktar, Tip ve Zemine VeriliĢ ġeklinin Etkisi . 34 4.1.4.3.KarıĢımdaki Kum ve Çakıl Tanelerinin Biçim, Yüzeysel Yapı ve Açısal Durumunun Etkisi ... 36
4.1.4.4. Bağlayıcı Ġnce Zeminin Etkisi ... 37
4.1.5.Zeminlerin SıkıĢtırılması Sırasında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ... 38
5. ÜSTYAPI ... 41
5.1.1.1.Alt Temel Tabakasında SıkıĢtırma ... 45
5.1.1.2. Alt Temel Tabakasında SıkıĢtırmanın Kontrolü ... 46
5.1.1.3.Alt Temel Tabakası Kalite Kontrol Deneyleri ... 46
5.1.2.Temel Tabakası ... 47
5.1.2.1. Granüler Temel ... 49
5.1.2.2.Plentmiks Temel ... 53
5.1.2.3. Çimento Bağlayıcılı Granüler Temel ... 56
5.1.2.4.Bitümlü Temel ... 59
5.1.3.Kaplama Tabakası ... 67
5.1.3.1. Yüzeysel (Sathi) Kaplamalar... 68
5.1.3.2. Bitümlü Sıcak KarıĢım Kaplamalar (Asfalt Betonu) ... 75
5.1.3.3.TaĢ Mastik Asfalt (SMA) Kaplamalar ... 97
6. SONUÇ VE ÖNERĠLER ... 101
KAYNAKLAR ... 117
ÇĠZELGE LĠSTESĠ
Sayfa
Çizelge 4.1: Taban Zemini Dolgu Malzemesi Özellikleri ... 22
Çizelge 4.2: Don Etkisi Olan Bölgelerde Taban Zemini Malzemesinin Özellikleri ... 22
Çizelge 4.3: DeğiĢik Zemin Gruplarına Ait SıkıĢtırma Karakteristikleri ... 30
Çizelge 4.4: Dolgularda SıkıĢma Ölçütleri... 30
Çizelge 4.5: Taban Zemini Kalite Kontrol Deneyleri ... 31
Çizelge 4.6: Farklı Zeminlere Ait Granülometri Değerleri ... 33
Çizelge 5.1: Alt Temel Malzemesi Gradasyon Limitleri ... 44
Çizelge 5.2: Alt Temel Malzemesinin Fiziksel Özellikleri ... 45
Çizelge 5.3: Alt Temel Tabakası SıkıĢtırma Ölçütleri ... 46
Çizelge 5.4: Alt Temel Tabakası Kalite Kontrol Deneyleri ... 47
Çizelge 5.5: Kaba Agreganın Fiziksel Özellikleri ... 48
Çizelge 5.6: Ġnce Agreganın Fiziksel Özellikleri ... 49
Çizelge 5.7: Granüler Temel Tabakası Gradasyon Limitleri ... 50
Çizelge 5.8: Granüler Temel Tabakası SıkıĢtırma Ölçütleri ... 51
Çizelge 5.9: Granüler Temel Tabakası Kalite Kontrol Deneyleri ... 52
Çizelge 5.10: Plentmiks Temel Tabakası Gradasyon Limitleri ... 53
Çizelge 5.11: Plentmiks Temel Tabakası SıkıĢtırma Ölçütleri ... 54
Çizelge 5.12: Plentmiks Temel Tabakası Kalite Kontrol Deneyleri ... 55
Çizelge 5.13: Çimento Bağlayıcılı Granüler Temel Tabakası Gradasyon Limitleri ... 56
Çizelge 5.14: Çimento Bağlayıcılı Granüler Temel Tabakası SıkıĢtırma Ölçütleri ... 58
Çizelge 5.15: Çimento Bağlayıcılı Granüler Temel Tabakasında Kalite Kontrol Deneyleri ... 59
Çizelge 5.16: Bitümlü Temel Tabakası Gradasyon Limitleri ... 60
Çizelge 5.17: Bitümlü Temel Tabakasında Kullanılan Kaba Agreganın Özellikleri ... 61
Çizelge 5.18: Bitümlü Temel Tabakasında Kullanılan Ġnce Agreganın Özellikleri ... 61
Çizelge 5.19: Bitümlü Temel Tasarım Ölçütleri ... 62
Çizelge 5.20: Bitümlü Temel Tabakasına Ait Serme Sıcaklıkları ... 63
Çizelge 5.21: Bitümlü Temel Tabakasında SıkıĢma ve Yüzey Kalınlık Ölçütleri ... 66
Çizelge 5.22: Bitümlü Temel Tabakasında Kalite Kontrol Deneyleri ... 67
Çizelge 5.23: Tek Tabakalı Bitümlü Yüzeysel Kaplama Malzemesi Gradasyon Limitleri .. 68
Çizelge 5.24: Tek Tabakalı Bitümlü Yüzeysel Kaplamada Kullanılacak Agreganın Özellikleri ... 69
Çizelge 5.25: Çift Tabakalı Bitümlü Yüzeysel Kaplama Malzemesi Gradasyon Limitleri .. 70
Çizelge 5.26: Çift Tabakalı Bitümlü Yüzeysel Kaplamada Kullanılacak Agreganın Özellikleri ... 71
Çizelge 5.27: Bitümlü Koruyucu Yüzeysel Kaplama Malzemesi Gradasyon Limitleri . 72 Çizelge 5.28: Bitümlü Koruyucu Yüzeysel Kaplamada Kullanılacak Agreganın Özellikleri ... 72
Çizelge 5.30: Agrega Tipleri ve Bitümlü Bağlayıcının Uygulama Miktarları ... 73
Çizelge 5.31: Binder Tabakası Ġçin Gradasyon Limitleri ... 76
Çizelge 5.32: AĢınma Tabakası Ġçin Gradasyon Limitleri ... 77
Çizelge 5.34: Bitümlü Sıcak KarıĢımlarda SıkıĢma ve Yüzey Kalınlık Ölçütleri ... 91
Çizelge 5.35: Bitümlü Sıcak KarıĢımlarda Kalite Kontrol Deneyleri ... 92
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa
ġekil 3.1: Hafif Tip Demir Bandajlı Silindir ... 5
ġekil 3.2: Demir Bandajlı Silindir ... 6
ġekil 3.3: Lastik Tekerlekli Silindir ... 8
ġekil 3.4: Lastik Tekerlekli Bir Silindirin Üstten GörünüĢü ... 8
ġekil 3.5: Keçi Ayaklı Silindir Örnekleri ... 11
ġekil 3.6: Vibrasyonlu Keçi Ayaklı Silindir Örnekleri ... 11
ġekil 3.7: Optimum Su Ġçeriğine Sahip Killi Bir Zeminde Keçi Ayaklı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma ... 11
ġekil 3.8: Ġki Farklı Tipteki Keçi Ayaklı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırmada Farklı GeçiĢ Sayıları Sonucu Elde Edilen Yüzey Görünümleri ... 12
ġekil 3.9: Küt Ayaklı Silindir Örnekleri ... 13
ġekil 3.10: Optimum Su Ġçeriğine Sahip Kumlu Bir Zeminde Küt Ayaklı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma ... 13
ġekil 3.11: Izgaralı Silindir Örnekleri ... 14
ġekil 3.12: Optimum Su Ġçeriğine Sahip Yoğun Killi Bir Zeminde Izgaralı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma ... 14
ġekil 3.13: Vibrasyon Etkisi ... 16
ġekil 3.14: Kumlu Kil Bir Zeminde Vibrasyonlu Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma ... 16
ġekil 3.15: Vibratör ... 17
ġekil 3.16: AMIR/HIPAC silindiri ... 19
ġekil 3.17: SıkıĢtırıcı FiniĢer Tablası ... 20
ġekil 4.1: Su Ġçeriği ve Birim Hacim Ağırlık Arasındaki ĠliĢki... 24
ġekil 4.2: Zemin Prizması ... 24
ġekil 4.3: Su Ġçeriği-Kuru Birim Hacim Ağırlık Eğrisi ... 26
ġekil 4.4: Optimum Su Ġçeriği Ve Birim Ağırlığın Plastisite Ġndeksleri Ġle ĠliĢkisi ... 27
ġekil 4.5: Su Ġçeriği-Kuru Birim Ağırlık Eğrisi ... 28
ġekil 4.6: Kum Konisi Yöntemi ... 32
ġekil 4.7: Farklı Zeminlere Ait SıkıĢma Eğrileri ... 33
ġekil 4.8: SıkıĢtırma enerjisinin etkisi ... 35
ġekil 4.9: Ġki Farklı Zeminin SıkıĢtırılması Sırasında Silindir Ağırlığı Ve GeçiĢ Sayısının Kuru Birim Ağırlık Ġle Olan ĠliĢkisi. ... 36
ġekil 4.10: Bağlayıcı Ġnce Zeminin Etkisi ... 38
ġekil 4.11: Dolgularda Serim ve SıkıĢtırma ... 39
ġekil 5.1: Esnek Üstyapı Kesiti ... 43
ġekil 5.2: Yüksek Silindiraj Isısının Sebep Olduğu Bozulmalar ... 84
ġekil 5.3: Bandaj Önünde Yığılma ... 85
ġekil 5.4: Bitümlü Sıcak KarıĢımlarda SıkıĢtırmayı Etkileyen Faktörler ve Bunların Kaplama Ġçerisindeki Etkileri ... 96
SEMBOL LĠSTESĠ
w : Su içeriği e : BoĢluk oranı
p : Porozite (Gözeneklilik) ρs : Tanelerin yoğunluğu
ρ : Zeminin toplam (tabii) yoğunluğu ρk : Zeminin kuru yoğunluğu
S : Suya doygunluk derecesi
ρd : Zeminin suya doygun yoğunluğu ρa : Zeminin su altında yoğunluğu Mw : Su içeriğinin kütlesi
Ms : Zemindeki katı miktarının kütlesi M : Zeminin toplam kütlesi
Vb : Hava ve su içeriğinin toplam hacmi Vs : Zemindeki katı miktarının hacmi Vw : Su içeriğinin hacmi
V : Zeminin toplam hacmi Ms : Zemin tanelerinin kütlesi
KARAYOLLARINDA SIKIġTIRMA
ÖZET
Karayollarında sıkıĢtırmanın, yolun hizmet ömrü açısından ne derece önemli olduğu, kaliteli bir imalatın sadece doğru bir proje ve doğru malzeme seçimi ile sağlanamayacağı, bunun yanında imalatın üretim, nakliye, serme ve sıkıĢtırmadan oluĢan her aĢamasında azami özenin gösterilmesinin gerekliliği oldukça açıktır.
