The Mechanistic evaluation of rigid and flexible pavements: A case study for Nato airports

Abstract

ÖZET NATO HAVAALANLARINDAKİ RİjlD VE ESNEK KAPLAMALARININ ANALİTİK (RASYONEL) YÖNTEMLERLE VE BİR ÖRNEKLE DE?ERLENDİRMESİ BOSTANCI, M. Ertuğrul Yüksek Linsans Tezi, İnş. Müh. Böl. Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Rüştü YÜCE Haziran 1988, 61 Sayfa Bu incelemenin amacı, rasyonel metodu kullanarak havaalanı üstyapılarının değerlendirilmesidir. Birçok ülke tarafından kullanılan rasyonel metod ile, elastiklik modülleri, Poisson oranları ve tabaka kalınlıkları gözönüne alınarak, havaalanı mevcut üst yapısının kalan ömrü ve yeni takviye tabakasının hizmet ömrü daha gerçekçi olarak saptanabilmektedir. Türkiye'de bulunan havaalanlarında bugüne kadar uygulanmış olan takviye lendirmelerde görsel değerlendirme yapılmış ve herhangi bir araştırma veya deney yapmadan üstyapı kalınlıkları seçilmiştir. Bu yüzden, üstyapının ekonomik ömrü hiçbir zaman beklenen kadar olamamıştır. Bu araştırma için, farklı iklimlere ve çevre şartlarına sahip üç havaalanı seçilmiş ve rasyonel metod ile incelenmiştir. Üstyapıdan karot numuneleri alınmış ve bu numuneler üzerinde dane boyutu dağılımının saptanması, özgül ağırlık, ekstraksiyon ve Marshall deneyleri yapılmıştır. Granüler tabakaların elastiklik modülleri ampirik korelasyonlar ile bulunmuştur. _V_Eski ve yeni asfalt betonunun elastiklik modülleri için, bilye-yüzük deneyi, bölge sel hava sıcaklığı, boşluk muhtevası ve diğerleri gözönüne alınmıştır. Esnek üstyapılar kırmataş üzerinde asfalt takviye tabakası ve mevcut üstyapı üzerindeki asfalt takviye tabakası olmak üzere iki bölümde incelenmiştir. Kırmataş tabakası olup olmamasına göre yorulmalar saptanıp birbirleriyle karşılaştırıl m ış,aynı zamanda mevcut üstyapının kalan ömrü bulunmuştur. Rasyonel metot da, F-4 tipi uçak dizayn uçağı olarak seçilmiştir. Asfalt tabakasının tabanında oluşacak kritik gerilmeler ve defleksiyonlar BİSAR bilgisayar programı ile hesaplanmıştır. Sonuçlar, kırmataş üzerine yerleştirilen asfalt betonu takviye tabakalarındaki yorulma çatlaklarının, kırmataş ara tabakası olmayan takviyelere göre daha erken başladığını göstermiştir. Bu yüzden, kırmataş temel tabakası yerine araya jeotekstil konması yorulma çatlaklarının oluşmasını ve ilerlemesini önleyeceğinden dolayı daha iyi bir yaklaşım olacaktır. Son olarak, değerlendirmeler ve tavsiyeler yapılmıştır. Anahtar Kelimeler : Rasyonel, Değerlendirme, Yorulma ömrü, Refleksiyon çatlakları, Kalan ömür, BÎSAR Bilgisayar Programı. VI

ABSTRACT THE MECHANISTIC EVALUTAION OF RIGID AND FLEXIBLE PAVEMENT : A CASE STUDY FOR NATO AIRPORTS BOSTANCI, M. Ertuğrul M.S. in Civil Eng. Supervisor : Prof. Dr. Rüştü YÜCE June 1988, 61 Pages The main purpose of this thesis is to evaluate various types of airport pavements by means of mechanistic analysis. Mechanistic analysis which is widely used in many countries in fact is an analytically based approach. The estimated service life and also the re maining life of a pavement structure can be determined realistically by assigning representative modulus, poisson's ratio and thickness values for each layer. In Turkey none of the rehabilitation and restoration works in airports have been evaluated with mechanistic analysis. Since overlay pavement thickness are selected without performing any research, experiment and rational approach, end of service life is usually reached before the assigned design service life. During this study three different airport pavements which are located at different regions of Turkey having different climatic and environmental con ditions have been chosen and analyzed. _`J.Core samples have been extracted from the pavement layers and particle size distribution, specific gravity, bitumen content and Marshall tests have been conducted. The modulus of elasticity values are assigned to each layer using some reliable emprical correlations and taking into consideration the following parameters and properties, such as: Ring and Ball temperature, regional air temperature, void content, time of loading. During the mechanistic analysis F-4 airplane has been selected as the design aircraft and the service life and remaining lige of flexible pavement were determined for overlays placed directly on existing pavement and having granular crushed-stone interlayer. BISAR computer program has been used to compute the critical deflec tion, stresses and strains developed within the pavement structure. Fatigue Hfes (service lifes) of the airport pavement structures have been estimated using linear summation of cumulative demage hypothesis. The results of the study have shoven that, flexible pavement structures having crushed base interlayer under the overlay course have yielded less fatigue life than the overlays placed directly on the existing pavement layer. Thus, it may be a good approach to use geotextile interlayers to avoid the initiation and propogation of reflective fatigue cracks. Finally conclusions and recommendations are given. Keywords : Mechanistic analysis, fatigue life, remaining life, reflection cracking BISAR Computer Program. _IV_