Orman Yol Yapım Makinaları

Çökelme Analizi

İnce daneli zeminlerin (siltler ve killer) dane çapı dağılımını deneysel olarak saplamak için bir süspansiyon içindeki küresel katı maddelerin çökelme hızlarının onların dane çapına bağlı olarak değiştiğini gösteren Stoke konusundan yaralanmak mümkün olmaktadır.Şekil 2 de gösterildiği gibi, belli ağırlıkta bir zemin numunesi mekanik bir karıştırıcı ile karıştırılarak suda bir süspansiyon haline getirilir ve değişik zamanlarda süspansiyonun yoğunluğu bir pipetle numune olarak veya bir hidrometre ile ölçülürse, süspansiyonda kalan danelerin çapı Stoke konumu kullanarak,

D =

İlişkisinden saplanabilmektedir.Burada L zemin süspansiyonunun yoğunluğunun ölçüldüğü derinlik, T ölçüm zamanı, G ise danelerin özgül yoğunluğu olmaktadır.Zemin daneleri su içinde bir süspansiyon haline getirilirken, danelerin birbirine yapışmaması için genellikle bazı kimyasal katkı maddeleri (sodyum hexametafosfat gibi) kullanmak gerekmektedir.Süspansiyon iyice karıştırıldıktan sonra, çökelmeye bırakılması anandan itibaren değişik zaman aralıklarında yoğunluk ölçümleri yapılarak zemin içindeki dane çaplarının dağılımı elde edilmektedir.Stoke kanunun küresel daneler için geçerli olması, buna karşılık zeminler içindeki ince danelerin plaka şeklinde olmaları nedeni ile çökelme analizin ancak yaklaşık sonuçlar verdiği bilinmektedir.Daha doğru bir pratik yöntem olmadığı için, uygulamada çökeltme analizi kullanılmaya devam edilmektedir.



Şekil 27: Çökelme Deneyi

2.6.3. Zemin Plastisitesinin Belirlenmesi

Plastiklik, kohezyonlu yani içinde gözle belirlenebilecek şekilde kil taneleri bulunan zeminlerin önemli bir özelliğidir.Bu özellik zeminin kırılıp ufalanmasından (ve belirli bir elastik geri dönme göstermeden) deformasyonlara dayanabilmesini sağlar. Zeminlerin plastisitesini belirlemek için çeşitli metotlar uygulanmış olup bugün bunlardan en gelişmiş şekli olan Casagranda’ nın yöntemi kullanılmaktadır.
Killi zeminlerin katı durumdan plastik ve plastik durumdan likit (sıvı) duruma geçişini saplayan su içeriklerini belirlemek için yapılan deneylere sırası ile “plastik limit” ve “likit limit” deneyi adı verilmektedir.kısaca bir zeminin likit limiti, zeminin standart bir alette 25 darbede belli bir miktar akacak sıvılığa sahip olduğu yüzde nem içeriğidir.Plastik limit ise bir zemin, ipçiğinin 3mm (⅛ inç) çapa kadar kırılmadan yuvarlanabildiği yüzde su içeriğidir.Likit limit ve plastik limit arasındaki sayısal fark “plastisite endeksi” olarak adlandırılır ve bu endeks zeminin plastik durumundaki su içeriğinin alt ve üst limitini gösterir.

Likit limit(LL)

Bir örneğin likit limiti, bu örneğin plastik durumundan likit duruma geçtiği anda içeriği nem oranıdır. Örneğin içerdiği su oranında bu değerden bir azalma olduğu taktirde örnek likit durumdan plastik duruma geçer. Genel bir ifade ile likit limit, çok küçük bir kesme kuvvetine maruz bırakıldığında örneğin akıcı duruma geçtiği minimum nem miktarıdır.
Likit limit denemesi, standart likit limit aleti veya geliştirenin adını taşıyan Casagranda aleti Şekil 4 ve 40 nolu elekten geçen (0.42) iyice kurtulmuş takriben 100 gramlık temsili bir örnek ile yapılır. Önce örnek 15 – 20 gr arı su eklenip cam üzerinde spalula ile karıştırılarak elde edilen karışımdan bir miktar alınarak likit limit limit aletinden pirinç tabağına konur. Spatula ile en kalın noktadaki 1 cm olacak, içinde hava boşluğu kalmayacak şekilde düzeltilir ve standart kanal (iz) açma bıçağı ile kabın çapı boyunca bir oluk açılır. (Şekil 22 – Şekil 23) Bu durumda likit limit limit aletinin kolu, pirinç çanağı saniyede iki düşüş yapacak bir hızla çevrilir. Bu oluğun 1 ila 1.5 cm uzunluğunda kenarlarının birbirine yapışmasına kadar devam eder ve ona kadarki darbe sayısı kaydedilir. (Şekil 23) Denemeye, bu neticede 30-40 ; 30-20 ve 20-10 darbe sayısında ulaşılacak şekilde örnek sulandırarak devam edilir.Burada nem oranı her defasında alınacak örneğin yaş ve 110 °C de kurutulmuş ağırlıklarından faydalanarak tayin edilir. Her örneğin nem miktarı fırında kurutulmuş örnek ağırlığının yüzdesi olarak aşağıdaki formülle hesap edilir;
Örneğin nemli ağırlığı