Bu tez çalıĢmasının amacı; karayollarında sıkıĢtırmanın tarihsel geliĢimi hakkında bilgi verilmesi, karayolunu oluĢturan altyapının ve üstyapı tabakalarının her birinin, özellikleri bakımından ayrı ayrı incelenerek gerekli sıkıĢtırma yönteminin belirlenmesi, sıkıĢtırma aletleri ve bunların kullanılabilecekleri yerler hakkında bilgi verilmesi, sıkıĢtırma sırasında dikkat edilmesi gereken hususların belirtilmesi, sıkıĢtırmaya etki eden faktörlerin incelenmesi ve gerekli sıkıĢtırmanın elde edilip edilemediğine dair kontrollerin sunulmasıdır.
Tezin ilk bölümünde, çalıĢmanın önemi, amacı ve kapsamı açıklanmıĢtır.
Ġkinci bölümde, ilk olarak 1933 yılında Proctor tarafından ayrıntılı olarak incelenmeye baĢlanan sıkıĢtırma sürecinin tarihsel geliĢimi hakkında bilgi verilmiĢtir.
SıkıĢtırma sürecinde kullanılacak olan sıkıĢtırma aletleri, kullanıldıkları yerler ve son yıllardaki teknolojik geliĢmelere paralel olarak sıkıĢtırma aletleri üzerinde sağlanmıĢ olan yenilikler hakkındaki bilgilere tez çalıĢmasının 3. bölümünde yer verilmiĢtir.
Dördüncü ve beĢinci bölümlerde, yolu oluĢturan altyapı ve üstyapı tabakaları hakkında genel bilgiler ve kullanılacak malzemelerin sağlaması gereken Ģartname limitleri verilmiĢtir. Ayrıca, bu tabakalardaki sıkıĢtırma iĢlemi, sıkıĢtırmanın kontrolü, kalite kontrol deneyleri, sıkıĢtırmaya etki eden faktörler ve sıkıĢtırma sırasında dikkat edilmesi gerekli hususlara değinilmiĢtir.
Sonuç bölümünde, sıkıĢtırma süreci değerlendirilmiĢ, öneriler sunulmuĢ ve sıkıĢtırmanın önemi vurgulanmıĢtır.
COMPACTION IN HIGHWAYS
SUMMARY
It is considerably obvious how important is the compaction in highways for service span of the road, that only an accurate project and accurate material selection is not enough for a quality production, and that great care should be taken in every stage of construction which is composed of producing, transporting, spreading out and compaction.
The purpose of this thesis is to give information about the historical development of compaction in highways, to determine the nesessary compaction method by analysing substructure and superstructure layers comprising hıghway seperately, to give information about compaction equipments and the places which these can be used, to explain the points which should be attended during compaction process, to research the factors affecting compaction and also to present controls about if the necessary compaction is achieved.
In the first chapter of the thesis, the importance, purpose and scope of the study are explained.
In the second chapter of the thesis, information is given about the historical development of compaction process which was first researched by Proctor in 1933.
The information about compaction equipments used in compaction process, the places where these equipments are used and innovations on compaction equipments in paralel with the technological developments in recent years is given in the third chapter of the thesis.
In the fourth and fifth chapter of the thesis, general information about substructure and superstructure layers comprising hıghway and the specific limits that should be provided by materials used in the layers is given. Also, compaction in these layers, controls of compaction, quality control experiments, factors affecting compaction, the points which should be attended during compaction process are based.
In the conclusion chapter, a general evaluation of compaction is given, suggestions are made and the importance of the compaction is emphasized.
1. GĠRĠġ
SıkıĢtırma iĢlemi; mekanik bir Ģekilde, karayolu tabakaları içerisindeki havanın dıĢarıya çıkarılıp tanelerin birbirlerine daha yakın konuma getirilmesidir. Bu da boĢluk oranı ve porozitenin (gözenekliliğin) azalması demektir [20].
SıkıĢtırma (kompaksiyon) ve oturma (konsolidasyon) arasındaki farkın açık olarak anlaĢılması gerekir. Konsolidasyon, devamlı basınç altında kohezyonlu zeminin boĢluklarındaki suyun azar azar dıĢarı atılması ve hacimde bir azalma meydana gelmesidir. Oysa; kompaksiyon, yalnız havanın dıĢarı atılması ile tanelerinin birbirine yaklaĢmasıdır [21].
SıkıĢtırma sayesinde, karayolu inĢasında kullanılan tabakaların; Kayma direnci, dolayısıyla taĢıma gücü artar,
Geçirgenliği ve su emme kabiliyeti düĢer,
Servis sırasında oluĢacak oturma miktarı azalır ve dolayısıyla tabakalar istenen yönde iyileĢtirilmiĢ olur [20].
SıkıĢtırma iĢlemi, karayolu inĢasında sabırla ve titizlikle uygulanması gereken en önemli aĢamalardan olup, bu iĢlemin yetersiz veya gereğinden fazla olarak yerine getirilmesi, yolun daha hizmet ömrünün baĢında birtakım bozulmalar ile karĢı karĢıya kalmasına sebep olacak ve yol, hizmet ömrünü tamamlayamadan sürekli bakım maliyetleri oluĢturacaktır. Ayrıca, yolu oluĢturan tabakaların herhangi birinde, yetersiz veya gereğinden fazla sıkıĢtırma sonucu meydana gelen bozulma, diğer tabakaları da etkileyecek olup bakım maliyetlerinin katlanmasına neden olacaktır. Bu da bize sıkıĢtırma iĢlemine verilmesi gereken önemi göstermektedir.
Yeterli sıkıĢtırmanın sağlanması; hava Ģartları, kullanılan sıkıĢtırma enerjisi, sıkıĢtırılacak malzemenin özellikleri, sıkıĢtırmayı gerçekleĢtirecek operatörün seçimi gibi birçok etkene bağlı olarak değiĢebilmektedir. SıkıĢtırma iĢleminin
değiĢkenlerin etkilerinin belirlenerek, gerekli sıkıĢtırma aleti, süresi ve yönteminin tespit edilmesine bağlıdır.
Bu tez çalıĢmasının amacı; karayollarında sıkıĢtırmanın tarihsel geliĢimi hakkında bilgi verilmesi, karayolunu oluĢturan altyapının ve üstyapı tabakalarının her birinin, özellikleri bakımından ayrı ayrı incelenerek gerekli sıkıĢtırma yönteminin belirlenmesi, sıkıĢtırma aletleri ve bunların kullanılabilecekleri yerler hakkında bilgi verilmesi, sıkıĢtırma sırasında dikkat edilmesi gereken hususların belirtilmesi, sıkıĢtırmaya etki eden faktörlerin incelenmesi ve gerekli sıkıĢtırmanın elde edilip edilemediğine dair kontrollerin sunulmasıdır.
Karayolu, altyapı ve üstyapı olmak üzere iki farklı kısımdan oluĢmaktadır. Altyapı, yol gövdesinin kaplama, temel ve temel altı tabakalarından oluĢan üstyapısının oturduğu kısımdır. Üstyapı ise, trafik yüklerini altyapının taĢıyabileceği değere indirmek, altyapıyı korumak ve düzgün bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak amacıyla altyapı üzerine inĢa edilen alttemel, temel ve kaplamadan oluĢan tabakalı yol yapısıdır.
Üstyapı, kendi içerisinde esnek üstyapılar ve rijit üstyapılar olmak üzere ayrılmaktadır. Ülkemizde büyük ölçüde esnek üstyapıların kullanılması nedeniyle bu tez çalıĢmasında altyapı ve esnek üstyapı tabakalarındaki sıkıĢtırma iĢlemlerine yer verilmiĢtir.
SıkıĢtırma süreci, 1933 yılında Proctor tarafından ayrıntılı olarak incelenmeye baĢlanmıĢ olup son yıllardaki teknolojik geliĢmelere paralel olarak bu alanda sağlanan yenilikler hakkında da bilgiler sunulmuĢtur.
2. KARAYOLUNDA SIKIġTIRMANIN TARĠHÇESĠ
SıkıĢtırma, ilk olarak 1933 yılında Proctor tarafından ayrıntılı olarak incelenmeye baĢlanmıĢtır. Laboratuarda kullandığı bir el çekici ile sıkıĢtırmanın baĢarısında su içeriğinin ne derece önemli olduğunu kanıtlamıĢtır. Proctor‟un bu alanda çalıĢmaya baĢlaması ile birlikte birçok araĢtırmacı sıkıĢtırma süreci ile ilgili çalıĢmalara baĢlamıĢtır. Ancak, bu çalıĢmalar 1940 yılına kadar daha çok laboratuar ortamında sürdürülmüĢtür.
