Yazı » SİLİNDİR İLE SIKIŞTIRILABİLEN BETON YOLLAR | İnşaatım.com
Buradasınız » Anasayfa » Yazılar » İnşaat Yazıları-1 » Ulaştırma » SİLİNDİR İLE SIKIŞTIRILABİLEN BETON YOLLAR
Yol üstyapısını, esnek ve rijit olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. Esnek üstyapılarda, temel ve alttemel üzerine beton asfalt kaplama inşa edilir. Temel ve alttemel genellikle granüler malzeme ile yapılmaktadır. Rijit üstyapılarda ise, çimento betonu ile hazırlanmış kaplama ile taban zemini arasında temel veya alttemel tabakalarından biri kullanılmaktadır. Silindirle sıkıştırılabilen beton (Roller Compacted Concrete–RCC) kaplamalar, geleneksel beton kaplamalara göre yeni bir beton kaplama türü olup, karıştırılması, serilmesi ve sıkıştırılması, beton asfalt kaplamalarda kullanılana benzer teknikler kullanılarak yapılmaktadır. Geleneksel beton kaplamalara göre daha düşük su/çimento oranına sahip olan RCC kaplamalar, bitümlü kaplama yapımında kullanılan araçlarla taşınabilmekte, serilebilmekte ve sıkıştırılabilmektedir. RCC kaplamalar genellikle çift tamburlu titreşimli silindir ile sıkıştırılmaktadır. RCC ismini, kaplamanın yapım yönteminden almaktadır. Bu yapım tekniği kullanılarak, büyük miktarda beton, donatısız olarak yerleştirilmektedir. RCC kaplamaların maliyeti, geleneksel beton kaplamalardan %10 ile %30 arasında daha düşüktür. RCC kaplamalar; genellikle düşük hızlı ağır trafiğe sahip olan yol kesimleri ile havaalanı pist ve taksi yolları gibi mukavemet, dayanıklılık ve ekonominin çok önemli olduğu yerlerde kullanılmaktadır.
RCC kaplamaların bilinen ilk modern örneği 1970 yılında, İspanya’da, düşük hacimli trafiğe sahip olan bir yolda uygulanmıştır. Ağır trafik taşıyan diğer bir RCC kaplama uygulaması da 1976 yılında Kanada’da yapılmıştır. 1980 yılından sonra, Fransa, Almanya,Norveç, İsveç, Finlandiya, Danimarka, Almanya, Avusturya, Arjantin ve Japonya gibi ülkelerin her birinde 100.000 m2 den fazla RCC inşa edilirken, Şili, Uruguay, Meksika, Kolombiya, Ekvator ve Güney Afrika gibi ülkelerde çok az veya deneme yolu olarak kullanılmıştır. Uygulanan RCC miktarı 1990 yılının sonunda toplam 12.000.000 m2 yi aşmış olup RCC uygulamasının yarısı İspanya’da yapılmıştır. Otoyollarda kullanılan 1.500.000 m2 RCC üzerine, yüzey düzgünlüğü sağlamak için beton asfalt aşınma tabakası yerleştirilmiştir. Geriye kalan 10.500.000 m2 RCC kaplama, ikinci sınıf yol, sanayi ve askeri alanlar gibi düşük hızlı trafiğin olduğu yerlerde kullanılmıştır.
Bu kadar geniş alanda kullanılması, özel bir ekipmana ihtiyaç duyulmamasından ve beton asfalt kaplamaların yapıldığı makinalarla inşa edilebilmesinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte; yapım kolaylığı, çalışan eleman sayısını azaltması ve yüksek üretim hızı ve bunlara bağlı olarak maliyetinin düşmesi de büyük oranda kullanılmasının nedenleri olarak sıralanabilir. Ayrıca, RCC kaplamalar, geleneksel beton kaplamalara göre daha kısa bir sürede trafiğe açılabilmektedir.
RCC’de geleneksel betonlarda kullanılan kaba ve ince agregalar, çimento, uçucu kül, katkı maddeleri ve su kullanılmaktadır. Karışımlarda su/çimento oranı, 0,20 ile 0,40 arasında olmaktadır.
