Taş mastik asfalt karışımlarda İstanbul çevresindeki Cebeci - Dolamitli Kireçtaşı, Gölcük - Kumtaşı ve Karatepe - bazaltı kullanımının incelenmesi
Investigating on possible use of Cebeci Dolami̇te Limestone, Golcuk Sandstone and Karatepe basalt in stone mastic asphalt in Istanbul
Yazar: FUNDA ARSLAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA SİNAN YARDIM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Üstyapının yönetimi, karayolu idareleri tarafından önemsenmeli ve bu konuda ortak paydada hareket edilmelidir. Üstyapının yönetimi denince, sürdürülebilir (bugünkü ihtiyaçları, gelecek nesillerin ihtiyaçlarını tüketmeden karşılayabilen), kaliteli, uzun hizmet ömrüne sahip, az bakım-onarım gerektiren, hâkim iklim ve trafik paremetrelerine göre üstyapı tabakalarının seçilmesine dayalı, ülke ekonomisine katkı sağlayan bir yaklaşım ile planlama ve yatırım yapılması akla gelmelidir.
Bu kapsamda, Ülkemizde de, bu tür bitümlü ince yüzey kaplamalarının kullanımının yaygınlaştırılacağı, Karayolları Genel Müdürlüğü'nün 2012-2016 Stratejik Planında belirtilmektedir. Ülkemizde 2013 yılı başı itibarıyla üstyapı satıh durumuna bakıldığında; yaklaşık 65.491 km uzunluğundaki karayolu ağının 15.718 km'si (% 24) BSK kaplamalıdır.
1999 yılından beri uygulanan, ince kalınlıkta bir BSK türü olan TMA karışımlarının laboratuar ve arazi performansının oldukça iyi olduğu gözlenmiştir.
Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) sorumluluğundaki BSK'lı yolların dayanımını, kaymaya karşı direncini, sürüş konforunu arttırmak, hizmet ömrünü uzatmak, bakım ve onarım maliyetlerini azaltmak amacıyla, ağır taşıt trafiği yüksek olan güzergâhlarda, aşınma tabakası olarak TMA kullanımının yaygınlaşması için, ocak durumunun da uygun olması halinde, yeni ihale edilecek işlerde KTŞ, Kısım 408'de belirtilen esaslar dahilinde TMA uygulaması yapılması için 2007-95 sayılı bir iç genelge yayınlamıştır.
Dünyada en fazla tüketilen maddeler arasında agreganın çok önemli bir ağırlığı bulunmaktadır. TMA kaplamasının da ağırlıkça ve hacimce önemli bir kısmını agrega oluşturur. Bu bakımdan agregaların karakteristik özellikleri (cinsi, yüzey pürüzlülüğü, yassılık durumu, dane büyüklüğü dağılımı) ile karışım içerisindeki davranışının bilinmesi, yol üstyapılarının projelendirilmesi için gereklidir.
Son yıllarda İstanbul ili ve çevresinde, ağır taşıt trafiğinin yoğunlaşması ile bu bölgede yol üstyapısının aşınma tabakasınında TMA kullanımı hız kazanmıştır. TMA tabakalarından daha alttaki tabakalara olan yük aktarımı, geleneksel aşınma tabakalarında olduğu gibi bitüm+agrega bileşiminden çok, agrega iskeleti ile sağlanmaktadır. Dolayısıyla, TMA tabakalarında daha fazla ve daha kaliteli sert kayaçlar kullanılmaktadır. Fiziksel özellikleri nedeniyle, dünya çapındaki uygulamalarda, mağmatik kayaçlar genellikle TMA'da kullanmak üzere tercih edilmektedir. Türkiye'de ise KGM, kendi uygulamalarında volkanik kayaç dışındaki diğer türdeki agregaların kullanımını, ilgili şartnamelerin sağlanması koşuluyla idarenin iznine bağlamıştır. 
İstanbul ili ve çevresinde sert kayaç rezervi az bir alana yayılmıştır. Bu bölgedeki TMA uygulamalarında en yaygın olarak Çorlu'da yer alan Karatepe - bazaltı kullanılmaktadır. Bazalt kayacının işletmesinin zor olması, rezervinin kısıtlı olması ve çevreye verilen zararlardan dolayı kaynak tüketiminin optimum seviyede tutulması gerekmektedir. Bu nedenle sert kayaç türleri dışındaki agrega tipinin kullanılabilirliği de araştırılması gereken önemli konulardan biridir.