Ġkinci Dünya SavaĢının sonlanmasının ardından, Ġngiliz Karayolu AraĢtırma Laboratuarının (Road Research Laboratory) karayolu inĢası ve karayolu trafiği üzerindeki ilgisini arttırmasıyla birlikte, değiĢik zeminlerdeki sıkıĢtırma aletleri üzerindeki çalıĢmalar tam anlamıyla baĢlamıĢtır. Bu çalıĢmalar, o tarihlerde yapılan bu anlamdaki ilk çalıĢmalar olup değiĢik türdeki kompaktörlerin performansları hakkında tek bilgi kaynağı olarak dünya çapında ün kazanmıĢtır. Ġlk çalıĢmalar yeni geliĢen vibratörlü kompaktörlerin uygulaması üzerine olmuĢtur.
DeğiĢik tipteki kompaktörlerin performansları üzerindeki çalıĢmalara paralel olarak sıkıĢtırılmıĢ zeminlerin örselenmemiĢ yoğunluklarını ölçme yöntemleri de geliĢtirilmiĢtir. Bu suretle, kompaktörlerin performansları üzerindeki çalıĢmalarda Ġngiliz standardı kum ĢiĢesi testine ek olarak, plastik balon yöntemi ve nükleer yöntemler de örselenmemiĢ yoğunluğu bulmak için değiĢik zamanlarda çalıĢılmıĢtır.
SıkıĢtırma süreci ve kontrolüyle ilgili bu çalıĢmalar yaklaĢık 45 yıl sürmüĢ ve elde edilen sonuçlar dokümanlaĢtırılarak yayımlanmıĢtır [1].
Günümüzde, sıkıĢtırma teknikleri ve kullanılan aletler bakımından hızlı geliĢmeler yaĢanmaktadır. Yüksek enerjili sıkıĢtırma sağlayan, akıllı sistemlerden oluĢan birçok sıkıĢtırma aletleri mevcuttur. Bunlar, arazide çalıĢma sırasında anlık ölçümler verebilen, düzgün ve etkili sıkıĢtırma yapabilen sistemlerdir. Bu
aletler sayesinde, sıkıĢtırma iĢlemi tabakaların daha derin bölgelerine de etki etmekte, sıkıĢtırma iĢleminin süresi kısalmakta, sıkıĢtırma iĢlemi için gerek duyulabilecek su ihtiyacı azalmakta, yüksek oranlarda sıkıĢtırma sağlanabilmekte ve kaya dolgularda daha etkili sıkıĢtırma sağlanabilmektedir [2].
3. SIKIġTIRMA ALETLERĠ
SıkıĢtırma iĢleminin uygulanması sırasında yaygın olarak kullanılan baĢlıca sıkıĢtırma aletleri ve özellikleri aĢağıda verilmiĢtir.
3.1. Demir Bandajlı Silindirler
Asfalt kaplama uygulamalarında ilk kullanılan silindirler olup statik etkiyle sıkıĢtırma yaparlar. 2 akslı (tandem) ve 3 akslı (tridem) tipleri olup, 4-6 ton gibi hafif, 6-8 ton gibi orta ağırlıkta ve 8-12 ton ya da daha fazla ağırlıkta tipleri vardır. Ayrıca tranĢe üzeri asfalt kaplamalarında ya da kaldırımlarda kullanılmak üzere daha hafif ve elle çekilebilir tipleri de bulunmakta olup ġekil 3.1‟de gösterilmektedir.
ġekil 3.1: Hafif Tip Demir Bandajlı Silindir [3]
Zeminlerin sıkıĢtırılmasında ön kısımda demir bandaj, arka kısımda bir çift lastik tekerlekli olan tipleri de kullanılmakla birlikte bu tiplerin asfalt kaplamalarında kullanılması uygun değildir. 3 akslı demir bandajlı silindirlerin etkileri ağırlıklarıyla veya büyüklükleriyle saptanmayıp çizgisel yük değerleriyle
büyüklüklerine göre sınıflandırılır. Çizgisel yük bir bandaja düĢen yükün, bandaj geniĢliğine bölümüyle elde edilen kg /cm2 cinsinden bir değerdir [3].
ġekil 3.2: Demir Bandajlı Silindir [3] 3.1.1. Demir Bandajlı Silindirlerin Kullanıldığı Yerler
Her çeĢit asfalt kaplama uygulamalarında baĢarıyla uygulanabilmektedir [3]. Statik ağırlığı sayesinde, taneleri arasında sürtünmenin büyüklüğü dolayısıyla göreceli kayma hızı küçük olan kırma taĢ malzemenin sıkıĢtırılmasında kullanılırlar.
Pürüzsüz ve sıkı bir yüzey oluĢturulmasında kullanılırlar [4].
Granüler malzeme, kum-çakıl-kil karıĢımı ve kaya dolgularda iyi sonuç verirler [5].
SıkıĢtırma kalınlığı 20-30 cm‟ dir. Bu silindirler ile çok düzgün yüzeyler elde edilebilmektedir. Bu nedenle sıkıĢtırmada son iĢlemin demir bandajlı silindirlerle yapılması uygun olur [6].
Granülometrisi uygun olmayan taneli zeminlerde kesme mukavemetinin, su içeriği fazla olan kohezyonlu zeminlerde de taĢıma kabiliyetinin yetersizliği nedeniyle rahat ilerleyemez. Ġlerleme kuvveti küçük olduğu için ancak yatay
veya az eğimli yüzeyler üzerinde çalıĢabilir. Dik eğimlerde ve yamaç kenarlarında bu tip silindirlerin çalıĢması güvenli değildir [4].
Demir bandajlı silindirler plastik malzemenin sıkıĢtırılması sırasında önlerinde dalgalanmalara, arkalarında ise kabarmalara neden olurlar. GevĢek kumlar sıkıĢtırılırken ağır silindirleri pek taĢıyamazlar ve tamburların altından yana kaçabilirler. Bu tip silindirlerin sıkıĢtırma etkisi zeminde kil oranı arttıkça düĢer.
Bu silindirler ile, sıkıĢmasını büyük ölçüde almıĢ yüzeyler çok düzgün duruma getirildiği için keçi ayağı, vibrasyonlu ya da pnömatik silindirler ile yapılan sıkıĢtırmayı tamamlamada kullanılırlar [7].
3.2. Pnömatik Silindirler (Lastik Tekerlekli Silindirler)
Birbirine yakın çok sayıda lastik tekerleği bulunmakta ve ağır bir arabadan oluĢmaktadır. Lastik hava basınçları 7 kg /cm2‟ye kadar yükseltilebilmektedir [8].
Lastik tekerlekli silindirler olarak da adlandırılan bu tip silindirler kendi kendine yürüyebilen tipte olduğu gibi günümüzde artık kullanılmayan çekili tipte olanları da vardır. Bu tip silindirlerin lastik basınçları elle ayarlanabildiği gibi yürürken otomatik olarak kendi kendini ayarlayabilen tipleri de vardır. Pnömatik silindirlerin 12 tona kadar olanları hafif tip olarak adlandırılıp, 9-13 kadar lastik sayısı vardır. Orta ağırlıktaki tipleri 12-25 ton arasında olup 5, 7, 9 ya da 11 tekerleklidir. Ağır tipte olanları ise 25-200 ton arasında olup 2, 7 ve 9 tekerleklidir. ġekil 3.4‟de tipik bir lastik tekerlekli silindir örneği verilmiĢtir [3].
ġekil 3.3: Lastik Tekerlekli Silindir [3]
Ön dizideki tekerlek sayısı, arka dizideki tekerlek sayısından bir eksik olup, arka dizideki tekerlekler tarafından sıkıĢtırılacak olan Ģeritlerin aralarını sıkıĢtıracak Ģekilde tertiplenmiĢtir. ġekil 3.3‟de bu durum açıkça görülmektedir.
ġekil 3.4: Lastik Tekerlekli Bir Silindirin Üstten GörünüĢü [4]
Ağırlığın arttırılması için Ģaside su veya kum doldurulabilecek boĢluklar bulunduğu gibi, Ģasi üzerine ek ağırlık da konabilir. Özellikle ilk geçiĢlerde zemine batmaması için lastik tekerlekler büyük çaplı ve düĢük basınçlıdır. Ağırlığın iki dizi üzerinde bulunan çok sayıdaki tekerleğe düzgün olarak dağıtılmasındaki ve ön diziye direksiyon doğrultusunun verilmesindeki güçlük dolayısı ile büyük tiplerin tekerlekleri tek dizi halinde tertiplenir [4].
Değme yüzeyi üzerine etkiyen basınç, yaklaĢık olarak lastiğin hava basıncına eĢittir. Bu basınç elips biçiminde bir değme yüzeyi üzerinde uygulanmaktadır. Yüzey alanı tekerlek üzerine binen yükün ve lastik hava basıncının fonksiyonudur [9].
3.2.1. Pnömatik Silindirlerin Kullanıldığı Yerler
Asfalt kaplamalarda ara sıkıĢtırmalarda kullanılırlar çünkü; - Yoğurma etkisiyle daha homojen bir sıkıĢtırma yaparlar,
- Agrega tanelerini sıkıĢma sırasında birbirleri içerisinde en iyi biçimde yerleĢecek duruma getirdiğinden iyi bir sıkıĢma elde edilir,
- SıkıĢma sırasında daha az boĢluk bırakarak su geçirgenliği azaltır ve böylece daha düzgün yüzeyler elde edilir. Ancak yüksek sıcaklıklarda daha çok düzgün ve cilalı yüzeyler elde edildiğinden trafik emniyeti açısından tehlikeli olabilir,
- SıkıĢtırma sırasında daha az iz bıraktıklarından ütüleme sırasında bu izler daha kolay giderilebilir,
- SıkıĢtırma sırasında daha az çatlaklar oluĢturmaktadır [3].
Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin sıkıĢtırılmasında kullanılabilmekte olup zeminin yüzeyi ile temas alanı yaklaĢık % 80‟ e kadar olabilmektedir [8]. Killi ve killi-kum zeminlerde iyi bir sıkıĢma elde edilebilmektedir.
Granüler temel ve alt temel tabakalarının sıkıĢtırılmasında çok etkin bir biçimde kullanılmaktadırlar [10].
Kalın tabakaların sıkıĢtırılması esnasında kullanılırlar.
Yoğurma etkisi sayesinde iri taneli malzemelerden oluĢan zeminlerinde kullanılabilmektedir.
Manevra kabiliyetinin düĢük olması sebebiyle dar alanların sıkıĢtırılmasında kullanım güçlükleri yaĢanabilmektedir [4].
3.3. Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirler
Keçi ayaklı silindirler, kendi kendine yürüyebilen tipte olduğu gibi çekili tipte olanları da vardır. Silindir kabuğu değme yüzeyine yüksek basınç sağlayan çıkıntılı ayaklardan ibarettir. Ayaklar değiĢik Ģekillerden oluĢabilmektedir. Ayakların, zemin ile değme yüzeyinin küçük olmasından dolayı zeminin tamamının sıkıĢtırılabilmesi için çok sayıda geçiĢ yapılması gerekmektedir. Ayağın geçtiği alan üzerindeki derinlemesine gerilme dağılımı zayıf olmakta ancak ayakların her geçiĢte uyguladığı yüksek penetrasyon sebebiyle bu açık giderilebilmektedir [1].
SıkıĢtırma, basınç etkisi yanında yoğurma etkisinden de yararlanılarak sağlanır. GeçiĢ sayısı arttıkça tabaka kalınlığı boyunca aĢağıdan yukarıya doğru sıkıĢma gerçekleĢir. Zemin yeterince kuru ve sağlam bir yapıya kavuĢana dek silindirleme iĢlemine devam edilir [8].
SıkıĢtırma miktarı önemli ölçüde silindirin ağırlığına ve metal ayakların temas alanına bağlıdır. Zeminle temas halindeki alan ne kadar küçük olursa, buna yüklenen gerilme o derece fazla olur [12].
Bu tip silindirlerin en büyük özelliği, serilen tabakaları aĢağıdan yukarıya doğru sıkıĢtırmalarıdır. Serilen gevĢek zemin malzemesine silindirin ayakları batarak önce malzemenin altındaki tabakayı sıkıĢtırır. Her geçiĢte malzemenin sıkıĢması artacağından batma miktarı da giderek azalarak, tabaka kalınlığınca aĢağıdan yukarıya doğru homojen bir sıkıĢma elde edilir [5].
Keçi ayaklı silindirler, özellikle kohezyonlu zeminlerin sıkıĢtırılmasında kullanılırlar [8].
ġekil 3.5 ve 3.6‟da keçi ayaklı silindir örnekleri verilmiĢ olup ġekil 3.7‟de ise optimum su içeriğine sahip killi bir zeminde keçi ayaklı silindir ile yapılan sıkıĢtırma gösterilmiĢtir. Ayrıca, ġekil 3.8‟de iki farklı tipteki keçi ayaklı silindir ile yapılan sıkıĢtırmada, farklı geçiĢ sayıları sonucu elde edilen yüzey görünümleri verilmiĢtir [1].
ġekil 3.5: Keçi Ayaklı Silindir Örnekleri [1]
ġekil 3.6: Vibrasyonlu Keçi Ayaklı Silindir Örnekleri [1]
ġekil 3.7: Optimum Su Ġçeriğine Sahip Killi Bir Zeminde Keçi Ayaklı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma [1]
ġekil 3.8: Ġki Farklı Tipteki Keçi Ayaklı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırmada Farklı GeçiĢ Sayıları Sonucu Elde Edilen Yüzey Görünümleri [1]
Küt ayaklı silindirler, keçi ayaklı silindirlerin değiĢik bir türü olup çalıĢma prensipleri benzerlik göstermektedir. Yine aynı Ģekilde silindir kabuğu temas yüzeyine yüksek basınç sağlayan çıkıntılı ayaklardan ibarettir. Ayakların etki alanı keçi ayaklı silindirlere nazaran daha fazla olmakla birlikte basınç etkisi yönünden keçi ayaklı silindirlerden daha az etkilidir ve daha nemli zeminlerde kullanılmaktadır.
ġekil 3.9‟da küt ayaklı silindir örnekleri verilmiĢ olup ġekil 3.10‟da ise optimum su içeriğine sahip kumlu bir zeminde küt ayaklı silindir ile yapılan sıkıĢtırma gösterilmiĢtir [1].
ġekil 3.9: Küt Ayaklı Silindir Örnekleri [1]
ġekil 3.10: Optimum Su Ġçeriğine Sahip Kumlu Bir Zeminde Küt Ayaklı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma [1]
Izgaralı silindirler genellikle bir çekici tarafından çekilerek kullanılırlar. Silindirlerin etrafı ağır çelikle donatılmıĢ ağ Ģeklinde bir yapıdan ibarettir. Ağır çelik ağlarının altında kalan parçacıkları, yüksek gerilme etkisi altında parçalama
yeteneğinden ötürü genellikle yumuĢak kayaçların bulunduğu sığ tabakaların sıkıĢtırılmasında kullanılmaktadır.
ġekil 3.11‟de ızgaralı silindir örnekleri verilmiĢ olup ġekil 3.12‟de ise optimum su içeriğine sahip yoğun killi bir zeminde ızgaralı silindir ile yapılan sıkıĢtırma gösterilmiĢtir [1].
ġekil 3.11: Izgaralı Silindir Örnekleri [1]
ġekil 3.12: Optimum Su Ġçeriğine Sahip Yoğun Killi Bir Zeminde Izgaralı Silindir ile Yapılan SıkıĢtırma [1]
3.3.1. Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirlerin Kullanıldığı Yerler Bu tip silindirler genellikle yol, hava alanı ve toprak baraj inĢaatlarında
plastik haldeki orta kohezyonlu zeminler ile oluĢturulacak dolguların tabakalar halinde sıkıĢtırılmasında kullanılırlar [13].
Keçi ayaklı silindirler özellikle kuru kohezyonlu zeminlerin sıkıĢtırılmasında kullanılır [8].
Killi zeminler için keçi ayaklı ve siltli zeminler için küt ayaklı silindir daha uygundur. Granüler zeminler için bu tip silindirler uygun değildir. Çünkü sıkıĢtırma sırasında ayakların altına gelen granüler taneler kayarak sıkıĢmaya karĢı koymaktadır. Kuru kohezyonlu zeminlerin sıkıĢtırılması bu tip silindirler ile mümkün ise de optimum su içeriğinde en iyi neticeyi verirler. Ancak kalın tabakaların sıkıĢtırılması için çok fazla geçiĢ sayısına ihtiyaç gösterirler. Serilen tabaka kalınlığı ayak yüksekliğine eĢit ise en ideal sıkıĢma elde edilmektedir [5]. Keçi ayaklı silindirler genellikle siltli ve killi yani, ince kohezyonlu
zeminlerin sıkıĢtırılmasında kullanılır [6].
Izgaralı silindirler, çelik kısmın bağlantı noktalarının altındaki yüksek uç gerilmeler ile parçacıkları ezme özelliğinden dolayı, özellikle yumuĢak kaya tabakalarını sıkıĢtırmak için uygundur [14].
3.4. Vibrasyonlu Silindirler
Kohezyonsuz zeminlerin en iyi titreĢimli yükler altında sıkıĢtığı, laboratuarda ve arazide deneysel olarak gösterilmiĢtir. Bu gerçekten hareketle, silindirlerin üzerine titreĢim yaratan makineler yerleĢtirerek basınç ve titreĢim etkisinden birlikte yararlanılmak yoluna baĢvurulmaktadır [8].
Vibrasyonlu silindirlerde Ģu hususlara dikkat edilmelidir; Manevra sırasında kesinlikle vibrasyon yapılmamalıdır,
Silindir izleri oluĢturmamak için sıkıĢtırmalar vibrasyonsuz olmalıdır.
Vibrasyonlu silindirlerde en iyi sonuç 2000-3000 dev/dk‟ lık frekans ve 0,4-0,8 mm nominal genlik ile elde edilir. Vibrasyon etkisi ġekil 3.13‟de gösterilmiĢtir.
ġekil 3.13: Vibrasyon Etkisi [3]
ġekil 3.14‟de ise kumlu kil bir zeminde vibrasyonlu silindir ile yapılan sıkıĢtırma gösterilmiĢtir.
3.4.1. Vibrasyonlu Silindirlerin Kullanıldığı Yerler
Vibrasyonlu silindirler arazide kohezyonsuz zemin tabakalarının sıkıĢtırılmasında en etkili sıkıĢtırıcılardır [8],
Asfalt kaplamalarda, toprak zeminlerin aksine yüksek frekans-düĢük genlik ile sıkıĢtırmada daha iyi sonuç vermektedir,
Özellikle ek yerlerinde en iyi sıkıĢtırmayı sağlarlar, Kalın tabakaların sıkıĢtırılmasında daha iyi sonuç verirler,
Soğuk ve rüzgarlı havalarda daha az geçiĢe gereksinim duydukları için daha elveriĢlidirler,
Vibrasyonlu sıkıĢtırmada, demir bandajlılara göre daha homojen sıkıĢma elde edilir,
Demir bandajlılarda kenar Ģeritler orta Ģeritlere göre daha az sıkıĢırken vibrasyonlu silindirde daha düzgün bir sıkıĢma elde edilir [3].