Örneğin ku ru ağırlığı

Yüzde nem oranı = x 100

Nem oranları ile bunlara tekabül eden darbe sayıları, bunlardan ilkinin aritmetik, ikincisinin ise logaritmik ölçek üzerine çizilmesi ile likit limit grafiği elde edilir. Grafik, 3 veya daha fazla sayıdaki noktaya mümkün olduğu kadar yakın olarak çizilen bir doğrudan ibarettir. (Şekil 24)
Bir örneğin likit limit değeri, 25 darbe adedinde çıkılan dikin grafiği kestiği noktaya tekabül eden nem miktarıdır. Mesela şekildeki örnek için likit limit değeri 47 dir.
2.6.3.2. Plastik limit (PL)

Bir örneğin plastik limiti, bunun plastik halindeki en düşük nem oranıdır.Daha geniş bir ifade ile plastik limit, su ile karşılaştırılarak top haline getirilebilen örneğin kopmadan 3mm (⅛ inç) çapında silindir teşkil edecek şekilde elle yuvarlanabildiği en düşük nem miktarını ifade etmektedir. (Şekil 25).
Şu halde nem oranı plastik limitin altına düşünce örnek plastik durumdan yarı katı durumuna geçer ve bunun belirtisi de elle yuvarlanan örneğin henüz 3mm çapa gelmeden parçalara bölünmesidir (Şekil26).
Bu denemede 40 numaralı elekten geçen yaklaşık 15 gramlık örnek malzeme ile yapılır ve hava kurusu örnek arı su ilavesiyle iyice karıştırılarak top haline gelebilen plastik bir duruma getirilir. Daha sonra top halindeki bu örnek cam veya kaba kağıt üzerinde ince silindirler teşkil edecek şekilde elle yuvarlanır. Bu silindirin çapı 3mm ‘ye indiği zaman tekrar top yapılıp yuvarlanır ve bu deneme 3mm veya 3mm ‘den daha büyük silindirler çatlayıp parçalanıncaya kadar devam eder. (Şekil 8) Bu anda alınan bir örneğin nem oranı belirlenir ve bu plastik değerini verir. Bu örneğin fırında kurutulmuş ağırlığı üzerinden hesap edilen plastik limit değeri veren formül:
Örneğin nemli ağırlığı




Örneğin nemli ağırlığı

Plastik Limit = x 100 şeklindedir.

Plastisite Endeksi (P.I)

Bir örneğin plastisite endeksi, likit limit ile plastik limit değerleri arasındaki fark olarak tarif edilir ve aşağıdaki şekilde ifade edilir.
PI = LL – PL
Kumlu topraklarda siltlerin plastisite endeksleri belirli bir şekilde düşük killerinki ise yüksektir.Kumlar gibi plastik limiti olmayan topraklar ise plastik olmayan zeminler (non Plastik-NP) adını alırlar.Plastik limiti likit limitine eşit olan veya bu iki değeri birbirine çok yakın olan zeminlerin plastisite endeksi sıfırdır. Bu açıklamalardan anlaşılacağı üzere plastisite endeksi zemin harcının inceliğini gösterir. Deneyler plastisite endeksi yüksek olan zeminlerin temel altı ve temel tabakası (üst yapı) malzemesi olarak kullanılmaya elverişli olmadığını göstermiştir. Birçok şartnameler bu değeri sınırlamış 6 ‘dan fazla olmaması gerektiğini belirmiştir.
2.6.4. Taban toprağının yoğunluğunun belirlenmesi

Yol inşaatı ile toprak işlerini gerektiren diğer inşaatta, zeminin en iyi bir şekilde sıkıştırılması büyük önem taşır. Zira zeminler ne kadar iyi sıkıştırılmış olurlarsa yük taşıma kabiliyetleri o kadar yükselir ve dolayısıyla zeminde ileride vaki olabilecek çöküntüler azaltılmış, toprağın kısmi kuvveti yükseltilmiş ve keza su geçirimliliği de azaltılmış olur. işte bu sebepler dolayısıyla da yol inşaatında taban topraklarının sıkıştırılması gerekmektedir.
Zeminlerin sıkışma durumunu tespit maksadıyla toprak tabii durumda iken ve sıkıştırıldıktan sonra arazide yoğunluk belirleme denemeleri yapılır. Bir toprak tabakasının özgül ağırlığı, bozulmuş toprak örneğinin ağırlığının bu örneğin yerinden çıkarılmadan önce belirlenmiş olan maddenin örneğin alındığı yere doldurulması ve bu doldurulan maddenin ağırlığının tayin edilmesi ile ölçülür. Hacim ölçülmesinde örnek çukuruna doldurulan madde olarak kum veya ağır yağdan istifade edilir. Biz burada bu maksatla kum kullanıldığını kabul edeceğiz.
Taban toprağı yoğunluğunun belirlenmesinde önce, hacim ölçülmesinde kullanılacak ölçü kumunun özgül ağırlığı, belli hacimdeki bir kaba belli yükseklikten bir huni vasıtasıyla dökülüp üzerindeki fazla kısım cetvelle aldıktan sonra ağırlığının bulunması ve hacminin bölünmesi ile hesap edilir. Bu şekilde en az üç deneme yapılarak deneme kumunun özgül ağırlığı elde edilir.
Arazide özgül ağırlığı tayin edilecek yerde gevşek toprak temizlendikten sonra ortasında daire şeklinde bir delik bulunan ve yoğunluk kontrol tepkisi adı verilen (şekil 265) alet yanlarındaki çiviler yardımıyla zemine sağlam bir şekilde tespit edilir. Özgül ağırlığı tayin edilecek tabakanın yüksekliğince bir burgu vasıtasıyla, özgül ağırlık kontrol tepsisi ortasındaki daire şeklindeki delik kısmından bir çukur açılır.
Bu çukurdan çıkarılan bütün toprakların tamamı, ufak kaşıktan da yararlanılarak, tepsiye alınır ve bu esnada hiç toprak kaybı olmamasına dikkat edilir. Ancak bu arada toprak içinde bulunan 4 nolu eleğin (4,76 mm) üzerinde kalan taşlar ayrılarak bir kenara konur. Çukurdan çıkan bütün toprak tartılarak ağırlığı kaydedilir ve bu toprak iyice karıştırıldıktan sonra nem oranının belirlenmesi için bundan ufak bir örnek alınır.
Burgu ile açılan çukuru doldurmaya kafi gelecek miktardan daha fazla ölçü kumu alınıp tartılır, bunun özgül ağırlığı belirlenirken döküldüğü yükseklikten ve gene huni ile dökülerek çukurun zemin seviyesine kadar dolması sağlanır. Bu arada daha önce ayrılan ve 4 nolu elek üzerinde kalan taşlar da çukurun içersine konur. Kullanılan ölçü kumu ağırlığından, bunun daha önce belirlenmiş bulunan özgül ağırlığı yardımıyla çılan çukurun hacmi bulunur. Çukurun hacmi v (m³); çukura doldurulan kumun ağırlığı W1 (kg) ve ölçü kumunun özgül ağırlığı D2 ile gösterildiği taktirde, şöylece hesaplanır.

