İşlevsel hasarlı beton yollarda asfalt takviye tabakası kullanımının mekanistik ampirik yöntemlerle araştırılması
Investigation of the use of thin asphalt overlay over functionally fatigued concrete roads by mechanical empirical analysis
Yazar: MUHAMMET ÇELİK
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET VEFA AKPINAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Rijit kaplama = Rigid pavement

Özet:
Türkiye'de ve dünyada binlerce km beton yol dönemin asgari şartlarını karşılamak için yapılmış ve yıllarca trafik yüklerinin, çevre koşullarının vb. etkiler altında hizmet vermiştir. Bu etkiler nedeniyle beton yolların üzerinde farklı şekilde hasarlar oluşmuştur. Hasarlar yol emniyetini ve konforu etkilediği zaman yolların yeniden yapılması veya iyileştirilmesi gündeme gelmektedir. Gelecek nesillere kaynakların aktarılabilmesi ilkesi olan sürdürülebilirlik gereği, yeniden yapım yerine iyileştirme alternatifi daha çevreci ve ekonomik bir seçenek olarak karışımıza çıkmaktadır.  
Bu çalışmada yarım derzli beton plakların üzerine yapılan ince asfalt kaplamaların mekanistik ampirik performansları Hızlandırılmış Yol Testi (HYT) tesisinde araştırılmıştır. Araştırmada beton kaplamaların yarım derzli, donatısız, hasır donatılı, asfalt kaplama kalınlığı ve ara yüzey güçlendirmesi değişken parametreler olarak göz önünde bulundurulmuştur. Bu çalışma kapsamında Türkiye'de en fazla beton yol ağına sahip bölgesi olan Doğu Karadeniz Bölgesindeki kullanılan tipik beton yol en kesitleri inşaa edilmiştir. HYT tesisinde 3 ay sürede, arazi şartlarında 8-10 yıla tekabül eden yükler farklı kaplama kesitleri üzerinde uygulanmıştır. Deneylerde düşey deplasman, gerinim değerleri, tekerlek izi ve yorulma çatlak oluşumları takip edilmiş. Sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuş ve deneysel veriler ile modellerin sonuçları doğrulanmıştır. Son olarak da kaplamaların fayda/maliyet analizleri karşılaştırılmıştır.
Sonuçlar değerlendirildiğinde, LTE (Yük aktarım verimliliği), düşey deplasman, gerinim ve maliyet değerleri açısından beton üstü 8 cm asfalt kaplama yerine 5 cm asfalt kaplamanın yeterli olacağı, beton plaklarda hasır donatı kullanılmasının yolun ömrünü önemli ölçüde artıracağı, derz güçlendirme malzemesinin faydalı olacağı görülmüştür. Ayrıca iki farklı asfalt kalınlığında da yorulma çatlaklarının oluşmadığı, tekerlek izlerinin ihmal edilecek kadar az olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Thousands of kilometers of concrete road in Turkey and around the world has been built to meet the minimum requirements and has served many years under the influences of traffic load, environmental conditions, etc. Due to these effects, concrete roads have been damaged in different ways. When damages affect road safety and comfort, reconstruction or rehabilitation of roads comes into question. The necessity of sustainability, which is the principle of preserving resources for future generations, instead of rebuilding, the rehabilitation option comes as a more environmentally friendly and economical.
In this study, the mechanistic-empirical performance of the thin asphalt overlay paved on concrete slabs containing contraction joints was investigated in the Accelerated Road Test (HYT) facility. In the research, concrete contraction jointed, unreinforced, mesh-reinforced, asphalt thickness and interface bonding reinforcement were considered as variable parameters. In this study, the typical concrete road sections used in the Eastern Black Sea region which has the longest road network in Turkey was constructed in the Accelerated Road Test (HYT) facility. In the 3-month period at HYT facility, the loads corresponding to 8-10 years in the field conditions were applied to different asphalt overlay sections. In the experiments, vertical displacement, strain values, rutting and fatigue cracks were observed. Three-dimensional finite element models were developed, the results of the experimental data and the models were verified and the vertical stress distributions that were difficult to obtain from experimental studies were computed. Finally, the cost/benefit analyses of the overlays were compared.
When the results are evaluated, it was seen that 5 cm asphalt pavement will be sufficient instead of 8 cm asphalt pavement above the concrete plates in terms of vertical displacement, strain, cost values and the use of mesh reinforcement in concrete slabs will significantly increase the life of the road, and the grout reinforcement material at the contraction joint is beneficial. In addition, it was determined that fatigue cracks were not formed for the given thicknesses and the rutting was negligible.