Bu çalışmada, bir BSK türü olan TMA'da kullanılan agrega cinsinin kaplamanın fiziksel özelliklerine ve performansına olan etkisi irdelenmiştir. Bu amaçla, İstanbul ili çevresinde yer alan taş ocaklarından Çorlu ilçesinin güney batısındaki Karatepe taş ocağından temin edilen "bazalt", İstanbul ili Cebeci yöresinden temin edilen "dolamitli kireçtaşı" ile Kocaeli ili Gölcük Halıdere mevkiinden temin edilen "kumtaşı" mineral agregalarından üretilen TMA karışımları irdelenmiştir. Birbirine olan üstünlükleri incelenmiş ve birbirlerine alternatif olup olamayacakları araştırılmıştır.
KGM sorumluluğundaki birisi biten, diğer ikisi devam eden üstyapı iyileştirme projelerinde uygulanan TMA karışımlarına ait malzeme (agrega, bitüm) deney sonuçları, agrega gradasyonları, Marshall karışım dizayn (hedef bileşim) değerleri (hava boşluğu; Vh, asfaltla dolu boşluk; Vf, mineral agregalar arası boşluk; VMA, akma, stabilite, optimum bitüm miktarı), işyeri karışım formülüne (İKF) göre üretilen karışımın fiziksel özelliklerinin kontrolü için KTŞ'ye göre yapılması gereken kalite kontrol deneyleri sonuçları, tekerlek izi oturma deneyleri (TİO) ve sudan kaynaklanan bozulmalara karşı dolaylı çekme mukavemeti deneyi (İÇM) sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçların KTŞ verileri ile uygunluğu, bu değerlerin kaplamanın fiziksel özellikleri ve performansı üzerindeki etkileri, birbirlerine olan üstünlükleri irdelenmiştir. Ayrıca imal edilen bu kesimlerin hâlihazır durumları gözlenerek bu tez kapsamında sunulmuştur.
Agrega deney sonuçlarına göre yassılık indeksi ve soyulma mukavemeti değerleri hariç, bazalt taşı diğer taşlara göre daha iyi, karışımların dizayn ve İKF'ne göre Marshall karışım değerlerine bakıldığında, stabilite hariç, Karatepe - bazaltlı karışım diğer karışımlara göre üstün gelmektedir. Ancak, performans deneylerine bakıldığında; Cebeci - dolamitli kireçtaşlı karışımdaki ve Gölcük - kumtaşlı karışımdaki TİO oranları, tekerlek izine karşı direncin kötü olmadığını ve hatta iyi seviyelerde olduğunu göstermiştir. Yine, İÇM deney sonuçlarında, Cebeci - dolamitli kireçtaşlı TMA karışımı ile Gölcük - kumtaşlı TMA karışımı arasında çok önemli bir fark görülmemiş, her iki karışım şartname sınır değerlerinin üstünde olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, TMA karışımında kullanılmak üzere, Cebeci dolamitli kireçtaşı ile Gölcük - kumtaşı, Karatepe - bazaltına alternatif kayaçlardır.
Anahtar Kelimeler: Taş Mastik Asfalt, TMA, Stone Mastic Asphalt, SMA, agrega.

Abstract:
Highway authorities should consider the importance of superstructure management and observe a common denominator when taking action in this regard. The concept of superstructure management should reflect ideas of sustainable planning and investment (meeting present needs without exhausting the resources of future generations) through selection of high-quality pavement layers that have long service life, that require less maintenance and repair, and that are suitable for the dominating climate and traffic parameters, which would in turn provide a serious contribution to the national economy.
In this context, that the use of this type of bituminous thin surface pavements shall be expanded in Turkey has been announced in the General Directorate of Highways 2012-2016 Strategic Plan [142]. When the pavement surface condition in the country is examined, it is seen that by the beginning of 2013, approximately 15,718 km (24%) of the 65,491 km-long road network was HMA coated [107]. It has been observed that the Stone Matrix Asphalt (SMA) mixtures, a type of thin HMA, which has been applied since 1999, have high performance in both laboratory setting and the field.