Çukurdan çıkarılan nemli toprağın ağırlığı WS (kg) olduğuna göre nemli zeminin özgül ağırlığı da kg/m³ olarak

Alınan örneğin fırında kurutulduktan sonraki özgül ağırlığı D(kg/m³) ise; nem oranı yüzde olarak w ile gösterildiğinde

Zeminin Sıkışma Deneyi

Yukarıda da ifade edildiği gibi bütün toprak işlerinde zeminin sıkıştırılması büyük önem taşımaktadır. Yol inşaatında arzu edilen neticenin elde edilmesi için gerek yol yüzeyi ile temel ve alt temel tabakalarının gerekse tabanın mümkün olduğu kadar fazla sıkışık bir kitle haline getirilmesi gerekmektedir. Sıkışma kitlenin özgül ağırlığı ile ölçülür. Sıkışmanın mahiyeti hakkında henüz bilinenler çok az olmakla beraber bu işlemde suyun çok önemli bir rol oynadığı kesin olarak anlaşılmıştır. Kuru toprağa su ilave edildiğinde su bu toprak tanelerinin etrafında ince bir film tabakası teşkil eder ve su vermeye devam edildikçe bu film tabakası da kalınlaşarak taneciklerin birbiri üzerine kaymasına sebep olur ki bu “yağlama” olarak nitelendirilir. yağlanma sadece ince taneli topraklar için bahis konusudur, zira iri taneli olan topraklarda su filminin kalınlığı tane çapına göre çok küçüktür.
Kuru bir toprak örneğine ilave edilen su, yağlanma sebebiyle sıkışmayı kolaylaştırmaktadır. Ancak belli bir miktardan sonra su artık toprağın ince tanelerle dolabilecek boşluklarını da işgal ettiği için sıkıştırma ile yoğunluğunda bir artış sağlanmaktadır. Dolayısıyla toprağın yoğunluğunu en yüksek kıymete çıkaran ve sıkışmayı mümkün kılan nem miktarı için bir optimum değer mevcut bulunmaktadır. Tatbikatta bir toprağı en yüksek yoğunluğu kazanacak şekilde sıkıştırmak için ona verilmesi gereken su miktarının belirlenmesi bu bakımdan büyük önem taşımaktadır. Bu deneme ile elde edilen yoğunluk ve nem miktarlarına bakılarak arazide fiilen bu durumun sağlanıp sağlanmadığı kontrol edilir.
Sıkışma denemesinin gayesi, laboratuarda, araziden getirilen örneklerin değişik nem oranlarında ve belli şartlar altında sıkıştırılarak hangi nem derecesinde en yüksek sıkışmanın sağlandığını tespit etmektir.
Bu deneme, standart 4 inç (10,2 cm) iç çapında 4,6 inç (11,7 cm) yüksekliğinde bir kalıp ile aynı çapta 2,5 inç (6,4 cm) yüksekliğinde takılıp çıkarabilen bir kalıp başlığı ve 2 inç (5 cm) çapında 12 inç (30 cm) yüksekten düşen 5,5 libre (2,5 kg) ağırlığında bir tokmaktan faydalanarak yapılmaktadır. (şekil 266). Denemede 4 nolu elekten geçen toprak kısmı kullanılmaktadır.
Denemenin başlangıcında örnek hafifçe ıslatılarak avuçla sıkıldığı zaman top haline gelebilir bir şekilde getirilir ve yukarıda boyutları verilen kalıba üç eşit tabaka halinde serilerek her tabaka yüzeyden 12 inç (30 cm) yükseklikten düşürülen tokmağın 25 darbesi ile sıkıştırılır. Bu arazide gevşek durumda kalınlığı 22 cm olan bir tabaka üzerinden 4,5 ton ağırlığındaki keçi ayağı silindirin 32 defa geçişle sağladığı sıkışmaya tekabül etmektedir. Ayrı ayrı her tabaka 25 darbe ile sıkıştırıldıktan sonra kalıp başlığı çıkarılıp yüzü cetvelle düzeltilir. Bu örneğin ağırlığı bulunur ve nem oranını belirlemek için bundan yeteri kadar alınır, geri kalan sıkışmış toprak 4 nolu elekten geçecek kadar ufalanır. Her defasında verilen nem oranı yükseltilerek aynı deneme en az 5 defa tekrarlanır.
Bu laboratuar yoğunluk denemesi yapılırken nem oranı arttıkça zeminin yoğunluğu da artar ve nihayet belli bir nem oranından sonra düşmeye başlar. Bu andan sonra denemeye son verilir. Nem oranları ile her bir nem oranına tekabül eden yoğunluklara dayanılarak bir eğri çizilir. Ekseriya düzgün bir parabol olan bu eğrinin maksimum koordinatları maksimum kuru yoğunluk ile optimum nem oranını gösterir.
Laboratuar maksimum yoğunlukları 90 – 105 Lb / ft³ ve daha yukarı yoğunlukta olan topraklarda ise arazide % 95 oranında bir sıkışma istenmektedir. Diğer bir ifade ile laboratuar sıkışma denemeleri ile maksimum yoğunluğu mesela 100 Lb / ft³ olarak bulunan toprağın arazide de sıkıştırıldıktan sonraki yoğunluğunun 100 Lb / ft³, buna mukabil laboratuarda 105 Lb / ft³ maksimum yoğunluk sağlanan bir toprağın arazideki sıkıştırılmış yoğunluğunun 105 x % 95 = 99,8 Lb / ft³ olması gerekir. Eğer bir toprağın laboratuar maksimum yoğunluğu 90 Lb / ft³ den küçük ise bunun yol yapımında dolguda kullanılması tehlikelidir. Bu taktirde hidrometre ve büzülme denemelerinin yapılması gerekir.

