Bozulmuş BSK yol üzeri derzli donatısız beton yolların mekanistik değerlendirilmesi
Mechanical evaluation of jointed plain concrete roads over deteriorated HMA road
Yazar: FATİH İRFAN BAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN ÜNSAL BAYRAK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Trafik = Traffic ; Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, yapısal ve işlevsel bozulmalara maruz kalarak servis kabiliyetini kaybetmiş bir BSK kaplamanın hizmet ömrünün uzatılması amacıyla üzerine yapılacak bağ kurulmamış bir beton kaplama tasarımı için plak üzerinde en kritik yükleme durumu olan kenar ve derz yüklemesi, tam konfigürasyon dingil tipi yüklemesi ve beton plak bilineer sıcaklık dağılımı değerleri için beton plak altında meydana gelebilecek maksimum asal gerilmenin beton kopma modülü altında kalmasını sağlayacak; beton sınıfı, plak kalınlık ve boyutlarının sonlu elemanlar analizi (Ansys) kullanılarak belirlenmesi ve AASHTO yöntemi ile karşılaştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: AASHTO yönteminde ihmal edilen beton plak kalınlığı boyunca oluşan sıcaklık dağılımları, çalışmada önerilen bilineer formüller ile hesaplanmıştır. Üstyapı tabakalarının kalınlık ve malzeme özellikleri AASHTO tasarım yöntemine göre belirlenerek en kötü şartlar göz önünde bulundurulmuştur. Ülkemiz karayollarında en çok seyreden ağır vasıta türleri kullanılarak gerçek durumu yansıtan yükleme modelleri oluşturulmuştur. Sonlu eleman analizlerinden elde edilen sonuçlar kullanılarak Taguchi Yöntemi ile tahmin modelleri oluşturulmuştur. Beton sınıfı, beton elastisite modülü, BSK elastisite modülü ve derz aralığı parametreleri ile plak altında oluşan maksimum asal gerilme arasında bulunan sayısal ilişki, çok değişkenli regresyon ve yapay sinir ağları yöntemleri kullanılarak incelenmiş ve bir tahmin modeli kurulmuştur. 
Bulgular: Beton plak altında oluşan maksimum asal gerilmeler üzerinde en etkili olan parametrenin plak kalınlığı olduğu görülmüştür. Kritik dingil tipinin 1.2 olduğu görülmüştür. 1.22, 1.122 ve 1.2+111 dingil tipleri için kullanılan beton sınıfı, derz aralığı ve BSK elastisite modülü seviyelerinde 0,15 m plak kalınlığının yeterli olduğu ancak 1.2 dingil tipi için 0,15 m plak kalınlığının yeterli olmadığı görülmüştür. 
Sonuç: Seçilen yükleme parametreleri altında bozulmuş olan BSK kaplamaların iyileştirilerek hizmet ömrünün uzatılması amacıyla üzerine minimum C45/55 sınıfında ve 0,20 m kalınlığında bağ kurulmamış derzli donatısız beton kaplama yapılması önerilmiştir. BSK, alt temel ve temel özelliklerindeki varyasyonların beton plak altında oluşan maksimum asal gerilmeler üzerinde minimum etkiye sahip olduğu bulunmuştur. Bu durum bağ kurulmamış beton kaplama tasarımının çok çeşitli BSK, alt temel ve temel özellikleri için uygun olduğunu göstermiştir. AASHTO yöntemi ve sonlu elemanlar yöntemi ile birbirlerine yakın plak kalınlıkları bulunmuştur. 

Anahtar Kelimeler: derzli donatısız beton kaplama, bozulmuş BSK kaplama, Sonlu Elemanlar metodu, Taguchi Metodu, Yapay Sinir Ağları, AASHTO

Abstract:
Purpose: This study aimed to determine the concrete class, thickness and slab dimensions with finite element analysis (Ansys) and compare with AASHTO Method for the unbonded jointed plain concrete pavement design over a HMA pavement that lost its service capability due to the structural and functional deterioration in order to extend its service life for the most critical edge and joint loading, full configuration axle loading and concrete slab differential temperature distribution in order to ensure that the maximum principal stress occurred under the concrete pavement below the rupture modulus of concrete.
Method: Temperature distributions along the thickness of concrete slab neglected in the AASHTO method, were calculated with the bilinear formulas suggested in the study. The thickness and material properties of the existing pavement layers were determined according to the AASHTO design method, and the worst conditions were considered. Loading models reflecting the real situation were established using the most common types of heavy vehicles on highways. Estimation models were established with Taguchi Method using the results obtained from finite element analysis. The numerical relationship between concrete class, concrete elasticity modulus, HMA elasticity modulus and joint spacing parameters and the maximum principal stress under the slab were investigated using multivariate regression and artificial neural networks methods, and a prediction model was established.
Findings: It was observed that the most effective parameter on maximum principal stresses under the concrete slab was slab thickness. The critical axle type was found to be 1.2. It was observed that 0.15 m concrete thickness was appropriate for concrete class, joint spacing and HMA elasticity modulus levels used for 1.22, 1.122 and 1.2 + 111 axle types, but not appropriate for 1.2 axle types.
Results: In order to improve the deteriorated HMA pavements and extend the service life, it was recommended to design unbonded jointed plain concrete overlay of minimum C45 / 55 class and 0.20 m thickness with the studied parameters. It was found that variations in HMA, subbase and foundation layer properties had minimal effect on maximum principal stresses under the concrete pavement. This indicated that the unbonded jointed plain concrete design over HMA pavement was suitable for a wide variety of HMA, sub-base and base conditions. The slab thicknesses calculated with AASHTO method and the finite element method were found to be close to each other.

Keywords: jointed plain concrete pavement, deteriorated HMA pavement, Finite Element Method, Taguchi Method, Artificial Neural Networks, AASHTO