Yol üstyapısının trafik ve çevresel koşullar altındaki performans karakteristiklerinin değerlendirilmesi
Assessment of performance characteristics of road superstructure under traffic and environmental conditions
Yazar: ZAHRA MOHAMMADI
Danışman: DOÇ. DR. BARIŞ SAYIN ; DR. AHMET SERTAÇ KARAKAŞ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Asfalt bir yol tabakasında gerilmeleri oluşturan veya artmasına neden olan faktörlerden en önemlileri, iklim gibi çevresel koşulları ve trafik yükü olarak bilinmektedir. Bu parametreler, yolun performans seviyesinin belirlenmesinde etkin rol oynamaktadır. Gerçekleştirilen çalışmada, yol üstyapısının trafik ve çevresel koşullar altındaki performansı değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, farklı tabaka kalınlıklarındaki yol üst yapısının modifiyesiz ve modifiyeli özellikleri esas alınarak asfalt betonu kaplamaların doğrusal-izotropik davranışa sahip olduğu varsayımıyla mekanik özellikleri sonlu elemanlar yaklaşımı uygulanarak belirlenmiştir. Yol üstyapı kaplamalarında esnek üstyapılar, güvenlik, konfor, dayanım ve servis ömrü açısından yaygın olarak kullanılmaktadır. Bitümlü sıcak karışımların ve taş mastik asfaltın performans özelliklerini artırmak için kullanılan polimer katkılar kaplamada üstün performans sergilenmesi ve malzeme özelliklerinin iyileştirilmesinde etkin rol üstlenmektedir. Çalışma kapsamında KTŞ-2013 ve AASHTO standartları esas alınarak yol üstyapının katkılı ve katkısız durumlarda değişik periyotlardaki yük altındaki performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Şekil değiştirme yaklaşımının esas alındığı nümerik analizlerde sonlu elemanlar yazılımı olan Abaqus kullanılmıştır. Mevcut durum analizleri kapsamında, üç farklı kalınlıkta katkısız bitümlü sıcak karışım ve katkılı taş mastik asfalt içeren yol üstyapının (kaplama, temel ve alttemel tabakaları) gerilme ve deformasyon ilişkileri incelenmiştir. Çalışmada, her bir model için yol katmanlarını oluşturan kaplama tabakası, temel, alt temel ve taban zemin tabakalar arasındaki düşey-yatay gerilmeler ve şekil değiştirmeler esas alınmıştır. Bunun sonucunda, performans özellikleri karşılaştırılarak ideal yaklaşım modeli belirlenmiştir. Çalışma sonucunda inceleme konusu bitümlü sıcak karışımların ve taş mastik asfaltın trafik ve çevre koşulları altında gösterdikleri davranışla değişik kalınlıklarda tespit edilmiştir. Nümerik analiz davranışını laboratuvar deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve nümerik analiz için tahminler yapılmıştır. Nümerik analiz sonuçlarının laboratuvar deney sonuçlarıyla uygunluk gösterdiği ve desteklendiği görülmüştür.

Abstract:
The most important factors that cause stresses or increase of stress in an asphalt road layer are known as traffic load and environmental conditions such as climate. These parameters play an active role in determining the performance level of the road. The performance of the road pavement under traffic and environmental conditions has been evaluated in this study. In this context, the mechanical properties of asphalt concrete pavements were determined by applying the finite element method with the assumption that asphalt concrete pavements have linear-isotropic behavior based on the unmodified and modified properties of the road superstructure in different coating layer thicknesses. Flexible superstructures are widely used in road pavements in terms of safety, comfort, strength and service life. Polymer additives are used to increase the performance properties of hot mixtures asphalt and stone mastic asphalt, polymer additives also play an active role in showing superior performance in coating layers, it is also enhancing the material properties. Within the scope of this study, the performance of the modified and unmodified road pavement under load in different periods has been analyzed based on KTŞ-2013 and AASHTO standards. In numerical analyzes based on the displacement approach, the finite element software Abaqus was used. Within the scope of the current situation analysis, the stress and deformation relations of the road pavement (coating, base and sub-base layers) containing three different thicknesses of unmodified hot mixture asphalt and additive modified stone mastic asphalt were examined. In this study, vertical-horizontal stresses and deformations between the coating layer, base, subbase and subgrade layers that form the road layers for each model were taken as basis. Based on this study, the ideal approximation model was determined by comparing the performance characteristics; and the behavior of the hot mixture asphalt and stone mastic asphalt under the traffic and environmental conditions was determined in different thicknesses. The numerical analysis behavior was compared with the laboratory test results and predictions were made for numerical analysis. It was observed that the numerical analysis results were appropriate with the laboratory test results.