Diğer beton türlerinde olduğu gibi, RCC’nin ekonomikliğini ve kalitesini belirlemedeki en önemli faktörlerden biri, uygun agrega kaynağının seçilmesidir. RCC kaplama karışımlarının hacminin %70-80’ini agregalar oluşturmaktadır. Kaba agrega; kırılmış veya kırılmamış çakıl, yeniden kullanılan beton, kırmataş veya karışımından oluşmaktadır. Kırmataş veya kırılmış çakıldan yapılmış RCC’lerin sıkıştırılması, yuvarlak çakıldan yapılmış RCC’lerden daha zor olmasına karşılık, taşıma ve yerleştirme sırasında daha az ayrışma ortaya çıkmaktadır. İnce agregalar, doğal kum, kırılarak üretilen kum veya her ikisinin karışımından meydana gelmektedir. Yüksek oranda plastik olmayan silt parçacıkları içeren kumlar, mineral filler olarak görev yaptığı gibi ihtiyaç duyulan çimento gereksinimini de azaltmaktadır. Bunun aksine, yüksek oranda kil içeren ince agregalarla yapılmış olan karışımlarda kullanılan su miktarı artmakta, büzülme ve çatlamalar oluşmakta, dolayısıyla mukavemet azalmaktadır. Bu yüzden karışımda kullanılacak kumların su emme kabiliyeti ve özgül ağırlıklarının belirlenmesi gerekmektedir. RCC ve geleneksel betonda kullanılan agregalar arasındaki en önemli farklılıklardan biri agrega gradasyonudur. RCC’de maksimum tane boyutunun 25 mm veya daha az olduğu görülmektedir. Ayrışmalardan sakınmak, karıştırma işlemini kolaylaştırmak ve yüzey düzgünlüğünü sağlamak amacıyla tane boyutu yüksek seçilmemektedir. Bazı ülkelerde, ince ve kaba agrega bileşimlerinin gradasyon sınırları belirlenmiştir. Fransa ve İspanya’da kabul edilen gradasyon eğrileri bağlayıcıları da (çimento+uçucu kül) kapsamaktadır. İspanya’da kullanılan iki farklı maksimum tane boyutu için agrega gradasyon sınırları Tablo 1’de görülmektedir.
Tablo 1. Agrega ve bağlayıcı* karışımının gradasyon sınırları
Elek Boyutu, mm
Takviye tabakası çalışmalarında, agrega seçimindeki en önemli faktör, karışım sıkıştırıldığı anda yüksek iç dayanıma ulaşabilme yeteneğidir. RCC, fazla gecikme oluşmadan trafiğe açılabilmektedir. Stabilite, anlık (immediate) taşıma gücü testi ile ölçülmektedir. Test, CBR testinde kullanılan aynı ekipmanlarla, yeni sıkıştırılmış numuneler üzerinde uygulanmaktadır. Anlık taşıma gücü indeksi 65’in üzerinde çıktığında, RCC’nin yeterli kapasiteye sahip olacağı ileri sürülmüştür. Kırılmış kaba agrega kullanıldığında, bu sınır belirgin bir şekilde aşılmaktadır.
3.2 Çimento ve Uçucu kül
RCC’de Tip I (normal) ve Tip II (sülfata direnci arttıran) portland çimentosu kullanılmaktadır. Çalışma süresinin kısa olması gereken yerlerde erken priz yapan Tip III çimentolarının kullanılması önerilmektedir.
Çimento oranı, kuru karışım toplam ağırlığının %10 ile %17’si arasında olup m3 de 300±30 kg kullanılmaktadır. Bağlayıcı (çimento+uçucu kül) malzemelerin %25 ile %40’ını C veya F sınıfı uçucu küller meydana getirmektedir.
