Bitümlü sıcak karışımların trafik etkisi altında mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of hot mix asphalts under the traffic effect
Yazar: AHMET SERTAÇ KARAKAŞ
Danışman: PROF. DR. NECATİ KULOĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında stiren-butadien-stiren (SBS) modifiyesinin, bitümlü sıcak karışımlarda katkı malzemesi olarak kullanımının etkisi araştırılmıştır. Saf ve SBS içeren bitümlü sıcak karışımların (BSK) tasarımları Marshall yöntemine göre yapılmıştır. BSK'larda kullanılan agrega, bitüm ve dizayn parametrelerine ait önceden tespit edilen özellikler, kontrol amaçlı deneysel olarak tekrar tespit edilmiş ve karşılaştırmaları yapılmıştır. Arazi ve laboratuvar deneylerinin yürütüleceği kent içi yol trafiğine sahip alanda, saf ve SBS içerikli BSK'lar granüler temel tabakasının bulunduğu yol güzergahı üzerinde uygulama sahası oluşturmak için iki farklı türde asfalt betonu kaplaması olarak uygulanmıştır.
Arazi deneyi olarak bitümlü sıcak karışımların trafik yükü altındaki davranışlarını belirlemek için uygulama sahasında oluşturulan asfalt betonu kaplaması üzerinde, bir yıllık zaman periyodundaki 1, 4, 8 ve 12. aylarda trafik ölçüm cihazıyla, kaplama yüzey sıcaklıkları ve geçen taşıt sayısına bağlı eşdeğer standart dingil yükü sayıları tespit edilmiştir. Ayrıca mekanik özelliklerinin belirlenmesi için test çekiciyle dayanım, kumpas ile tekerlek izi ve nükleer test cihazı ile sıkıştırma ölçümleri yapılmıştır. Yol kenarındaki sıkıştırma dereceleri ortalamaları tekerlek geçiş bölgelerindekine göre daha düşük olup, SBS katkılı asfalt betonu kaplamalardaki sıkıştırma derecesi ortalaması bir yıllık periyotta daha büyük değerde çıkmıştır. Tekerlek izi derinlikleri olarak katkısız BSK'lardaki tekerlek izi ölçümleri ortalama değeri, SBS katkılı sıcak karışımlardaki tekerlek izi ölçüm ortalamasına göre yaklaşık %50 daha fazla olduğu görülmüştür. Schmith çekiciyle yapılan sıkıştırma derecesine yönelik ölçümlerde ise yol kenar bölgelerinde her iki asfalt betonu kaplama için 8. ay ve 12. ayda en büyük ve birbirine yakın değerler elde edilmiş, tekerlek geçiç bölgelerinde ise en büyük sıkıştırma derecesi 12. ayda katkısız asfalt betonu kaplamalarda görülmüştür.
Laboratuvar deneyleri, saf ve SBS modifiyeli BSK dizayn özellikleri ile belli periyotlarda temin edilen karot numuneleri üzerinde uygulanmıştır. Bitümlü sıcak karışımları oluşturan malzemelerin özellikleri ile karışıma ait fiziksel, mekanik ve performans özellikleri laboratuvar deneyleri ile tespit edilmiştir. 
Katkısız asfalt betonu ve SBS modifiyeli asfalt betonu kaplaması aşınma tabakası tipII dizayn çalışması agrega ve bitüm fiziksel özelliklerinin ve dizayn özelliklerinin Karayolları Genele Müdürlüğü (KGM) Karayolları Teknik Şartnamesi (KTŞ) Kriterlerinin çoğunu sağladığı görülmüştür. Saf ve modifiyeli bitümlerin penetrasyon indeksi bakımından ısıya az duyarlı olduğu belirlenmiştir. Yumuşama noktası olarak şartname limitlerinin üzerinde bir değere sahip oldukları, diğer özellikler bakımından da şartname limitlerini sağladığı görülmüştür. 
 Karot numunelerine ait hacimsel parametrelerinde ise aylık periyotlarda boşluk oranı ve agregalar arası boşluk oranı değerlerinin düştüğü asfaltla dolu boşluk oranının yükseldiği görülmüştür. 
