Esnek üstyapıların analitik değerlendirilmesi

Abstract

ÖZET Son yıllarda, üstyapı durumunu belirleme çalışmalarında, projelendirme çalışmalarında ve bakım çalışmalarında yaklaşık hesaplama yöntemleri, yerini güvenilir yöntemlere bırakmıştır. Üstyapıların durumlarım belirlemek için, başlangıçta karot numuneler alma, çukur açma benzeri tahribatlı testler kullanılırken, son yıllarda çok hassas tahribatsız test aletleri geliştirilmiştir. Üstyapı bakım çalışmaları günümüzde bilimsel yöntemlerle yapılmaktadır. Üstyapı projelendirme ve bakım aşamalarındaki problemlerin çözümünde tahribatsız test aletleriyle elde edilen veriler kullanılabilir. Karayolu üstyapılarının yapım ve balom çalışmaları için milyarlarca lira para harcandığı da dikkate alınırsa, en faydalı ve en ekonomik çözümün bulunması gerektiği daha açık olarak ortaya çıkmaktadır. Dünyada ilk defa kullanılan tahribatsız test aleti Benkelman Kirişi' dir. Uzun yıllar dünyada kullanılmış bir deney aletidir. Ancak, tek noktada ölçüm yapması nedeniyle, üstyapı durumunu tam olarak yansıtamadığı için yerini çok noktada defleksiyon değeri ölçebilen tahribatsız test aletlerine bırakmıştır. Road Rater, Dynaflect ve Falling Weight Deflectometer (FWD) isimli deney aletleri bunlardan bazılarıdır. Bu aletlerden en son geliştirilmiş olanı ve diğerlerine göre daha hassas olanı FWD' dir. Çalışmada her bir test aleti ayrı ayrı tanıtılmıştır. Ölçülen defleksiyon değerlerinden geri-hesaplama yöntemiyle üstyapı tabaka elastisite modülü değerleri belirlenebilmektedir. Geri-hesaplama işlemi sonucunda bulunan üstyapı tabakalarının elastisite modülü değerleri üstyapının durumunun bir göstergesi olmaktadır. Böylece elde edilen bu elastisite modülü değerleri yardımıyla, karayolu kurumlan kendi bütçelerini dikkate alarak bakım ve rehabilitasyon için en iyi yolu çizebilmektedir. Karayolu üstyapılarının yapısal analizi için bugüne kadar değişik yöntemler kullanılmıştır. Bunlar lineer elastik çok tabakalı analiz, denk tabaka kalınlık yöntemi, abaklar yardımıyla analiz ve sonlu elemanlar yöntemi olarak sayılabilir. Bunlar arasında günümüze kadar basitliği sebebiyle en yaygm olarak lineer elastik analiz kullanılmıştır. Günümüzde, karayolu üstyapılarının yapısal analizinde, bilgisayar teknolojisinin de gelişmesiyle sonlu elemanlar metodu yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Ayrıca üstyapı tabaka malzeme davranışları da bu yöntemle kolaylıkla temsil edilebilmektedir. Geliştirilen program oldukça kolay bir kullanıma sahiptir. Ekrandan verileri girmek mümkün olmaktadır. Sonlu elemanlar metodunun kullanımında karşılaşılan en büyük zorluk, sonlu elemanlar ağının oluşturulmasıdır. Geliştirilen programla, sonlu eleman ağını hazırlamak için özel bir arayüz (interface) programı hazırlanarak, ekrandan verileri girmek mümkün olmaktadır. Veriler ekrandan girildiğinden, elde edilen sonlu eleman ağım ekranda görmek mümkündür.. Bu nedenle verilerin doğruluğu kolaylıkla kontrol edilebilir. Çalışmanın en büyük katkısı, bitümlü tabakalar visko-elastik; granüler malzemeler ve taban zemini non-lineer elastik malzeme olarak modellenerek, geri hesaplamada daha gerçekçi sonuçların elde edilmesi sağlanmıştır Yapısal analiz gerçekleştirildikten sonra deformasyona uğramış sonlu eleman ağını görmek mümkün olmaktadır. Bu program kullanılarak tahribatsız test aletleriyle elde edilen defleksiyon verileri analiz edilecek üstyapının yapısal durumu hakkında bir sonuca varılabilir. Diğer çalışmalarla karşılaştırmalar yapılarak programın iyi bir yaklaşım sağladığı gösterilmiştir.

ABSTRACT During the last years, guesswork has been replaced by reliable methods for evaluating, designing, managing and maintaining pavements. Nowadays, nondestructive testing equipments has been developed for determining pavement strength instead of destructive tests like taking core specimen. Design criteria for pavements and their underlying bases are proven useful and are applied at the design stage. Pavement maintenance practices now are based on scientific methods. Data obtained from nondestructive testing equipments can be used to solve problems at the stage of design and maintenance of pavements. If we consider that lots of money are spent for constructing and maintaining highway pavements, it appears that the most useful and economic solution is required. Benkelman Beam is the first used nondestructive testing equipment. It has been used for long years all over the world. Because it only measures deflection under the applied load center, it has been replaced with equipments that can measure deflections at many points. Some of these are Road Rater, Dynaflect and Falling Weight Deflectometer(FWD). Last developed and the most sensitive one of these equipments is FWD. In order to use for pavement evaluation, pavement layer moduli values have to be determined from measured deflection values. This process is named `Backcalculation`. Pavement layer moduli values resulting from backcalculation appear structural capacity of pavements. So based on pavement layer moduli values, Highway Agencies can plan maintenance and rehabilitation practices. Up to date, different methods has been used for structural analysis of highway pavements. These are linear elastic layered theory, Equivalent Layer Thickness(ELT), analysis with nomographs and finite element method. Up to now, because of its simplicity, linear elastic analysis among these has been extensively used. Nowadays, with developing computer technology, finite element method is commonly begun to be used. Behaviours of pavement layer materials are represented easily by using this method. A lot of program used to determine the structural capacity of pavements have been developed based on nondestructive deflection testing data. Because of simplicity of programming, simplification on behaviour of material has been done. Real behaviours of pavement materials are presented in few programs. So, in this study, a new finite element program has been developed for backcalculating pavement layer moduli. Using deflections obtained from nondestructive testing, this program can give know-ledge about structural capacity of pavements.