KURU BİRİM HACİM AĞIRLIĞI






OPTİMUM RUTUBET MİK.















MAKSİMUM BİRİM
HACİM AĞIRLIĞI

120





115





110





105





100





95


0 5 10 15 20 25 30




















Şekil 28: Zemin Kuru Birim Ağırlığı ile Nem Arasındaki Bağlantı

Toprakların laboratuarda ve arazide yoğunluklarının belirlenmesinde şu hususlara dikkat etmek gerekir:
1. Deneme kumu 80 – 90 Lb/ft³ yoğunluğunda, yıkanmış olacak; özgül ağırlığı 10 deneme ile tayin edilecek ve birbirine yakın 6 neticenin ortalaması alınacaktır. Bu kum 20 – 30 nolu elekler arasında kalan bir kum olacaktır.
2. Laboratuar toprak yoğunluğu tayin edilirken kalıba üç eşit tabaka halinde konulacaktır. Tokmak dik tutularak vurulacak, elle kaldırılıp indirilmeyecektir. Düşüşün daima aynı yükseklikten olması sağlanacaktır. Kalıbın üst kısmı itinalı olarak düzeltilecektir.
3. Elde edilen noktalar yardımıyla kabil olduğu kadar grafiği simetrik bir şekilde çizmeye çalışılacaktır.
4. Arazide yoğunluk tayininde çukurdan toprağın ziyan olmamasına dikkat edilecek, çukur derinliği 15 cm den az olmayacaktır.

Çakıllı Ve Molozlu Dolgular İle Stabilize Malzemelerin Sıkıştırılmasının Kontrolü

Dolguda kullanılan çakıllı ve molozlu malzemenin veya üst yapıda kullanılacak stabilize malzemelerin sıkışmalarının kontrolü için yapılacak laboratuar ve arazi yoğunluk denemeleri ile yüzde sıkışmalarının hesabı yukarıda izah edilen normal dolgu malzemesinden farklıdır ve bu aşağıda açıklanan şekilde yapılır:

2.6.6.1. Laboratuar özgül ağırlığının belirlenmesi

1. 10 kg civarında örnek 4 nolu elekten (4,76 mm) elenerek çakıl ve toprak olarak iki kısma ayrılır:
a) Toprak kısmı yukarıda izah edilen şekilde denemeye tabii tutulup buna ait laboratuar maksimum kuru yoğunluğu ve optimum nem oranı belirlenir.
b) Çakıl kısmının önce özgül ağırlığı, sonra da 1,5 cm çapında demir çubukla üç tabakada her tabakaya 25 darbeden sonra 1/30ft³ kalıpta sıkışmış birim ağırlığı belirlenir.
2. Bu denemelerde elde edilen neticeler aşağıdaki teorik formülde yerlerine konur:


Burada:
Dsr = Toprak ve çakıl karışımının teorik yoğunluğu (Lb/ft³)
Ds = Toprak kısmının laboratuar maksimum yoğunluğu (Lb/ft³)
Dr = Çakıl kısmının özgül ağırlığı x 62,5
P = Çakıl kısmın yüzde miktarı/100