3.5. Vibratörler
Büyük sıkıĢtırma aletlerinin kolaylıkla giremediği yerlerde elle çalıĢtırılan titreĢimli sıkıĢtırıcılar kullanılır. Motoru üzerine monte edilmiĢ bu vibratörlerin boyutları genellikle (25x25 cm) ile (125x125 cm) arasında değiĢmekte olup ġekil 3.15‟de tipik bir örnek gösterilmiĢtir [8].
ġekil 3.15: Vibratör
3.6. SıkıĢtırma Aletleri ile Ġlgili Son GeliĢmeler 3.6.1. AMIR (HIPAC) Silindirleri
Karayolu inĢasında asfalt kaplama tabakasının sıkıĢtırılmasında, demir bandajlı silindirler yaygın olarak kullanılmaktadır ancak ağır demir bandaj altında asfalt kaplama tabakasında silindir çatlakları oluĢabilmektedir. Çünkü asfalt tabakası yüzeyi ile silindir bandaj yüzeyi arasında çok küçük bir temas alanı bulunmakta ve silindir, kaplama yüzeyinde hareket halinde iken bandaj önündeki tabaka ötelenmekte, bandajın arka kısmında ise çekme kuvveti oluĢmaktadır. Bu itme ve çekme kuvvetleri de asfalt tabakasında çatlamaya neden olmaktadır. ĠĢte bu silindir çatlaklarını önlemek için devrim niteliğinde bir silindir tipi olan AMIR (Asphalt Multi Integrated Roller) diğer adıyla HIPAC (Hot Iron Process Asphalt Compaction) geliĢtirilmiĢtir.
ġekil 3.16‟da görüldüğü üzere silindirlerin üzerlerinde geniĢ lastik kemerler bulunmakta olup bu sayede düzgün (üniform) bir silindirleme yüzeyi oluĢturularak asfalt tabakasındaki silindir çatlakları önlenmektedir. AMIR/HIPAC silindirleri vibratörlü, pnömatik ve statik demir bandajlı olarak uygulanabilmektedir.
Sürekli temas yüzeyinden dolayı, lastik kemerler, demir bandajlı silindirlere nazaran kaplamaya 30 kat daha uzun süre yükleme yaparlar ancak buna karĢılık daha düĢük gerilme uygularlar. Bu tip silindirler çok düĢük temas basıncı ile sıkıĢtırma yapmalarına rağmen istenen düzeyde sıkıĢtırma yapabilirler [15].
ġekil 3.16: AMIR/HIPAC Silindiri [15] 3.6.2. SıkıĢtırıcı FiniĢer Tablası
Ġyi ve düzgün bir asfalt kaplama imalatı için finiĢer serme tablası altında homojen ve yeterli bir sıkıĢtırmanın elde edilmesi gerekir. Lastik tekerlekli silindirlerin en az düzeyde tekerlek izi oluĢturması ve demir bandajlı silindirlerin önünde sıcak karıĢımın yığılmaması için, finiĢer tablası arkasındaki sıkıĢtırmanın %90-92 düzeyinde gerçekleĢtirilmesi istenir.
Bu amaçla son zamanlarda tamper ve vibratörlere ek olarak dikine çalıĢan bıçaklarla sıkıĢtırma sağlayan tablalar geliĢtirilmiĢ olup ġekil 3.17‟de buna bir örnek gösterilmiĢtir. Tamper, karıĢımın optimum seviyede ön sıkıĢmasını sağlar. Tamper hızı, yani dakikadaki hareket sayısı ile tamperin sıcak karıĢım içerisine batma derinliği, karıĢımın cinsine ve serme kalınlığına göre önceden veya çalıĢma anında ayarlanabilir. Aynı serme tablası üzerinde vibratörlerin ve tamperin birlikte çalıĢtığı finiĢerler mevcuttur.
Son yıllarda, finiĢer serme tablasının sıkıĢtırma kapasitesini arttırmak için, tablalara yüksek sıkıĢtırma bıçakları olarak tanımlanan bir veya iki adet bıçak eklenmiĢtir. Yüksek sıkıĢtırma bıçakları, serme tablalarının arka tarafına bir veya iki adet olarak yerleĢtirilmiĢtir. Böylece, malzemenin öne doğru ve tablanın yan plakları sayesinde de yana doğru akıĢı engellenir ve mümkün olabilecek en yüksek sıkıĢtırma elde edilir.
ġekil 3.17: SıkıĢtırıcı FiniĢer Tablası [16]
Ġhtiyaç olmaması halinde, yüksek sıkıĢtırma sistemi kapatılabilir ve tabla standart sıkıĢtırmalı olarak çalıĢtırılabilir. FiniĢer operatörü yüksek sıkıĢtırma bıçaklarının hızını ve batma derinliğini ayarlayabilir. Yüksek sıkıĢtırma bıçaklarıyla elde edilen sıkıĢtırma sayesinde silindirler ile yapılması gerekli geçiĢ sayısı en aza indirilmiĢ ve kürekçi, gelberici sayısı azaltılmıĢtır [16].
4. ALTYAPI
Altyapı, yol gövdesinin kaplama, temel ve temel altı tabakalarından oluĢan üstyapısının oturduğu kısımdır. Yolun yarma kesimlerinde altyapı; temel altı tabakasının altındaki doğal zemindir. Dolgularda ise altyapı; yarma kesimlerinden veya ödünç yerlerinden taĢınan toprak ile doğal zemin üzerine inĢa edilir. Kısacası yolun, toprak iĢi sonunda, daha önceden belirlenen kot ve en kesit Ģekline getirilmiĢ kısmına altyapı denir. Menfez, drenaj tesisleri ve istinat duvarı gibi sanat yapıları da altyapı içine girer [17].
Altyapının görevleri; istenilen kotta düzgün bir yüzey sağlamak, üstyapı tarafından iletilen yükleri daha geniĢ bir alana yaymak ve az da olsa, yolu dıĢ etkilerden korumaktır. Bu görevleri yerine getirebilmesi için, trafik yükleri, don ve su etkilerine karĢı dayanıklı olması gerekir [3].
4.1. Taban Zemini
Taban zemini sıkıĢtırılmıĢ doğal zemin ya da dolgu malzemesinden oluĢur. Esnek üstyapının davranıĢı, taban zemininin taĢıma gücüyle doğrudan ilgilidir. Taban zeminlerinde yer altı su seviyesi, tesviye yüzeyinin en az 100 cm. altında tutulmalı ve bunu sağlayacak uygun yeraltı drenajı yapılmalıdır. Su, taban zeminlerinin taĢıma gücünün azalmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, suyun etkili ve kalıcı bir drenaj sistemiyle inĢaat sırasında ve yolun ömrü boyunca tabandan ve üstyapı tabakalarından uzaklaĢtırılması sağlanmalıdır. Yol üstyapıları, taban zeminindeki aĢırı don kabarması ve donma çözülme mevsiminde taĢıma gücünün azalmasıyla zarar görebilir. Don olayının, yol üstyapısına olan etkisinin azaltılması için üstyapı taban zemininin dona karĢı duyarlılığı, üstyapının toplam kalınlığı, donma indeksi, yeraltı su seviyesinin üstyapı düzeyinden ölçülen derinliği gibi faktörlerin incelenmesi gereklidir [18].
Taban zeminindeki dolgu malzemesinin özellikleri Çizelge 4.1‟de verilmiĢ olup don etkisi olan bölgelerde, özellikleri Çizelge 4.2‟de verilen malzemeler kullanılmalıdır.
Çizelge 4.1: Taban Zemini Dolgu Malzemesi Özellikleri [19]
DENEY ADI ġARTNAME
LĠMĠTLERĠ
DENEY STANDARDI
Likit limit (LL), % ≤ 60 TS - 1900 AASHTO T - 11
Plastisite indeksi (PI), % ≤ 35 TS - 1900 AASHTO T - 89
Maks.kuru birim ağırlık
(Standart Proctor) ≥ 1,450 t/m
3 TS - 1900
AASHTO T - 90
Çizelge 4.2: Don Etkisi Olan Bölgelerde Taban Zemini Malzemesinin Özellikleri [19]
DENEY ADI ġARTNAME LĠMĠTLERĠ DENEY STANDARDI
0,075 mm elekten geçen % ≤ 12 TS - 1900 AASHTO T - 11
Likit limit (LL), % ≤ 25 TS - 1900 AASHTO T - 89
Plastisite indeksi (PI), % ≤ 6
TS - 1900 AASHTO T - 90
Kaba agregada su emme % ≤ 3 TS - 3526 ASTM C - 127
TaĢıma gücü düĢük taban zeminlerinin dirençlerini arttırmak ve belirli koĢullarda sahip olduğu direnci her türlü etki altında korumasını sağlamak amacıyla çeĢitli katkı malzemeleriyle stabilizasyon yapılır. Kireçle, portland çimentosuyla ve bitümle yapılan stabilizasyonlar yaygındır. Orta ve ince taneli zeminler, kireçle stabilize edilerek plastisiteleri düĢürülür, ĢiĢmesi azaltılır, direnci yükseltilir. Zemin stabilizasyonu, trafik değerine göre üstyapı projelendirilmesinde temel
veya alt temel olarak da değerlendirilebilir. Hafif trafikli yollarda geçici olarak kaplama vazifesi de görebilir. Çimento ile stabilizasyon hafif trafikli yollarda kaplama olarak, orta ve yoğun trafikli yollarda temel tabakası olarak kullanılabilmektedir. Bitümlü malzemelerle zemin stabilizasyonunda ise zeminler bitüm, bağlayıcı, katran, katbek bitümleri ve bitüm emülsiyonları ile stabilize edilmektedir [18].
