Demiryollarında zemin iyileştirme yöntemlerinin sürdürülebilirliği
Sustainability of soil improvement methods in railways
Yazar: İLKER ŞAHİNOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KARAŞAHİN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Demir yolları = Railways ; Sayısal modelleme = Numerical modelling ; Sürdürülebilirlik = Sustainability ; Zemin iyileştirme = Soil improvement

Özet:
Demiryolları, ulaştırma sistemleri içerisinde hem yük hem de yolcu taşımacılığı ile üretimden tüketime giden sürecin vazgeçilmez bir öğesidir. Bunun yanı sıra ülkelerin ekonomik gelişiminde de önemli bir role sahiptir. Ekonomik gelişmeler ile birlikte ulaştırma altyapılarına duyulan talep artışı yeni demiryolu hatlarının yapımını ve mevcut olan hatların da rehabilitasyonunu gerekli kılmaktadır. Diğer ulaşım türlerinde olduğu gibi demiryollarından da güvenli, hızlı, ekonomik ve konforlu bir yük ve yolcu taşımacılığı yapması beklenmektedir. Bu beklentilerin karşılanması ancak son teknolojiye göre donatılmış bir üstyapının taşıma gücü açısından yeterli niteliğe sahip zeminler üzerine inşa edilmesi ile gerçekleştirilebilir. Ancak demiryolu hattının inşa edileceği güzergah boyunca, her zaman istenen kriterleri karşılayan zeminler bulunmamaktadır. Böyle bir durumla karşılaşılması halinde farklı çözüm yöntemlerinden biri tercih edilmelidir. Bu yöntemler genel olarak güzergahın değiştirilmesi, mevcut zeminin yerine istenen nitelikte bir zeminin getirilmesi veya mevcut taban zemininin çeşitli yöntemler ile iyileştirilmesi olarak ifade edilebilir. Bu tez çalışması kapsamında demiryolu taban zemininin, farklı katkı maddeleri (kireç, çimento, ticari katkılar) kullanılarak yerinde iyileştirilmesi durumu deneysel çalışmalar ve nümerik modelleme yaklaşımı ile incelenmiştir. Deneysel çalışmalar ile iyileştirilmiş ve iyileştirilmemiş zeminin fiziksel ve mekanik özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla elek analizi, hidrometre, kıvam limitleri, özgül ağırlık, CBR, serbest basınç dayanımı, esneklik modülü, plastik deformasyon vb. laboratuvar deneyleri yapılmıştır. Plastik deformasyon ve esneklik modülü deney sonuçlarının çeşitli matematiksel modellere uyumluluğu regresyon analizleri ile değerlendirilmiştir. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak demiryolunun üç boyutlu nümerik modellemesi oluşturulmuş ve çeşitli analizler gerçekleştirilmiştir. Günümüzde projelerin uygulanabilmesi noktasında teknik ve ekonomik açıdan bir değerlendirmenin yapılması tek başına yeterli değildir. Sürdürülebilir bir yaklaşımda, teknik ve ekonomik değerlendirmenin yanı sıra çevresel bir değerlendirmenin yapılması da kaçınılmazdır.  Bu sebeple çalışmada, taban zemininin çeşitli katkı maddeleri ile yerinde iyileştirilmesi veya mevcut zeminin farklı bir bölgeden getirilen zemin ile değiştirilmesi seçenekleri karbon ayakizi analizi ile değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalardan ve nümerik modelleme analizlerinden elde edilen sonuçlar grafikler ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Kullanılan katkı maddeleri ile zeminin fiziksel ve mekanik özelliklerinde önemli ölçüde iyileşmelerin olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Railways are an indispensable element of the process from production to consumption with both freight and passenger transportation in transportation systems. In addition, it has an important role in the economic development of countries. The increase in demand for transportation infrastructures together with economic developments necessitates the construction of new railway lines and the rehabilitation of the existing lines. As in other types of transportation, railways are expected to provide safe, fast, economical and comfortable freight and passenger transportation. These expectations can only be realized if a superstructure equipped with the latest technology is built on subgrade that have sufficient bearing capacity. However, along the route where the railway line will be built, there are not always soils that meet the required criteria. If such a situation is encountered, one of the different solution methods should be preferred. These methods can generally be expressed as changing the route, replacing the existing soil with a desired quality soil or improving the existing subgrade with various methods. Within the scope of this thesis, the situation of in-situ improvement of railway subgrade by using different additives (lime, cement, commercial additives) was investigated by experimental studies and numerical modeling approach. With experimental studies, in order to determine the physical and mechanical properties of treated and untreated soil sieve analysis, hydrometer, consistency limits, specific gravity, CBR, unconfined compressive strength, resilient modulus, plastic deformation etc. laboratory experiments were carried out. The compatibility of plastic deformation and resilient modulus test results with various mathematical models was evaluated by regression analysis. Three-dimensional numerical modeling of the railway track was created by using the data obtained from the experiments and various analyzes were carried out. Today, it is not enough to make a technical and economic assesment alone in terms of the implementation of projects. In a sustainable approach, it is inevitable to make an environmental assessment as well as technical and economic assessment. For this reason, in the study, the options of improving subgrade with various additives in situ or replacing the existing soil with soil brought from a different region were evaluated by carbon footprint analysis. Results obtained from experimental studies and numerical modeling analysis are presented comparatively with graphics. It was concluded that there were significant improvements in the physical and mechanical properties of the soil with the additives used.