3. Değişik yüzdelerdeki toprak-çakıl karışımlarına ait teorik özgül ağırlıklar hesaplanır ve bu karışımlar için elde edilen teorik özgül ağırlıklardan faydalanarak karışımlardaki çakıl ağırlıkları hesap edilir.
Örnek: Çakılla toprak karışımı bir örneğin 4 no lu elekten (4,76 mm) geçen kısmının maksimum kuru birim ağırlığı 108 Lb/ft³ optimum nem oranı % 18 çakıl kısmın özgül ağırlığı 2,58 ve sıkışmış birim ağırlığı 103 Lb/ft³ olarak bulunmuş olsun.
Bu örneğe ait laboratuar maksimum kuru özgül ağırlığına ait eğrinin çizilmesini görelim:
Verilen değerlere göre yukarıdaki formül şu şekli alacaktır:

Görüldüğü gibi burada Dr = 2,58 x 62,5 = 161 Lb / ft³
Burada P’ye verilecek muhtelif değerler için, yani yüzde çakıl miktarına göre, teorik kuru özgül ağırlıklar:

P = 20 için Dsr = 115,5 Lb/ft³
P = 40 için Dsr = 124 Lb/ft³
P = 60 için Dsr = 134 Lb/ft³
P =80 için Dsr = 146 Lb/ft³

Aynı şekilde bu % P değerleri için karışımlar içinde bulunan çakılların Libre olarak ağırlıklarını bulabiliriz. Şöyle ki: Mesela P = % 20 için teorik özgül ağırlık 115,5 olduğuna ve bunun ağırlık olarak % 20’si çakıla ait bulunduğuna göre bu karışımın içerdiği çakılın ağırlığı 115,5 x 0,20 = 23 Lb.dir. bu şekilde P = 40. P = 80 değerleri için de aynı hesaplar yapıldığında;
P = % 40 için çakıl ağırlığı 49,6 Lb.
P = % 60 için çakıl ağırlığı 80,4 Lb.
P = % 80 için çakıl ağırlığı 116,8 Lb. bulunacaktır.
Elde edilen bütün bu değerler yardımıyla şekil 268’de görülen hiperboller şöylece çizilir.
Önce sıfırdan başlayarak muhtelif oranlardaki çakıl ağırlıkları işaretlenerek Dr de nihayet bulan bir parabol çizilir. Gene 4 nolu elekten geçen kısmın maksimum kuru özgül ağırlığı 108 den başlayarak çeşitli oranlarda çakıl içeren karışımların özgül ağırlıkları işaretlenerek bu kere de Ds – Dr hiperbolü elde edilir.
Çakılın sıkışmış birim ağırlığı 103 Lb/ft³ değeri işaretlenerek P noktası elde edilir ve bu noktadan grafik taban doğrusuna bir paralel çizilir ve bunun çakıl ağırlıklarını kestiği K noktası bulunur.
Bu K noktasından çakılan dikin teorik özgül ağırlık eğrisini (Ds – Dr) kestiği M noktası elde edilir ve M ile P bir doğru ile birleştirilir. Şekilde görüldüğü gibi MP doğrusuna orta noktasında (% 50) ve Dr – M – Ds) eğrisine de % 35’inde teğet olmak üzere çizilen eğri maksimum kuru özgül ağırlık eğrisini verecektir.

Arazide özgül ağırlığının belirlenmesi

Çakıllı ve molozlu olan dolguların veya stabilize malzemelerin özgül ağırlığının belirlenmesi aynen yukarıda topraklar için izah edilen şekilde yapılır. Ancak çukurda elde edilen bütün malzeme yani moloz, çakıl, toprak hepsi birden alınıp torbaya doldurulur. Deneme kumu dökülürken iri parçalar tekrar çukura alınıp torbaya doldurulur. Deneme kumu dökülürken iri parçalar tekrar çukura atılmaz. Torbaya alınan malzeme laboratuarda tartılarak ağırlığı bulunur, daha sonra 4 no lu elekten elenerek bu örneğin içerdiği çakıl yüzdesi (P) tayin edilir. Bu çakıl yüzdesine tekabül eden maksimum kuru yoğunluk yukarıda izahı yapılan grafikten alınır. Bulunan bu değer arazi kuru yoğunluğuna oranlanarak yüzde sıkışma hesaplanır. Beklenen sıkışma daima % 95’ten büyük olmalıdır.
Örnek:yukarıda verilen örnek için çakıl miktarı % 45 ve arazi kuru yoğunluğu 118 Lb/ft³ olarak bulunmuştur. Grafikte, bu çakıl yüzdesine tekabül eden maksimum yoğunluk 123 Lb/ft³ bulunduğuna göre sıkışma yüzdesi:

2.7. Stabilize Yapı Malzemeleri

Genel olarak yol dolguları oluşturulurken bunların stabilitesi için gerekli teknik tedbirler yerine getirilmemiş ise trafik yükü altında çökmeler başlar ve bunların giderilmesi için bazı durumlarda yapım masraflarına ulaşan hatta onları aşan masraflar yapmak gerekir. Dolguları, trafik yükünün etkisi altında şekil değiştirmeksizin kalabilmesi, diğer bir ifade ile toprağın taşıma kapasitesini yükselterek orda ortaya çıkabilecek deformasyonları en düşük düzeye indirmek, işlerine dolguların stabilitesi denir.
Bir orman yoluna serilecek üst yapı malzemesinin veya pratikteki deyimi ile stabilize malzemenin kalınlığı her şeyden önce o yol üzerinde nakliyat yapılacak periyot boyunca bu maksadı sağlayacak değerde olmalı, ancak ekonomik nedenlerle bu miktarın çok üzerinde de olmalıdır.

