Yol temel ve alttemel tabakalarında kullanılan çelikhane cürufunun dinamik performansının sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi
Assessment of dynamic performance of steel slag used in road base and subbase by using finite element analysis
Yazar: HÜSEYİN KARADAĞ
Danışman: PROF. DR. SEYHAN FIRAT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Endüstriyel üretim sonucu oluşan atıkların geri kazanımı veya farklı sektörlerde kullanılmak suretiyle değerlendirilmesi doğal kaynakların korunması adına günümüz teknolojileri için önemli bir konu olmuştur. 2014 yılı verilerine göre Türkiye'de çelikhane cürufunun ancak %41'i geri dönüştürülmektedir. Geri kalan çelikhane cürufu düzensiz depolanmaktadır. Bu çalışmada çelikhane cürufunun yol üst yapısında temel ve alttemel malzemesi olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında kontrol kesiti olarak kırmataş temel ve kırmataş alttemelden oluşan yol kesiti analiz edilmiştir. Çelikhane cürufu ise temel ve alttemelde olmak üzere birlikte ve ayrı ayrı kullanılmıştır. Toplam dört farklı yol kesitinin 400 kPa yük altında, 20 111 tekrarlı yükleme yapılarak iki boyutlu sonlu elemanlar metodu ile eksenel simetrik analizleri gerçekleştirilmiştir. Cüruf malzemesine ait dinamik kayma modülünü elde etmek için rezonant kolon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda yol temel ve alttemel tabakalarında çelikhane cürufunun doğal agrega yerine kullanılabileceği belirlenmiştir. Kırmataş temel ve cüruf alttemelden oluşan yol  kesiti (KC) ise düşey deformasyonlar açısından en iyi sonucu vermiştir. Çalışma kapsamında ayrıca esnek yol üst yapılarında; yükleme sayısı ile kalıcı deformasyon arasındaki ilişki de incelenmiştir. Her tabakanın ayrı ayrı deformasyonlarının belirlenerek toplanması sonucu oluşan toplam deformasyonların bulunması yerine, bu çalışmada sonlu elemanlar metodu ile tabakaların birbirleriyle etkileşimi de dikkate alınarak yol yüzeyinin toplam deformasyonu yaklaşımı ortaya konulmuştur. Düşey deformasyon ile yükleme sayısı yarı logaritmik grafiği çizildiğinde, kalıcı deformasyonların farklı eğimlere sahip iki parçalı bir doğru olduğu görülmüştür.

Abstract:
One of the important topic for the current technologies is to protect the natural resources by using industrial waste materials that are produced industrial manufacturing. According to 2014 statistics, only 41% of steel slag is recycled in Turkey. The remaining amount of steel slag produced in Turkey is stored in wild life.  In this study, the utilization of steel slag in road base and subbase layers are evaluated by using finite element method. Deformation behaviour of steel slag is compared with crushed stone. Four different road cross-sections are analysed by using axisymmetric finite element method. Analyses are carried out under 400 kPa wheel pressure for 20 111 cyclic loads. Steel slag deformation parameter was obtained by carrying out resonant column tests. The results show that the steel slag can be used in road base and subbase layers instead of natural aggregate. The minimum vertical deformation was obtained in the KC cross-section where the steel slag is used in the subbase layer. In addition, relation of vertical deformation of flexible pavement-load cycle was evaluated. Instead of deformation characteristic of each layer used in road section, this study is focusing on total deformation/rutting of road section for consideration of layers' interaction behavior. The permanent deformation against load cycle for four multilayered road cross sections were drawn in semi logarithmic graphs. The result shows that the vertical deformation-load cycle graph is consisting of two linear part but have different slope and different breaking point of load cycles for each cross-section.