Kontrol ve karot numunelerine uygulanan; Marshall deneyleri sonucunda; SBS modifiyeli BSK numunelerinin saf numunelere göre daha büyük stabilite ve Marshall oranı (MQ) değerine sahip olduğu, bir yıllık periyotta stabilite, Marshall oranı (MQ) değerlerinin arttığı akma değerlerinin azaldığı belirlenmiştir. En büyük stabilite değerlerinin 12. aydaki yol kenar bölgesinden temin edilen SBS modifiyeli karot numunelerinde görülmüştür. Çekme dayanımı oranı deneyleri sonucunda, SBS kullanılmasıyla ve aylık periyotlar arttıkça karışımların çekme dayanımı değerlerinin arttığı belirlenmiştir. İndirekt çekme rijitlik modülü deneyleri sonucunda, SBS kullanıldıkça ve aylık zaman periyodu artıkça karışımların rijitliğinin arttığı tespit edilmiştir. İndirekt çekme yorulma deneyleri sonucunda, SBS modifiyeli BSK'ların saf BSK'lara göre yorulma ömürlerinin büyük olduğu, aylık periyotlar arttıkça yorulma ömrünün arttığı belirlenmiştir. Ayrıca deformasyonun azalması nedeniyle daha gevrek bir kırılmanın meydana geldiği tespit edilmiştir. En büyük indirekt çekme dayanımları, indirekt çekme rijitlik modülleri ve yorulma dayanımları, yol kenar bölgesinden alınan SBS modifiyeli karot numunelerinden elde edilmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Bitümlü Sıcak Karışım, Stiren-Butadien-Stiren, Marshall Deneyi, İndirekt Çekme Dayanımı, İndirekt Çekme Rijitlik Modülü, Yorulma.

Abstract:
Investigation of Mechanical Properties of Hot Mix Asphalts Under The Traffic Effect
In this thesis study, the effect of using modified SBS in hot mix asphalts (HMAs) as an additive has been searched. Pure and SBS including HMAs have been designed according to Marshall method. The properties of aggregate used in HMAs, bitumen and HMAs design parameters that has been determined again experimentally with the aim of controlling and have been compared. In area which has local traffic and used for carrying out land and laboratory experiments,  two different types of asphalt concrete pavement applied in order to make up application area granular base course.
As a land experiment, pavement surface temperature and axle load related to vehicle numbers have been identified by traffic measuring devices in 1st, 4th, 8th and 12 th months in one year to specify behavour of HMAs under the effects of traffic load on the asphalt concrete pavement that is prepared in the application area. Moreover, whell tracking measurement with calliper, strength measurement with test hammer and compression measurement with nuclear test device have been done in order to specify mechanical properties. Compression rates in road side is lower than wheel zone, beside this, average compression rate of asphalt concrete pavement modified with SBS is higher than pure asphalt pavement in one year period. Mean value of whell tracking measurements in pure asphalt concrete pavement is bigger than asphalt concrete pavement modified with SBS about 50 percent. The maximum and close values of compression rate have been gathered in 8th and 12th months for both asphalt pavements, besides the maximum compression rate value have been obtained for pure  asphalt pavement in 12th month for wheel zone in compression rate measurement using Schmith hammer.
The laboratory experiments have been applied on properties of pure and SBS including HMAs and design parameters are provided from application area and cores test pieces that have been provided periodically. It has been seen that type II design of pure and SBS including HMAs asphalt pavements friction layer, physical properties and design parameters of bitumen and aggregate provide KGM scientific criteria. Modified and pure HMAs have a little sensibility to heat in terms of penetration index is determined. They exceed scientific criteria limits in terms of softening points besides providing all the others criteria limits. Experimental results about bitumen and aggregate and the results that gathered from experiments aimed to control  are in criteria limits and accordant with each other. 
A rising in ratio of voids filled with asphalt, a decrease air space ratio in montly period and space percentage between agregates as volumetric parameters of core test pieces have been seen. 
As a result of Marshall experiments, SBS modified HMAs test pieces have a greater value of stability and Marshall ratio(MQ). Increasing in stability and Marshall ratio, decreasing in yield values have been determined. Maximum stability value have been gathered from 12th month road side zone SBS modified HMAs core test pieces. As  a result of  applying tension experiments to control and test pieces, tensile strength increases with SBS usage and increasing time periods. As a result of indirect tensile stiffness modulus experiments, the strength of mixture increases with SBS usage and inceasing time periods. As a result of indirect tensile fatigue experiments, fatigue life of SBS modified HMAs are greater than fatigue life of pure HMAs, additionally, it is determined that fatigue life increases with increasing month periods. Moreover, brittle fracture is observed due to decreasing deformation. Maximum indirect tensile strenght, indirect tensile stiffness modulus and fatigue strength is determined in road side zone SBS modified HMAs core test pieces.
If experiments results is taken into consideration,strength and stability oppose plastic deformation and fatigue fracture enhance with increasing  SBS content, in contrast with occurence of more brittle fracture has been determined.
Keywords: Hot Mix Asphalt, Styrene-Butadiyne-Styren, Marshall Test, Indirect Tensile Stiffness Modulus, Indirect Tensile Stiffness Modulus, Fatigue.