Üst Yapı Kalınlığını Etkileyen Faktörler

2.7.1.1. Zemin Taşıma Yeteneği

Taşıma yeteneği “zeminin herhangi bir yüklenmeyi deformasyon ve oturmalar belli bir sınır içinde kalmak koşuluyla taşıyabilme yeteneğidir.” Şekliyle tanımlanabilir.
Zamana ve mevsime göre zeminin taşıma yeteneğinin değişmesi özellikle donma-çözülme nedeniyle oluşur. Çözülme sırasında zeminin taşıma yeteneği bir çok zemin cinslerinde yaz veya sonbahar değerinin %50 si kadar düşebilir.
Yerel değişimlerin nedeni zemindeki su miktarının ve özgül ağırlığının değişimi ile tane dağılım eğrisinin farklı oluşundadır.
Homojen bir ölçme alanında taşıma yeteneği değeri yaklaşık olarak normal bir dağılım gösterir ve istatistiksel olarak ortalama değer, standart sapma ve varyasyon katsayısı ile karakterize edilebilir.
Zeminin taşıma yeteneğine ait varyasyon katsayısı %40-50 yi geçmemelidir. Aksi halde yerel fark çok olacağından zeminin taşıma yeteneği de homojenlik sağlamak için zeminin sıkıştırılması, mekanik veya diğer stabilizasyon önlemlerinin alınması gerekir. Yol üst yapı tabakalarında yapılan ölçmeler çökmelerin %80 inin alt yapıdaki zeminin taşıma yeteneğinin yetersizliğinden ileri geldiğini göstermiştir. Bu da gösteriyor ki; zeminin taşıma yeteneğinin homojen olmaması yol üst yapısının deforme olmasını etkilemektedir.





Şekil 29: Zeminin Taşıma Yeteneğinin Mevsimsel Değişimi

2.7.1.2. Trafik

Her yol belli bir zaman ve belli bir aks yükü sayısına göre boyutlandırılır.
Büyük yollarda boyutlandırmaya esas alan zaman 20-25 yıldır. Bu zaman içerisinde yol geçkisinde bir değişiklik yapılmayacağı ve otomobil karakteristiklerinde bir değişim olmayacağı kabul edilir.
Yolların üst yapılarının boyutlandırılmasında 8.2 ton norm aks yükü olarak kabul edilir. Aks yükleri büyük veya daha küçük olan araçların aks yükleri norm aks yüküne dayandırılır ve eşdeğerlik faktörü adı verilen bir faktörle yola etki dereceleri ifade edilir.
2.7.1.3. Yöresel koşullar

Yöresel koşulları, bölgesel faktör denilen faktörün göz önüne alınmasıyla üst yapı kalınlığının belirlenmesinde etken hale sokulmuştur. Faktörün büyütülmesi üst yapı kalınlığının artmasına neden olmaktadır. Bölgesel faktör, bir yıl içinde mevsimsel değişime bağlı bütün değişikliklerin bir bileşkesi olarak şu hususların bir sonucudur:
§ Donma-çözülme veri yolunun uzunluğu.
§ Donma-çözülme sıklığı.
§ Yağışların dağılışı ve miktarı.
§ Isı değişimi.
§ Hidrolojik koşullar.
§ Yolun arazi üzerindeki konumu.
Yöresel koşulların bir ifadesi olan bölgesel faktör R=0.5-5.0 arasında değişmektedir. Türkiye’de orman yolları yapımında normal koşullarda R=1.5 alınmaktadır. Sert iklim koşullarında R=2.0 olarak alınabilir.

Yapı malzemesi

Üst yapı tabakalarında kullanılan malzemelerin özelliği yolun yüklenmeye karşı gösterdiği reaksiyon yönünden çok önemlidir.

Yüzeysel tabaka katsayıları

Tabakanın cinsi

Tabakanın ismi

Üst yapı sayısı met****a göre üst yapının boyutlandırılmasında söz konusu edilecek olan yüzeysel tabaka katsayıları (a1, a2, a3....) üst yapıda kullanılan malzemelerin stabilite ve mukavemet değerlerine bağlı olup aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi malzemeden değişmektedir.



a- Yüksek stabiliteli bitümlü kaplama
b- Düşük stabiliteli bütümlü kaplama

a- Stabilize ve kırmataş karışımı tabaka
b- Doğal çakıl asfalt tabaka
c- Çimento ile stabilize edilmiş gevşek beton tabaka

a- Ocak artığı taş tabaka
b- Yüksek fırın curufu tab.
c- Doğal stabilize malzemeli tabaka
d- Kırmataş tabaka
e- Çimentoile stabilize edilmiş çakıl tabakası






Kaplama





Temel







Alt temel

a1 a2 a3 0.44

0.20



0.11

0.20
0.23

0.08
0.11
0.11
0.15
0.15










Çizelgeden önemli olan şu iki sonuç ortaya çıkmaktadır:
1. Üst tabakadaki malzemelerde gerilme oldukça yüksek olup derinliğe doğru azalır. Bu pratik olarak üst tabakalardaki materyallerin mukavemet değerlerinin çok yüksek olması gerektiğini gösterir.
2. Tabaka kalınlığını artırmak zorunluluğu doğuyorsa yüksek mukavemetteki yapı malzemesi seçilmesi, tabaka kalınlığını düşük tutmak açısından daha uygundur