4.1.1. Taban Zemininde SıkıĢtırma
Zeminlere sıkıĢtırma enerjisi uygulanarak, zemin içerisindeki hava boĢluklarını azaltmak, zeminin katı tanelerinin birbirleri içerisinde daha sıkı olacak Ģekilde yeniden yerleĢmelerini sağlamak ve zeminin birim hacmini azaltmak yani yoğunluğunu arttırmak için yapılan iĢleme zemin kompaksiyonu denir. Bu suretle, üstyapı altındaki taban zemininin taĢıma gücünün, geçirimsizliğinin, hacim değiĢtirme (don kabarması, ĢiĢme, büzülme) direncinin arttırılması ve oturmaların azaltılması hedeflenmektedir [34].
Bir zeminin sıkıĢma durumu, onun sahip olduğu kuru birim hacim ağırlığı ile değerlendirilir. Her çeĢit zeminin belli bir sıkıĢma enerjisi düzeyinde, sahip olduğu su içeriği ile kuru birim hacim ağırlığı arasında kesin bir iliĢki mevcuttur. Bu sahadaki çalıĢma ve geliĢmelere baĢlangıç oluĢturan ve 1933 yılında Proctor tarafından ortaya çıkarılmıĢ olan teoriye göre, her zeminin kuru birim hacim ağırlığının maksimum değere ulaĢtığı ve “optimum su içeriği” olarak nitelendirilen bir su içerik değeri vardır.
Bu optimum su içeriğinden daha düĢük su içeriklerinde, tanelerin birbiri üzerinden kayarak birbirlerine daha fazla yaklaĢmalarını sağlayan yani bir nevi yağlama temin eden su miktarı yeterli olmadığından zemindeki hava boĢlukları yeterince azaltılamaz ve bunun sonucu elde edilen kuru birim hacim ağırlık optimum değerden düĢük olur. Su içeriğinin optimum değerin üzerinde olması durumunda ise birim hacimdeki su miktarı fazla, zemin miktarı az olduğu için tanelerin hareket kabiliyeti arttırılmıĢ olsa bile kuru birim hacim ağırlık yine azalmıĢ olacaktır [20].
ġekil 4.1‟de bir zemine ait su içeriği (w/c) ve birim hacim ağırlık (yoğunluk) arasındaki iliĢki gösterilmiĢtir.
ġekil 4.1: Su Ġçeriği ve Birim Hacim Ağırlık Arasındaki ĠliĢki [34]
ġekil 4.2‟de bir zemin kütlesi Ģematik olarak gösterilmiĢtir. Zeminlerin bazı kütlesel özelliklerini tanımlamak için, zemini oluĢturan katı, sıvı ve gaz kısımların birbirinden ayrı üç parça olduğunu kabul edelim. ġekil 4.1‟de gösterildiği gibi katı, sıvı ve havanın kütle ve hacimleri sırasıyla; Ma, Mw, Ms ve Va, Vw, Vs ile ifade edilirse, boĢlukların toplam hacmi Vb = Va + Vw olmaktadır. Bu durumda zeminin toplam kütlesini M ve toplam hacmini de V ile göstererek, aĢağıdaki tanımlamaları yapabiliriz.
ġekil 4.2: Zemin Prizması [8]
Su içeriği= w = (Mw/Ms)*100 (4.1)
BoĢluk oranı = e = Vb/Vs (4.2)
Tanelerin yoğunluğu = ρs = Ms/Vs (4.4)
Zeminin toplam (tabii) yoğunluğu = ρ = M/V (4.5)
Zeminin kuru yoğunluğu = ρk = Ms/V = Mk/V (4.6)
Suya doygunluk derecesi = S = (Vw/Vb)*100 (4.7) Yukarıda tanımlanan yoğunlukların yer çekimi ivmesi (g) ile çarpımı birim hacim ağırlıkları vermektedir. Zeminin tamamen suya doygun olması durumunda (S = % 100), bütün boĢluklar su ile dolu olduğu için Va = 0 ve Vb = Vw olacaktır. Bu durumda;
Zeminin suya doygun yoğunluğu = ρd = (Ms+Vb* ρw ) / V (4.8)
ve yer altı su seviyesi altında, suyun kaldırma kuvveti de göz önüne alınarak;
Zeminin su altında yoğunluğu = ρa = (ρd – ρw) (4.9)
Ģeklinde tanımlanabilmektedir [8].
Taban zemininde sıkıĢtırma, zemin yüzeyinden itibaren yatay tabakalar halinde gerçekleĢtirilir. SıkıĢtırma; yolun eksenine paralel olarak yapılır, düĢük kotlu kenardan baĢlayıp eksene doğru kayar, yatay kurplarda kurbun içinden baĢlar ve dıĢına doğru devam eder. Bindirmeler bandaj geniĢliğinin %10‟ undan az olmayacak Ģekilde yapılır ve Ģeritlerin tümünde ilk geçiĢ tamamlanmadan ikinci geçiĢe baĢlanmaz [19].
Zemin yeterince sıkıĢtırılmazsa, zamanla kendi ağırlığı ve özellikle trafik yüklerinin etkisi ile oturmalar meydana gelir. Bu oturmalar çoğunlukla geliĢi güzel Ģekilde ve yerlerde olduğundan yol yüzeyinde yer yer çökmeler ve kasisler oluĢur. Ayrıca yüksek dolgularda, Ģev kaymaları da oluĢabilir. Bu oturma ve kaymaların sonucu olarak, ne kadar iyi yapılmıĢ olursa olsun yolun kaplaması kısa sürede bozulur. Bu duruma karĢı, yol inĢaatının toprak iĢi aĢamasında zeminin cinsine uygun düĢen yöntemlerle sıkıĢtırma yapılır [17].
4.1.1.1. Kohezyonlu Zeminlerin SıkıĢtırılması
ġekil 4.3: Su Ġçeriği-Kuru Birim Hacim Ağırlık Eğrisi [34]
Kohezyonlu zeminler sıkıĢtırıldıklarında ġekil 4,3‟de görülen tipik su içeriği-kuru birim hacim ağırlık eğrisi elde edilmektedir. Maksimum içeriği-kuru birim hacim ağırlıkta bile kohezyonlu zemin içerisinde bir miktar hava boĢluğu hapsolmuĢtur. Pratikte sıfır hava boĢluğu elde edilmesi mümkün olmamakla birlikte, maksimum kuru birim hacim ağırlıktaki sıkıĢma için zemin boĢluklarının tamamen suyla dolu olduğu kabul edilir.
Kohezyonlu zeminler, optimum su içeriğinden daha fazla su içeriğine sahip olması durumunda birim hacimdeki tane miktarı azalacak ve plastik hale geçecekler, optimum su içeriğinden daha az su içeriğine sahip olması durumunda ise taneler arasında sürtünme kuvveti oluĢacak ve sıkıĢtırma iĢlemi zorlaĢacaktır. Kohezyonlu zeminlerin sıkıĢtırılması plastisite karakteristikleri ile doğrudan etkilenmektedir. ġekil 4.4‟de görüldüğü üzere Likit limit (LL) ve Plastisite indeksi (PI) arttıkça maksimum kuru birim hacim ağırlık azalmaktadır.
ġekil 4.4: Optimum Su Ġçeriği ve Birim Ağırlığın Plastisite Ġndeksleri ile ĠliĢkisi [34]
Kohezyonlu zeminler genellikle Plastik limit (PL)‟den daha az su içeriğinde sıkıĢtırılırsa ileriki yıllarda artan su içeriği ile doygun hale gelerek taĢıma güçlerinde önemli bir azalma gösterebilecektir. Genel bir kural olarak; doygun su içeriği plastik limitten daha çok likit limite yakın ise sıkıĢtırma o kadar yetersiz demektir.
Genel olarak, kohezyonlu zeminlerin maksimum kuru birim hacim ağırlığı kohezyonsuz zeminlere nazaran daha az ve bünyesindeki boĢluk oranları daha fazladır. Dolayısıyla, zamanla bir miktar daha sıkıĢma beklenmelidir [34].
Kil ve Killi Zeminler
Malzeme, 20-25 cm kalınlığında tabakalar halinde; küt ayak, keçi ayağı, vibrasyonlu keçi ayağı, vibrasyonlu küt ayak, ve lastik basıncı ayarlanabilen lastik tekerlekli silindirlerle sıkıĢtırılır.
SıkıĢtırma sırasında plastisite indeksi PI > 20 olan malzemelerin su içeriği, Standart Proctor Yöntemi ile bulunan optimum su içeriği Wopt – ( Wopt + 2 ) değerleri arasında, PI < 20 olan malzemelerin su içeriği ise Wopt – ( Wopt - 2 ) değerleri arasında olacak Ģekilde ayarlanmalıdır.
SıkıĢtırmada keçi ayağı silindir kullanılması halinde, ayakların yüksekliği 15 cm‟ den az olmamalı, ayak kesiti 25-75 cm2 arasında olmalı ve ayaklara düĢen basınç
14 kg/cm2‟ den az olmamalıdır. Silindirin her bir ayağındaki yük, bandaja düĢen toplam yükün bandaj eksenine paralel bulunan bir sıradaki en çok ayak sayısına bölünmesiyle bulunur.
Küt ayak veya vibrasyonlu küt ayak silindirlerin kullanılması halinde ayak yüksekliği 10cm‟ den, bandaj ağırlığı 6 ton‟dan az olmamalıdır. Lastik tekerlekli sıkıĢtırıcılarda, her bir lastik baĢına düĢen yük 3,5 ton‟ dan az olmamalıdır. Bu yük, sıkıĢtırıcı ağırlığının tekerlek sayısına bölünmesiyle elde edilir.