Fransa ve İspanya’da birbirine karıştırılmış çimentolar (blended cement) kullanıldığı gibi, çimento ve uçucu kül karışımı kullanılmaktadır. Uçucu kül içeren çimentolar geleneksel Portland çimentosundan ucuzdur ve priz işlemini belirgin şekilde geciktirmektedir. Ayrıca uçucu kül RCC’nin işlenebilirliğini arttırmakta ve karışımının çatlama davranışını önemli derece etkilemektedir. Uçucu kül kullanımı, özellikle sıcak havalarda yol yapımı sırasında avantaj sağlamaktadır. İklimin soğuk olduğu bölgelerde ise uçucu kül ilave edilmesi donma-çözülme dayanıklılığını azaltmaktadır. Bu yüzden, kış aylarının sert geçtiği bölgelerde uçucu kül kullanılmamalıdır. Bu gibi bölgelerde, bağlayıcı ağırlığının %10’u üzerinde silis dumanı (silica fume) kullanılması, mukavemet ve dayanıklılığı arttırmaktadır.
Prizi geciktiriciler ve plastikleştiriciler (plasticizers) bazı ülkelerde, şartnamelerde belirtilen işlenebilirlilik süresini elde etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.Fransız şartnamesinde yer alan işlenebilirlilik süreleri Tablo 2’de gösterilmiştir. Katkı maddesi ile sağlanan gecikme süresinde bağlayıcı prizi başlamadığı için, karışım iç yapısı bozulmadan sıkıştırılabilmektedir.
Tablo 2. İşin cinsine göre minimum işlenebilirlilik süreleri
Hava sürükleyici katkı maddeleri, RCC kaplama karışımlarında sınırlı olarak kullanılmaktadır. Laboratuvar araştırmaları homogen bir şekilde hava dağılımı sağlandığında, don nedeniyle meydana gelecek zararların azaltılabileceğini göstermiştir.
4. KARIŞIM TASARIMI
Kıvamlılık testlerini içeren karışım oranlarını belirleme yöntemleriyle; su oranı, bağlayıcı malzeme oranı veya agrega oranı gibi karışım parametreleri belirlenmektedir. Daha sonra da serme ve sıkıştırma için gerekli olan kıvamı elde edebilmek için parametrelerden biri değiştirilmektedir. Geleneksel beton ve RCC’nin karışım bileşim oranlarını saptama işlemleri aynıdır.
Karışım bileşim oranlarını saptama işlemlerindeki küçük farklar, taze RCC’nin kıvamının yüksek olmasından, geleneksel gradasyon dışında gradasyon kullanılmasından ve sıkıştırma işlemlerinden kaynaklanmaktadır. RCC’nin, geleneksel betondan farklı özellikleri şunlardır:
Tablo 3. Geleneksel beton ve RCC kaplamalar için hazırlanmış karışım tasarımı örneği
RCC karışımlarının işlenebilirlilik süresini belirlemek için bazı test yöntemleri ileri sürülmüştür. Bu yöntemlerde genellikle ultrasonik cihazlar kullanılmaktadır. Priz işlemi süresince bir numune içinden geçen ultrasonik atış yayılım süresindeki değişim, sürekli olarak gözlenmektedir. Yayılım süresi, %60 azaldığında, işlenebilirliğin bittiği anlaşılmaktadır. Bu işlemler genellikle Fransa’da uygulanmaktadır. İspanya’da geliştirilen diğer bir yöntem, atışların ultrasonik enerjisini ölçmekte olup daha kesin sonuçlar vermektedir. İşlenebilirlilik sıcaklık koşullarına bağlı olduğu için, testler sıcaklık kabini içinde yapılmalıdır.
Sertleşmiş beton üzerinde, mekaniksel dayanımların belirlenmesinin yanısıra, kışları sert geçen ülkelerde, dona ve aşınmaya karşı direnç testleri de uygulanmaktadır.
Mekaniksel dayanımlarla ilgili; basınç, eğilme ve yarmada çekme testlerinin kullanılabileceği belirtilmiştir. Fransa ve İspanya’da yarmada çekme dayanımının 3,3 MPa olması gerektiği, düşük hacimli yollar için ise 2,8 MPa’ ın yeterli olacağı açıklanmıştır. Almanya’da RCC kaplamalar için önerilen yarmada çekme dayanımı 3,0 MPa, basınç dayanımı 40 MPa olup, RCC ile yapılmış temeller için yarmada çekme dayanımı 2,7 MPa ve basınç dayanımı 30 MPa’dır. Testlerin uygulanma zamanı genellikle 28. gündür. İspanya’da çimentolara büyük oranda uçucu kül gibi aktif madde katıldığı için 90. gün sonunda testler yapılmaktadır. İsveç’te RCC içine uçucu kül gibi aktif maddeler katılmadığı için, geleneksel betonlarda olduğu gibi sağlanması gerekli olan 28. gün basınç dayanımı 40 MPa’dır.