With the aim of improving durability and skid resistance, extending service life, and reducing maintenance and repair costs of HMA pavement roads that are under its responsibility, the General Directorate of Highways has published an internal circular, numbered 2007-95 [27], that indicated that, when there is a suitable quarry, SMA should be used in forthcoming tenders in accordance with the principles specified in Section 408 of Technical Specifications for Highways in order to expand the use of SMA in those routes that have high volume of heavy-vehicle traffic. 
Aggregate is among the most-consumed materials in the world. A substantial portion of SMA pavements is also aggregate. In this respect, knowing the characteristics of aggregate (type, surface roughness, flatness index, gradation) and its behavior in the mixture is required for the project planning of road superstructures.
With the increase in heavy-vehicle traffic in and around the province of Istanbul in recent years, the use of SMA in road surfacing has also accelerated. The load transfer from the SMA layers to the layers underneath is provided with the aggregate skeleton rather than through the bitumen and aggregate composition used in conventional wear layers. Therefore, in applications worldwide, magmatic rocks are generally preferred to use in SMA due to their physical properties. In Turkey, the General Directorate of Highways leaves the use of alternative types of aggregate other than magmatic rocks subject to the permission of respective administrations, provided that relevant specifications are met. 
Hard stone reserves in and around Istanbul are located in a small area. Karatepe Basalt from Çorlu is the one that is widely used in the SMA applications in this area. As basalt stone is difficult to operate, and because its reserves are limited around İstanbul, and due to the damage to the environment, resource consumption should be kept at an optimum level. Thus, use of alternative types of aggregate in SMA mixtures other than hard rocks is among the topics that require further investigation.
This study investigates the impact of the type of aggregate used in SMA mixtures, a type of thin HMA, on the physical properties and performance of the surface pavement. In this respect, three quarries were selected from among the ones near the province of Istanbul and SMA mixtures produced by "basalt" from the Karatepe Quarry in the southwest of Çorlu, "dolomite limestone" from Cebeci area and "sandstone" mineral aggregates from the environs of Halıdere in Gölcük, Kocaeli were examined. The research discusses whether or not any of these has advantages over the others and whether they can be alternative to each other. 
This study considers three superstructure rehabilitation projects carried out by the General Directorate of Highways, one of which has come to a completion and the other two are still ongoing. With regard to the SMA mixtures used in these three projects, the results for material (aggregate, binder) tests, aggregate gradations, Marshall mix design (input target composition) values (Vh= air voids, Vf= voids filled with bitumen, VMA= voids in mineral aggregates, flow, stability, optimum bitumen), the results of the quality-control test of the output mix that is required according to the Technical Specifications for Highways in order to control the physical properties of the output mixture, the results of the wheel tracking tests for measuring the resistance to permanent deformation (rutting) and indirect tensile strength (ITS) for measuring the tensile strength of diametrical specimen in dry state and also for obtaining the tensile strength ratio (TSR) after warm water conditioning were compared. As part of the comparison, it was examined whether or not these results were in compliance with the Technical Specifications for Highways, what these values mean with regard to their impact on the physical properties and performance of the surface pavement, and whether or not any of these has advantages over the others. The current state of the projects were also observed and presented within the scope of current study. 
In conclusion, according to the aggregate test results, except for the flakiness index and stripping strength, basalt stone gives higher values in comparison to other stones. When the design and the Marshall mix values are considered, except for stability, Karatepe basalt mix is superior to other mixtures. However, in terms of resistance to permanent deformation, wheel tracking test results of Cebeci dolomite limestone mix and Gölcük sandstone mix show that their resistance to rutting is not bad, and in fact, in good levels. As regard to the ITSR values, no significant differences were observed between the Cebeci dolomite limestone mix and Gölcük sandstone mix, and that the levels for both SMA mixtures are higher than the technical specification limits. When these results are evaluated, Cebeci dolomite limestone, and Gölcük sandstone stand out as alternatives to Karatepe basalt stone for using in SMA mixtures.
Keywords: Stone Matrix Asphalt, SMA, Turkey, pavement performance, aggregate.