Demiryolu üstyapı tasarımlarında geogrid kullanımı ve etkisi
Effect of geogrid usage on railway pavement design
Yazar: BUĞRA CANPOLAT
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN AKBULUT
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Demiryolu taşımacılığı = Railway transportation ; Jeogrid = Geogrid ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Üst yapı projeleme = Pavement projecting

Özet:
Geoteknik problemlerin çözümünde, hızlı ve ekonomik bir seçenek olması sebebiyle geosentetik malzemelerin kullanımı dünyada ve ülkemizde son yıllarda oldukça yaygınlaşmıştır. Bir geosentetik malzeme türü olan geogridlerin ise ulaştırma altyapı ve üstyapı projelerinde zayıf zeminlerin güçlendirilmesi, tabaka kalınlıklarının azaltılması, yapı hizmet ömrünün uzatılması ve bakım sıklıkları ile maliyetlerinin azaltılmasında etkili olduğu öne sürülmektedir. Bir demiryolu üstyapısında; uygulanan yükler altında demiryolu hattı ve bu demiryolunu oluşturan tabakalarda meydana gelen gerilme ve deformasyonların tespiti, laboratuvar koşulları veya saha uygulamaları yardımıyla uzun uğraşlar neticesinde elde edilmektedir. Tasarım için gerekli olan gerilme ve deformasyonların belirlenmesinde, sonlu elemanlar yönteminin kullanımı son dönemlerde önemli ölçüde artmaktadır. 
Bu çalışmada; demiryolu üstyapısında altbalast tabakası ile taban zemini arasına yerleştirilen tek sıra geogridin yapıya olan muhtemel etkileri araştırılmıştır. Bu araştırma boyunca analizlerin tamamı sonlu elemanlar yazılımı olan ANSYS 2020 R2 programı ile yapılmıştır. Farklı dingil yükleri, farklı özelliklere sahip geogridler, farklı altbalast tabaka kalınlıkları ve farklı özelliklere sahip taban zeminleri için hem geogrid kullanılmadan hem de geogrid kullanılarak 96 adet farklı analiz gerçekleştirilmiştir.  Bu analizler sonucunda taban zemini üst sınırında oluşturulan yatay hat üzerinde meydana gelen gerilme ve deformasyon değerleri ölçülmüştür. Elde edilen bulgular; altbalast tabakası ile taban zemini arasında geogrid malzeme kullanımının, meydana gelen deformasyonların azaltılmasına ve altbalast tabaka kalınlığının azaltılmasına önemli ölçüde katkı sağlayabileceğini göstermiştir. Taban zemini özelliklerinin zayıf olduğu tasarımlarda geogrid malzemesi daha etkili olurken, taban zemini özellikleri iyileştikçe geogridin etkisi de azalmaktadır. Altyapı iyileştirme yöntemlerinin maliyetli olması nedeniyle, zayıf zeminlerde geogrid kullanımının kümülatif anlamda avantaj sağlayacağı düşünülmektedir. Ayrıca yapılan maliyet analizleri neticesinde geogrid kullanımı ile elde edilen inşaat yapım süresinde meydana gelecek kısalma, yapı hizmet ömrünün uzaması, uygulama kolaylığı ve bakım sıklıklarının azaltılması gibi kazanımlar kullanılabilirliği desteklemektedir. 
Sonuç olarak tasarımı yapılacak bir üstyapı için, uygulanan bu yöntem ve elde edilen verilerin; gelen yükleri güvenli bir şekilde taşıması, atmosfer koşullarına direnebilmesi ve ekonomik olarak daha avantajlı tasarım parametrelerinin oluşturulması konusunda yol gösterici olarak kullanılabileceği görülmektedir.

Abstract:
The use of geosynthetic materials has become widespread in the world and in our country in recent years, as it is a fast and economical option in solving geotechnical problem on railway pavement sub-structure. It is claimed that geogrids, which is a type of geosynthetic material, are effective in strengthening weak soils, reducing layer thicknesses, extending the service life of the structure, cost of maintenance in transportation infrastructure and pavement projects. In a railway pavement; the determination of the stress and deformations occurring in the railway line, forming of the layers and the loads applied on the railway line is obtained as a result of long efforts with the help of laboratory conditions or field applications. The use of finite element method in determining the stresses and deformations required for design has been increasing significantly in recent periods.
In this study; the possible effects of a single row geogrid placed between the sub-ballast layer and the subgrade on the railway pavement structure were investigated. All of the analyzes throughout this research were made with the finite element software ANSYS 2020 R2. For different axle loads, geogrids with different properties, different sub-ballast layer thicknesses and subgrades with different properties, 96 different analyzes were carried out both without geogrids and with geogrids. As a result of these analyses, the stress and deformation values occurring on the horizontal line formed at the upper boundary of the subgrade were measured. The results obtained have shown that the use of geogrid material between the sub-balast layer and the subgrade could significantly contribute to reducing the deformations and reducing the thickness of the sub-balast layer. While the geogrid material is more effective in designs with weak subgrade properties, the effect of the geogrid decreases as the subgrade properties improve. Due to the cost of infrastructure improvement methods, it is thought that the use of geogrids on weak soils will provide cumulative advantages. In addition, as a result of the cost analyzes made makes a great contribution on the use of geogrid, such as shortening the construction period, extending the service life of the structure, ease of application and reducing the frequency of maintenance, support usability.
As a result, it is seen that this applied method and the obtained data could be used as a guide for a pavement to be designed to safely carrying the applide load ont the structure, resisting atmospheric conditions and creating more economically advantageous design parameters.