Silt ve Siltli Zeminler
SıkıĢtırma sırasında malzemenin su içeriği, Standart Proctor Yöntemi ile bulunan optimum su içeriği ( Wopt + 2 ile Wopt - 1 ) değerleri arasında kalmalıdır. Malzeme 20-30 cm kalınlığında tabakalar halinde, statik çizgisel yükü 30 kg/cm2‟ den az olmayan vibrasyonlu demir bandajlı silindirlerle sıkıĢtırılmalıdır. Dolgularda kullanılan uçucu kül malzemelerine de siltlere uygulanan sıkıĢtırma tekniği uygulanmalıdır.
4.1.1.2. Kohezyonsuz Zeminlerin SıkıĢtırılması
ġekil 4.5: Su Ġçeriği-Kuru Birim Ağırlık Eğrisi [34]
Kohezyonsuz zeminler sıkıĢtırıldıklarında ġekil 4.5‟de görülen tipik optimum su içeriği-kuru birim hacim ağırlık eğrisi elde edilmektedir. SıkıĢtırma sırasında zemin kolayca drene olabildiğinden dolayı boĢluk suyu basıncı oluĢmaz [34].
Granüler Zeminlerin SıkıĢtırılması
SıkıĢtırma sırasında malzemenin su içeriği, Standart Proctor Yöntemi ile bulunan optimum su içeriği (Wopt ± 2) değerleri arasında kalmalıdır. SıkıĢtırma iĢlemi, statik çizgisel yükü 30 kg/cm2‟ den az olmayan vibrasyonlu demir bandajlı
silindirlerle 20-30 cm kalınlığında tabakalar halinde yapılmalıdır. Silindir kapasitesinin artması halinde tabaka kalınlığı 30-40 cm‟ ye kadar yükseltilebilmektedir.
Kaya Dolgu Zeminlerin SıkıĢtırılması
Ġçerisinde ağırlık olarak % 50‟ den fazla miktarda 75 mm‟ den büyük tane içeren ve maksimum tane boyutu ise 500 mm olan malzemeler kaya dolgu olarak adlandırılmaktadır.
SıkıĢtırma iĢlemi, 30 cm kalınlığında tabakalar halinde yapılmalı, yeterli kapasitede vibrasyonlu demir bandajlı silindirler kullanılmalı, ihtiyaç duyulması halinde malzemeye su eklenmeli, ince kısmın rutubeti fazla ise gerekli kurutma iĢlemi yapılmalıdır. Her tabakanın sıkıĢtırılması tamamlandıktan sonra, yüzeyde oluĢan boĢluklar, kaya dolgu malzemesinin ince kısımları kullanılarak doldurulmalıdır.
Kaya dolgu yapımında kullanılan malzemenin tabakalar halinde dökülüp, her bir tabakanın sıkıĢtırılması sırasında, 15 ton statik ağırlığındaki silindirin son iki geçiĢindeki toplam oturma miktarının 6 mm‟ den az olması halinde yeterli sıkıĢtırmanın elde edilmiĢ olduğu kabul edilmektedir [19].
Çizelge 4.3‟de değiĢik zemin gruplarına ait sıkıĢtırma karakteristikleri verilmiĢ olup zeminlerin AASHTO sınıflamasına göre sahip olabileceği maksimum kuru birim hacim ağırlıkları, optimum su içeriği ve dolgu performansları belirtilmiĢtir [34].
Çizelge 4.3: DeğiĢik Zemin Gruplarına Ait SıkıĢtırma Karakteristikleri [34]
4.1.2. Taban Zemininde SıkıĢtırmanın Kontrolü
75 mm‟ den daha büyük taneler içeren malzemelerle yapılan dolgularda sıkıĢma kontrolü için geçerli bir yöntem olmamakla birlikte sıkıĢtırılan tabakanın 75 mm‟ den daha küçük tane içerdiği düĢünülen kesimlerinde kasnak ve kum konisi yöntemiyle sıkıĢma kontrolü yapılabilir. 19 mm‟ den daha büyük tane içeren malzemelerle yapılan dolgularda sıkıĢma kontrolünde ise AASHTO T-224 düzeltme yöntemi kullanılmaktadır. Dolgularda, yeterli sıkıĢtırma ile elde edilmek istenen minimum sıkıĢma yüzdeleri Çizelge 4.4‟de verilmiĢtir.
Çizelge 4.4: Dolgularda SıkıĢma Ölçütleri [19] MĠNĠMUM
SIKIġMA (%)
DENEY STANDARDI
Tesviye yüzeyi altındaki ilk 80 cm 100
Standart Proctor TS - 1900 AASHTO T - 99
80 cm altındaki dolgu tabakaları 95
Standart Proctor TS - 1900 AASHTO T - 99
4.1.3. Taban Zemini Kalite Kontrol Deneyleri
Yapım sırasında kullanılan malzemeyi ve oluĢturulan tabakaları kontrol etmek amacıyla, belirli aralıklarla yapılması gereken deneyler ve sayıları Çizelge 4.5‟de verilmiĢtir [19].
Çizelge 4.5: Taban Zemini Kalite Kontrol Deneyleri [19]
DENEY MĠNĠMUM DENEY SAYISI
Likit Limit – Plastik Limit TS 1900, AASHTO T-89-90
Her 1000m3‟ de ve her farklı dolgu malzemesinde bir defa
Doğal su içeriği, TS1900 Her 1000m3‟ de ve her farklı dolgu malzemesinde bir defa
Kuru Birim Ağırlık – Su içeriği iliĢkisi TS 1900, AASHTO T-99
Her farklı malzeme sınıfı için 1 deney
YaĢ CBR %, TS 1900, AASHTO T-193 Her farklı malzeme sınıfı için 1 deney
Kum konisi yöntemi, AASHTO T-191 Her tabakada 1000m2‟ de 1 deney Her tabakada 1000m2‟ de 1 deney Nükleer yöntem, AASHTO T-238, 239 Her tabakada 250m2‟ de 1 deney
SıkıĢtırılacak zeminlerin önce laboratuarda Proctor testi ile maksimum kuru birim hacim ağırlıkları tespit edilir. Bu değer, maksimum sıkıĢma ölçütü olarak yani sıkıĢtırılabilecek maksimum yoğunluk olarak kabul edilir. Daha sonra, arazide sıkıĢtırılan zeminin ölçülen yoğunluğu ile laboratuarda aynı zemin için belirlenen maksimum yoğunluğunun yüzde kaçının elde edilmiĢ olduğu saptanır.
SıkıĢma kontrolünde çok sık kullanılan kum konisi yönteminin arazide uygulaması ġekil 4.6‟da görülmektedir.
ġekil 4.6: Kum Konisi Yöntemi
Kum konisi yönteminde sıkıĢtırılan zemin (veya temel, alttemel tabakası) üzerine ortası delikli plaka konur ve deliğin altındaki zemin kazılır. Kazılan zemin bir poĢete konulur ve rutubet kaybını önlemek için ağzı kapatılır. Kazılan çukurun üstüne kum konisi konur ve vanası açılarak çukurun içine standart kumun dolması sağlanır. SıkıĢtırılan zeminde açılan çukurun içine konulan standart kumun ağırlığı tartılır ve yoğunluğu daha önceden belirlendiği için açılan çukurun hacmi hesaplanabilir. Çukurdan alınan zeminin kuru ağırlığı ve standart kum ile hacmi belirlenen zeminin kuru yoğunluğu hesaplanabilir. Böylece arazide sıkıĢtırılan zeminin kuru yoğunluğu daha önceden aynı zemin üzerinde belirlenen maksimum kuru birim hacim ağırlığı ile mukayese edilerek sıkıĢma derecesi yüzde cinsinden belirlenir [34].
4.1.4. Zeminlerin SıkıĢtırılmasına Etki Eden Faktörler
4.1.4.1. Zemin Cinsinin, Granülometrisinin ve Ġçerdiği Maksimum Tane Boyutunun Etkisi
Zeminin cinsi ve granülometrisindeki farklar, elde edilecek sıkıĢtırma özellikleri yani, maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su içeriği üzerinde önemli derecede etkili olurlar. Granülometrik durumları Çizelge 4.6‟da verilmiĢ olan 8 farklı zemine ait sıkıĢma eğrilerini gösteren ġekil 4.7‟de bu hususu açıkça ortaya koymaktadır.
Çizelge 4.6: Farklı Zeminlere Ait Granülometri Değerleri [20] Tane Çapı (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 Kum Tanesi 0.075-2.00 88 75 73 32 5 5 6 94 Silt Tanesi 0.002-0.0075 10 15 9 33 64 85 22 6 Kil Tanesi < 0.002 2 10 18 35 31 10 72 -
ġekil 4.7: Farklı Zeminlere Ait SıkıĢma Eğrileri [20]
Minimum kuru birim hacim ağırlığı veren zemin aĢağı yukarı tamamen kum tanesi boyutunda bulunan yani, düzgün kabul edilebilecek 8 nolu zemindir. Ancak iyi derecelenmiĢ 1 nolu zemin ise 8 nolu zemine oranla büyük bir kuru birim hacim ağırlığına sahip olabilmektedir. Özellikle granüler zeminlerde,
zeminin gradasyonu ne kadar iyi derecelenmiĢ ise o kadar iyi bir sıkıĢtırma elde edilir.
Zeminin içerdiği maksimum tane boyutunun artması ile zeminin maksimum kuru birim hacim ağırlığı artıĢ göstermektedir [20,34].