Geleneksel testlerin donma direncini laboratuvarda doğru olarak belirleyemediğini düşünen araştırmacılar yeni test yöntemlerinin geliştirilmesi gerektiğini belirtmişlerse de ABD’nin kuzeyi, Kanada, İsveç ve Norveç gibi soğuk bölgelerdeki kaplamaların iyi performans gösterdiği görülmüştür.
Kış mevsimlerinde çivili lastik kullanılan ülkeler için aşınma direnci çok önemlidir. Norveç’te yapılan bir çalışma RCC kaplamaların aşınmaya karşı, beton asfalt kaplamalardan daha dirençli olduğunu göstermiştir.
Tablo 4. İspanya’da trafik yüküne göre standartlaşmış kaplama kalınlıkları
RCC karışımlar, hem kesikli hem de sürekli karıştırma tesislerinde üretilebilmektedir. Kesikli karışım tesislerinde daha iyi kontrol yapılabilmesine karşın, büyük projeler için yeteli üretimi sağlayamamaktadır. Karışıma bağlayıcı ilave edilmesini doğru şekilde kontrol edebilecek, yüksek üretim kapasitesine sahip olan sürekli karıştırma tesislerinin kullanımı tercih edilmektedir. Sürekli karışım tesisleri, kolayca taşınabilmekte ve kurulabilmekte olup kesikli karışım tesislerine göre birim zamanda daha fazla üretim sağlayabilmektedir. En çok kullanılan ve önerilen tesis, malzemeler için ağırlık kontrolüne sahip olan sürekli karışım tesisleridir. Tesisin üretimi hızlı ve kesintisiz olduğunda, serme işleminin sürekliliği de sağlanmış olacaktır. Özellikle İsveç gibi gelişmiş ülkelerde, serme işlemindeki sürekliliği sağlamak için, karışım hazır beton üreticileri tarafından üretilmektedir.
Karıştırma tesisindeki işlemler sırasında, karışımın nem oranı kontrol edilmelidir. Karışımın düzenli olarak serilmesi ve sıkıştırılması bakımından nem oranının kontrolü çok önemlidir. Nem oranının kontrol altında tutulmasıyla istenilen yoğunluk sağlanabilecektir. Düzenlemelerin derhal yapılabilmesi için, uygulama alanı ile tesis arasında telsizle bağlantı kurulması gerekmektedir. Karışımın görünümüne bakılarak, düzeltmeler operatör tarafından yapılmaktadır. Değişen koşullar nedeniyle su katılmasında düzenlemeler gerekebilmektedir, (örneğin, gün boyunca hava koşulları değişmişse ve depolardaki agregaların nem oranı değişikse). Nem oranında oluşabilecek %0,1 veya %0,2’lik değişim, karışım üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Tesisin üretimi, sericinin yerleştirme ve sıkıştırıcının sıkıştırma hızıyla uygunluk göstermelidir. Tesis mümkün olduğunca uygulama alanına yakın yerleştirilmeli, hiçbir durumda tesisle ile serici arasındaki taşıma süresi 15 dakikayı aşmamalıdır. RCC, tesisten uygulama alanına damperli kamyon ile taşınmaktadır. Kamyon, RCC’nin yağmur, aşırı soğuk veya sıcak gibi çevresel koşullardan etkilenmemesi için su geçirmez branda ile kaplanmalıdır. Beton, kamyondan sericiye doğrudan dökülmektedir.