2.7.2. Üst Yapı Kalınlıklarının Belirlenmesi

Orman yollarında üst yapı tabakalarının boyutlandırılmasın da metodların veya bir metoda göre bulunan varyantların kıyaslanmasında şu kriterler gözönüne alınmalıdır.
§ Yapım giderleri
§ Bakım giderleri
§ Yapı malzemesinin varlığı
§ Yapım malzemelerinin varlığı ve teknik olanaklar
§ Bakım ve onarım olanağı
§ Değişen taşıma ve ulaşım koşullarına uygunluk
§ Çevreye uygunluk
§ Çevredeki aynı üst yapı tiplerinin durumu
§ Daha önceki yapılardan izlenimler
Orman yollarında üst yapı tabakalarının boyutlandırılmasında şu metodlardan yararlanılır:
1. Kıyaslama metodu
2. Üst yapı sayısı metodu
3. Zeminin taşıma yeteneği metodu (C.B.R metodu)
4. Grup indeksi metodu
2.7.2.1. Kıyaslama metodu

Laboratuar olanakları bulunmayan orman işletmeleri hemen hemen tamamen bitirilmiş yollarda uygulananlara dayanarak üst yapı kalınlığını belirleyebilirler. Özellikle, hatalı tahmin kıyaslara dayanarak yapılan boyutlandırmalar, ya olduğundan fazla bir kalınlık seçilmesine neden olmakta ve masraflı bir üst yapı kalınlığı ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle doğru kıyaslamalar önemli bir metod olarak görülebilmektedir. Bilimsel bir metod olmadığından kullanılması önerilmemektedir. Uygulanması bilgi ve deneyim gerektirir.
2.7.2.2. Üst yapı sayısı metodu

Üst yapı sayısı (SN), üst yapı tabakalarının kalınlığı ile bu tabakaları meydana getiren materyallerin arasındaki ilişkiyi veren bir ifadedir. Bu ifadede üst yapı sayısı formülü SN = ai.Di ile verilmiştir. Her tabaka için kalınlık (D) minimal sınır gözönüne alınarak tablodan bulunan SN değerine ulaşılmak için değiştirilebilir. a, yüzeysel tabaka katsayılarını gösterir. Bu metotta yapılması gereken ilk iş üst yapı kalınlığının üst yapı cinsinden ifade edilmesidir. Üst yapı sayısının kullanılmasının nedeni ise esnek yolların özellikle materyal özellikleri farklı olan birkaç tabakadan meydana gelmesidir. Genellikle 10000-100000 arasında norm aks yükü sayısı içeren esnek yollar için zeminin taşıma yeteneği (CBR değeri) %1-10 arasında ise SN=ai.Di sonucu 3 ile 9 arasında değişir.
Zeminin taşıma yeteneğinin çok yüksek olması SN değerini önemli ölçüde değiştirmez. Kaplama, temel ve alt temel tabakalarından oluşan bir yol üst yapısında SN eşitliği şu şekilde olur:
SN= a1.D1 +a2.D2+a3.D

Şekil 30: Orman Yolları İçin Eşdeğer Üst Yapı Boyutlandırma Olanakları


Şekil 31: Esnek Yollar İçin Boyutlandırma Diyagramı

Zemin taşıma yeteneği metodu(C.B.R metodu)

Deneysel bir metottur. CBR metodu, genellikle grup indeksi met****un verdiğinden daha az üst yapı kalınlıkları verir. Oldukça sık kullanılan bu metod ve CBR deneyi için yapılan kritikler kısaca şunlardır:
ü Metod; yöresel koşulları kullanılan malzemenin cinsini ve günlük taşıt sayısını gözönüne almamaktadır.
ü Deneyde, örnekteki malzemenin içinden (20mm) den büyük taneli alanların çıkarılması, deney örneğinin gerçek zemine benzememesi sonucunu verir.
ü Sabit hızla basınç sonucu meydana getirilen deformasyon, yolun gerçek koşullarına uymaz.
ü Deney sonuçları aynı laboratuarda bile ortalama %30 farklı sonuçlar vermektedir. Özellikle orta ve fena taşıma yeteneği olan zeminlerde deney sonuçları çok duyarlı değildir.
ü Kumlar için deney genellikle yüksek değer verir.
ü Zemin direnci su muhtevasına oldukça bağlıdır. Bu nedenle su ile doyurulma olanağı az olan zeminler için deneyde zemin, dolu silindirlerin dört günlük su içinde bırakılması yeterli olmayabilir. O takdirde, yörenin drenaj jeoloji ve iklim koşullarını gözönüne alarak laboratuardaki dört günlük ıslatma süresini uzatmak gerekir. Aksi halde çok yanıltıcı sonuçlar alınabilir.