4.1.4.2. SıkıĢtırma Enerjisinin Miktar, Tip ve Zemine VeriliĢ ġeklinin Etkisi
Laboratuar deneylerinde fazla kullanılan darbe suretiyle sıkıĢtırma yönteminde uygulanan enerji miktarı, elde edilecek kuru birim hacim ağırlık ve optimum su içeriği üzerinde, en az zeminin su içeriği kadar önemli bir faktör olmaktadır. Enerji miktarı arttıkça, zemindeki havanın dıĢarıya çıkma oranı artmakta, bunun sonucu tanelerin birbirine yaklaĢma olanağı fazlalaĢmıĢ olmaktadır. Hemen hemen her çeĢit zeminde sıkıĢtırma enerjisinin artması ile maksimum kuru birim hacim ağırlık artar, buna karĢılık optimum su içeriği düĢer. Bu durum ġekil 4.8‟de gösterilmiĢtir.
ġekil 4.8: SıkıĢtırma Enerjisinin Etkisi [20]
Darbe suretiyle sıkıĢtırma deneylerinde verilen enerjinin miktarının yanında, kullanılan tokmağın Ģekli, çapı, ağırlığı, düĢme yüksekliği, her darbede verilen enerji miktarı gibi faktörlerin de sonuçlar üzerinde değiĢik miktarlarda etkisi bulunmaktadır.
SıkıĢtırmaya etki eden faktörler arasında seçilen sıkıĢtırma Ģekli de önem arz etmektedir. SıkıĢtırma açısından iyi bir netice alınabilmesi için zeminin cinsine uygun sıkıĢtırma tipi seçilmesi, bu husustaki temel prensiplerden birisi olmaktadır [20].
Arazide, silindir ile sıkıĢtırma iĢlemine davam edildikçe kuru birim hacim ağırlık artar. Bu artıĢ miktarı baĢlangıçta çok fazla iken daha sonra giderek azalır ve belli bir noktadan sonra sıkıĢtırmaya ne kadar devam edilirse edilsin kuru birim hacim ağırlık hemen hemen sabit kalır. Ġki farklı zeminin sıkıĢtırılması sırasında silindir ağırlığı ve geçiĢ sayısının (pas sayısı) kuru birim ağırlık ile olan iliĢkisi ġekil 4.9‟da verilmiĢtir.
ġekil 4.9: Ġki Farklı Zeminin SıkıĢtırılması Sırasında Silindir Ağırlığı Ve GeçiĢ Sayısının Kuru Birim Ağırlık Ġle Olan ĠliĢkisi [34].
Ağır silindir ile gerçekleĢtirilen kompaksiyonda, baĢlangıçtaki sıkıĢma miktarı fazla iken, hafif silindir ile gerçekleĢtirilen kompaksiyonda geçiĢ sayısına göre sıkıĢma artıĢı nispeten daha azdır [34].
4.1.4.3. KarıĢımdaki Kum ve Çakıl Tanelerinin Biçim, Yüzeysel Yapı ve Açısal Durumunun Etkisi
Biçim terimi agrega tanelerinin Ģeklini yani küresel, yassı, uzun vb. Ģeklinde oluĢunu, açısal durum terimi tanenin kenar ve köĢelerinin keskinliğini, sivriliğini, yüzeysel yapı terimi ise tanenin biçim ve açısal durumuna bağlı olmayan yüzey dokusunu, yani pürüzlülük derecesini ifade etmektedir.
Yuvarlak tanelerden oluĢan malzemelerin içsel sürtünme açısı, keskin köĢeli tanelerden oluĢan malzemelerin içsel sürtünme açısına oranla daha düĢüktür. Ġçsel sürtünme açısının artması ile taĢıma kabiliyeti artmakta, sıkıĢmaya yatkınlık azalmaktadır.
Morris ismindeki araĢtırmacı yapmıĢ olduğu kesme deneylerinde yüzeysel yapıyı değiĢtirmeden tane biçimini yuvarlaklaĢtırmakla kesme mukavemetinin arttığını ve dane biçimini değiĢtirmeden yüzeysel yapıyı daha pürüzsüz hale getirmekle de kesme mukavemetinin azaldığını göstermiĢ, belli bir noktaya kadar mukavemetin pürüzlülük ile arttığını, bu noktadan sonra mukavemetin düĢmeye baĢladığını,
tanelerin bir araya gelmesinin güçleĢtiğini ve bunun sonucu olarak da yoğunluğun azaldığını ileri sürmüĢtür. Ayrıca sünger taĢı, tuğla parçası, bazalt ve nehir agregası gibi kimyasal bileĢim bakımından farklı malzemelerin belli bir pürüzlülük değeri için aynı mukavemeti gösterebileceğini belirtmiĢtir.
4.1.4.4. Bağlayıcı Ġnce Zeminin Etkisi
Granüler karıĢımlardaki ince zeminin esas görevleri, kum ve çakıl tanelerini bir bütün halinde tutmak, ayrıca sıkıĢtırma iĢlemi sırasında taneler arasında kalan boĢluğu doldurarak sıkıĢtırmayı arttırmaktır. Silt ve kilden ibaret olan bu bağlayıcı kısım sahip olduğu kohezyon ile karıĢımın mukavemetine de yardımcı olur. KarıĢımdaki bu kısmın belirtilen görevleri yerine getirebilme derecesi, karıĢımdaki miktarı yanında cinsine de bağlı olmaktadır.
Bağlayıcı miktarının artması ile taĢıma gücünün iki parametresinden kohezyon artmakta, içsel sürtünme açısı ise azalmaktadır. Ancak bu artıĢ ve azalmanın hızlandığı kritik bir aralık bulunmaktadır. Bu aralık, bağlayıcı miktarının %15 ile %35 arasında olduğu durumdur [20].
Zeminin içerdiği bağlayıcı ince malzemenin miktarı arttıkça yoğunluğu, sıkıĢabilirliği, boĢluk oranı, geçirgenliği (permeabilitesi) gibi özelliklerinde birtakım değiĢimler oluĢur. Bu değiĢiklikler ġekil 4.10‟da özetlenmiĢtir [34].
ġekil 4.10: Bağlayıcı Ġnce Zeminin Etkisi [34]
4.1.5. Zeminlerin SıkıĢtırılması Sırasında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar
SıkıĢtırılan tabaka kalınlığı arttıkça homojen bir sıkıĢma elde etmek güçleĢtiği gibi sıkıĢma miktarı da azalır. Bu nedenle zemin cinsi, silindir tipi ve kapasitesine bağlı olarak kaynaklarda verilen pratik maksimum sıkıĢmıĢ tabaka kalınlıkları bir rehber olarak göz önüne alınmalıdır. Eldeki mevcut silindirlerin zemin cinsine göre nasıl değerlendirileceği, tabaka kalınlıkları, vb. hususlar bir deneme kesiminde test edildikten sonra belirlenmelidir.
Test sahası 3 Ģeritli olmalı ve 4, 6, 8 veya daha fazla geçiĢ sayısında değiĢik malzeme kalınlıkları için sıkıĢma testleri yapıldıktan sonra sıkıĢma - geçiĢ sayısı eğrisi çizilmelidir. Test sonucuna göre sıkıĢtırılacak tabaka kalınlığı ve buna karĢılık gelen serim kalınlığı, silindir hızı ve vibrasyon etki değerleri (frekans ve genlik) belirlenmelidir. SıkıĢma testleri orta Ģeritte yapılmalı ancak yan Ģeritler için de mukayese yapılmalıdır. Eğer elde edilen sıkıĢma yeterli değilse geçiĢ sayısını arttırmak, silindir hızını düĢürmek veya tabaka kalınlığını azaltmak için, yeni bir deneme kesiminde, tekrar test yaparak nihai karar verilmelidir.
Malzeme ocağındaki su içeriği çok yüksek ise uygun bir drenaj tekniği ile malzeme kurutulmalıdır. Eğer su içeriği çok düĢük ise greyder veya dozerler ile hendekler açılmalı ve hendekler su ile doldurulmalıdır. Daha sonra malzeme
uygun kıvama geldiğinde, yerinde greyder veya dozerle homojen olarak karıĢtırılmalı ve dolgu sahasına sevk edilmelidir.
Malzeme iri boyutlu taĢlar ihtiva ediyorsa ayıklandıktan sonra dolguda kullanılmalıdır. Maksimum tane boyutu sıkıĢmıĢ tabaka kalınlığının 2/3‟ünden daha fazla olmamalıdır. Ġyi bir sıkıĢtırma, sabit bir kalınlıkta serim yapıldığı takdirde sağlanır. Malzemenin serimi skreyper ile yapılıyorsa serim kalınlığı homojen olacak Ģekilde ayarlanmalıdır. Dolgu malzemesi kamyonlar ile taĢınıyorsa malzeme dolgu yerinde uygun aralık ve miktarlarda boĢaltılmalı ve dozerler ile sabit kalınlıkta serilip düzgün yüzeyler elde edilecek Ģekilde tabakalar oluĢturulmalıdır.
Dolgularda yapılacak sıkıĢtırma için ġekil 4.12‟de görüldüğü gibi dolgu sahasının en düĢük kotundan baĢlayarak yatay tabakalar halinde serim ve sıkıĢtırma yapılmalıdır. Kesinlikle, arazinin tabii eğimine paralel eğimli tabakalar yapılmamalıdır. Aksi takdirde yeterli ve homojen bir sıkıĢma elde edilememektedir. SıkıĢma kontrolü ile gerekli sıkıĢma sağlanmamıĢsa, sıkıĢmamıĢ tabaka ya kaldırılıp atılmalı ya da gevĢetilip tekrar sıkıĢtırılmalı ve yeniden sıkıĢma kontrolü yapılmalıdır [5,22].