Betonun serilme işlemi başlamadan önce, RCC tabakasının altında oluşabilecek nem oranının azalmasını önlemek için temel veya alttemel tabakası su ile ıslatılmalıdır. Serme işleminde tabaka kalınlığının kontrolü doğru şekilde yapılabilmesi için, otomatik mastar kullanılmaktadır. Su agrega içine katıldıktan sonra 45 dakika içinde beton yerleştirilmeli ve sıkıştırılmalıdır. Yan yana yapılan şeritlerde birleşimi sağlayabilmek için kaplanmış şeritten en fazla 60 dakika sonra yandaki şerite beton yerleştirilmiş olmalıdır. Bu süreler hava koşullarına göre azalabilmektedir. Eğer bu süre sınırlamalarına uyulmazsa yapım derzleri ortaya çıkmaktadır
RCC, genellikle kaplama kalınlığı 250 mm olacak şekilde serilmektedir. Kaplama kalınlığı 250 mm’den fazla tasarlanmışsa iki tabaka halinde serilmektedir.
Enine derzler, iklim koşullarına ve RCC’nin dayanımına bağlı olarak birkaç saat ile birkaç gün arasında kesilmektedir. Fransa, Almanya ve İspanya’da, kaplama tam olarak kurumadan kesilerek derzler yapılmaktadır.
6.5 Kür İşlemi
ERES Danışmanlık Şirketinin hazırladığı raporda, beton asfalt kaplamadan beklenen servis ömrünün 17 yıl, bir beton kaplamadan beklenen servis ömrünün ise 34 yıl olduğu açıklanmıştır. Bu raporda, beton asfalt kaplamaların her üç yıldan beş yıla bakım gerektirdiği ve başlangıçtan 17 yıl sonra sık sık büyük onarımlara ihtiyaç duyduğu, beton kaplamalarda ise servise açıldıktan 12 yıl sonra küçük bakımların gerektiği ve 18 yıl sonra da beton yüzeyinin yenilendiği belirtilmektedir. Bu yüzden, bakım ve onarım nedeniyle oluşan masraflar ve gecikmeler azalacak ekonomiye katkı sağlanacaktır.
Beton asfalt kaplama, geleneksel beton kaplama ve RCC kaplamalarının ilk yapım maliyetleri Şekil 1’de karşılaştırılmıştır. Beton asfalt kaplamanın ilk maliyeti düşük görünmesine rağmen beton kaplamaya göre daha sık bakım gerektirmesi toplam maliyetini artıracaktır.
Ağır taşıtlar, beton asfalt kaplamalarda beton kaplamalara göre daha büyük çökmeye sebep olurlar. Kaplamada oluşan deformasyon nedeniyle taşıt hareket ederken enerjisinin bir kısmını kaybeder. Bu yüzden, beton asfalt kaplamalarda taşıtın hareketinin sağlanması için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Beton kaplamalarda, yolda deformasyon oluşmadığı için enerji kullanımı azalmaktadır,
Şekil 3. Beton asfalt ve beton kaplamalarda sıcaklığa bağlı olarak yakıt tüketimi
7.1.5 Daha İyi Gece Görüşü
RCC, özel bir yapım ekipmanı gerektirmediği ve geleneksel beton kaplamaya göre maliyeti az olduğu için düşük hızlı trafiğe hizmet verecek kaplamalar için uygun bir teknik olmaktadır. Geleneksel betonda kullanılan malzemelerle daha iyi mühendislik özelliklerine sahip kaplama yapılabilmektedir.
Beton asfalt ile karşılaştırıldığında bir çok üstünlüğe sahiptir. Düzgünlük standardının sağlanması için üzerine çok ince beton asfalt yapılması gerekmesine rağmen, otoyollar ve birinci sınıf yolların yapımı için ekonomik bir seçenektir. Ön sıkıştırma işlemini daha iyi yapabilecek sericilerin geliştirilmesiyle, silindir geçiş sayısı azaltılacak, sürüş konforu artırılacaktır.
Türkiye petrolde dışa bağımlı bir ülke olmasına karşılık çimento sanayii çok gelişmiştir. Bir petrol ürünü olan asfalt çimentosu kullanılarak yapılan kaplamalar yerine RCC kaplama kullanımına başlanması ile daha ekonomik ve uzun ömürlü yollar inşa edilmeye başlanabilecektir. RCC karışımının gelişmiş ülkelerde olduğu gibi hazır beton üreticilerinden alınmasıyla, kaliteli bir kaplama elde edilebilecektir.