2.7.2.4. Grup indeksi metodu

Grup indeksi esas itibariyle amprik bir sabitedir ve bir toprağın dahil bulunduğu grup içerisinde temel malzemesi olarak elverişlilik derecesinin ölçüsüdür. Dolayısıyla grup indeksi, tek başına bir zeminin hangi gruba dahil olduğun
Grup indeksi 0 ile 20 arasında değişmekte ve formülde toprağın 200 nolu standart elekten geçen granülömetrik miktarı ile likit limit (LL) ve plastisite endeksi (PL) değerlerinden yararlanılmaktadır.
Grup indeksi formülü şu şekilde ifade edilmektedir:
GI = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd
Burada a, b, c, d katsayıları aşağıdaki şekilde tanımlanırlar.
(x) zeminin (200) nolu elekten geçen % olarak miktarı ise:
-(a) nın tanımı = Eğer x<35 ise a=0 “ 35<x<75 “ a=x-35 “ x>75 “ a=40 -(b) nin tanımı = “ x<15 “ b=0 “ 15<x<55 “ b=x-15 “ x>55 “ b=40 -(c) nin tanımı “ LL<40 ise c=0 “ 40<LL<60 “ c=L-40 “ LL>60 “ c=20 -(d) nin tanımı “ PL<10 “ d=0 “ 10<PL<30 “ d=PL-10 “ PL>30 “ d=20
Bu tablodaki (a); 200 nolu standart elekten geçen %10 miktarın 35 ten büyük ve 75 ten küçük olan kısmını ifade etmekte yani 0 ile 40 arasında değerler almaktadır.

)- Yine 200 nolu standart elekten geçen % miktarın 15 ten büyük ve 55 ten küçük olan kısmını ifade etmekte yani 0 ile 40 arasında değerler almaktadır.
(c)- Numunenin likit limit değerinin 40 tan fazla ve 60 tan küçük olan kısmını ifade etmekte yani 0 ile 20 arasında değerler almaktadır
(d)- ise plastisite endeksinin 10 dan büyük ve 30 dan küçük olan kısmını ifade etmekte yani 0 ile 20 arasında değerler almaktadır.
Alınan zemin numunesi için bulunan değerler yukarıdaki formülde yerine konulduğu zaman bu zemin için grup endeks değeri bulunmuş olur. Bu değerden faydalanmak suretiyle de bir taban toprağının günlük ortalama toplam nakil vasıtalarının trafiğe göre kaç cm. kalınlıkta üst yapıya (stabilize kaplamaya) ihtiyaç göstereceği bu maksat için hazırlanmış kalınlık grafiğinden tesbit edilir.
Taban toprağı üzerine alt temel, temel ve temel kaplama (kaplama altı) olarak üç cins malzeme serilmektedir. Bunlardan temel kaplama veya kaplama altı olarak isimlendirilen ve orman yolları için aşınma tabakası vazifesi gören kısım 10 cm. kalınlıkta ve tamamı 1 inçlik elekten geçen konkasör malzemesi ve bir bağlayıcı ile yapılmasında fayda görülmektedir. Dolayısıyla kalınlık şemasında bulunan toplam kalınlıktan, temel kaplama kalınlığı olan 10 cm. çıkarıldıktan sonra arta kalan kısım temel ve lüzum görülüyorsa alt temele ayrılacaktır. Yollarda üst yapı inşaatında alt temel kalınlığı zeminin cinsine, temel kalınlığı ise trafik sıklığına bağlı bulunmaktadır.
Sonuç olarak serilecek stabilize malzeme kalınlığı taban toprağının grup endeks değerine göre tayin edilmektedir. Aynı trafik yükü altında grup endeksi yüksek olan topraklarda daha kalın, grup endeksi düşük olanlarda ise daha ince bir stabilize malzeme tabakasına ihtiyaç bulunmaktadır.

2.7.3. Üst yapı malzemeleri özellikleri

Bu özellikler memleketimizde, Karayolları İdaresi tarafından A.A.S.H.O. şartnamelerden aynen alınmıştır. Bu şartnameler alt temel, temel ve temel kaplama tabakaları inşaatında kullanılan çeşitli karışımların granülimetri ve kalitesini içine almaktadır. Bu şartnamelere göre bahis konusu malzemelerin genel özellikleri şöylece sıralanabilir:
1. 10 no.lu elek (2.0 mm) üzerinde kalan kaba agrega; Taş parçaları, çakıl veya cüruf, sert ve dayanıklı olmalıdır. Hiçbir zaman donarak ve çözülerek veya ıslanarak ve kuruyarak tecezzi etmiş malzeme bu maksatlar için kullanılmalıdır.
2. 10 no.lu elekten geçen ince agrega; Tabii veya konkasör ile kırlarak elde edilen kum ve 200 nolu elekten (0.074) geçen ince mineral daneleri ihtiva etmelidir.
3. 200 nolu elekten geçen kısmı 40 nolu elekten (0.42 mm) geçen kısmın 2/3 ünden fazla olmamalıdır. 40 nolu elekten geçen kısmın likit limiti 25 ten, plastik endeksi ide 6 dan büyük olmalıdır.
4. Karıştırılmış malzeme bitkisel maddeler ve yumrularını keza il toraklarını ihtiva etmemeli, tablodaki granilimetri özelliklerine uymalıdır.
a. Alt temel malzemeleri
Alt temelde kullanılacak malzeme yukarıda ifade edilen dört özelliğe sahip olmalı ayrıca tablodaki A, B, C, D, E veya F, de gösterilen granülimetriyi uymalıdır.
b. Temel tabakası malzemeleri
Bu malzemenin de yukarıda sıralanan dört şartı gerçekleştirmesi, ayrıca tabloda A, B, C, D, E veya F de gösterilen granülimetriye uyması gerekir.