YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI – KARAYOLLARINDA SIKIŞTIRMA TEKNİKLERİ

YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI – KARAYOLLARINDA SIKIŞTIRMA TEKNİKLERİ

Mayıs 29, 2020 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Karayollarında yolların sıkıştırılması, sıkıştırma teknikleri, tarihçesi, demir bandajlı silindirler, lastik tekerlekli silindirler, vibrasyonlu silindirler ve kullanılan makineler hakkında bilgi vereceğiz.

KARAYOLLARINDA YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI TEKNİKLERİ

Karayollarında tanecikler arası boşlukların ve porozitenin azaltılması için yapılan işleme karayollarında sıkıştırma denir. Yolların sıkılaştırılması işlemi zaman içinde kendiliğinden meydana gelen konsolidasyon ile karıştırılmamalıdır. Konsolidasyonun aksine bu işlem sadece tanecikler arası hava boşluklarının alınması olarak tanımlanabilir.

Yolların sıkıştırılması işleminin yapılmasının nedenleri;

  1. Tanecikler arası temas yüzeyini artırarak kesme gerilimini artırmak,
  2. Poroziteyi azaltalarak geçirgenliği azaltmak,
  3. İleride oluşacak oturma risklerini azaltmak olarak sıralanabilir.

Sıkıştırmanın yeterliliği malzemenin özellikleri, çevresel etmenler, ve operatöre göre farklılık gösterebilmektedir. Dolayısı ile uygun bir işlem için karayolunu oluşturan katmanların her biri için  kullanılan yöntem ve alet iyi bir şekilde seçilmelidir. Aksi takdirde yapılan sıkıştırma servis dönemi boyunca başka sorunları da beraberinde getirebilmektedir. Bu sorunlar kullanım ömrü boyunca yol tabakasının bozulmasına neden olmaktadır.

KARAYOLLARINDA SIKIŞTIRMANIN TARİHİ

Ralph Roscoe Proctor ilk olarak 1933 yılında sıkıştırma deneylerini yapmaya başlamıştır. Yaptığı deneyler sonucunda  suyun sıkıştırma işlemindeki önemini keşfetmiştir. Proctor bu testleri laboratuvarda gerçekleştirmiştir.

İngiliz Karayolu Araştırma Laboratuvarı (Road Research Laboratory) II. Dünya Savaşının getirdiği yıkımın ardından çalışmalarını zemin sıkılaştırma teknikleri ve aletleri üzerinde yoğunlaştırmıştır. Yapılan bu araştırmalar, o tarihlerde ilk olması sebebiyle, farklı türdeki kompaktörlerin performansları hakkında başvurulan tek kaynak olmuştur.

Farklı türdeki kompaktörlerin performansı hakkında yapılan araştırmalara ek olarak sıkıştırılmış zeminlerin örselenmemiş yoğunluklarını ölçmek için bazı metodlar geliştirilmiştir. Örselenmemiş yoğunluğu bulmak amacıyla plastik balon yöntemi ve nükleer yöntemler geliştirilmiştir. Bu gelişmeler  İngiliz standardı kum şişesi testine ek olarak yapılmıştır.

Yapılan bu çalışmalar 45 yıl devam etmiş, ortaya çıkan sonuçlar dokümanlaştırılmış ve yayımlanmıştır.

Teknolojinin ilerlemesi ile beraber günümüzde karayollarında sıkıştırma yöntemleri ve teknik ekipmanlar hızla gelişme göstermektedir. Bu aletler arazide sıkıştırma yaparken anlık ölçümler alabilmektedir. Uygun bir şekilde sıkıştırma işlemi için bu aletlerden yaralanılmaktadır. Bu gelişmiş ekipmanlar sayesinde sıkıştırma işlemi çok daha efektif ve kısa sürede  yapılabilmekte, ve bu işlem için gereken su ihtiyacı önemli ölçüde azaltılabilmektedir.

YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI İÇİN KULLANILAN ALETLER

Demir Bandajlı Silindirler

Yolların sıkıştırılması işleminde bu aletler statik etki ile sıkıştırma yaparlar. Asfalt kaplama uygulamarında kullanılan ilk aletlerdir. Aks sayısı 2 ya da 3 olabildiği gibi, ağırlıkları genelde 4 tondan 12 ton’a kadar değişebilmektedir. Daha ağır olanları da mevcuttur. Kaldırımlar için veya tranşe üzeri asfalt kaplamarında daha hafif olan ve el ile kullanılabilen türleri de mevcuttur.

 Yolların sıkıştırılması Hafif Tip Demir Bandajlı Silindir

Hafif Tip Demir Bandajlı Silindir

Tekerlekli demir bandajlı silindirler asfalt zeminlerde iyi sonuç vermemektedir. Bu tip silindirler ağırlıkları ya da boyutlarına göre değil zemine uyguladıkları çizgisel yük büyüklüklerine göre sınıflandırılırlar. Çizgisel yük, silindirin zemine temas ettiği hat boyunca, hattın genişliğine göre kg/cm2 cinsinden ifade edilen yük değeridir.

demir bandajlı silindir

Demir Bandajlı Silindir

Demir Bandajlı Silindirlerin Kullanım Alanları
  • Hemen hemen her türlü asfalt kaplamalar için uygundur.
  • Ağırlığı sayesinde daha az göreceli kayma hızına sahip olan granüler malzemenin sıkıştırılmasında kullanılırlar.
  • Sıkı, pürüzsüz yüzeylerin elde edilmesi için kullanımı uygundur.
  • En çok kullanıldığı zeminler olarak; kaya dolgu, kil-çakıl-kum karışımı ve granüler zeminler örnek verilebilir.
  • 20-30 cm yüksekliğindeki dolguları sıkıştırmak için kullanılırlar. Bu aletler pürüzsüz yüzeyler elde etmek için en iyi yöntemlerden biridir. Bu sebeple, karayollarında sıkıştırma yapılırken demir bandajlı silindirler son adımdır.
  • Tanecik boyu dağılımı tekdüze olmayan karayolu zeminlerinde kayma gerilmesinin, suya doygun zeminlerde de taşıma kapasitesinin yetersiz olması nedeniyle kolay bir şekilde hareket edemez. Bu nedenle ilerleme kuvveti küçüktür. Böyle durumlarda eğimin az olduğu zeminlerde ve yatay zeminlerde kullanımı daha kolaydır. Eğimin fazla olduğu bölgelerde güvenlik açısından kullanımı uygun değildir.
  • Plastik malzemeler demir bandajlı silindir ile sıkıştırılırken, ön bölgede dalgalanma, arka bölgede ise kabarmalar oluşur. Gevşek zeminler sıkıştırılırken viskozitelerinin diğer zeminlere oranla düşük olmasından dolayı akışkan özellik gösterirler ve bu esnada tamburun altından yana kaçabilirler. Zeminde kil oranı artışına bağlı olarak bu iş makinelerinin sıkıştırma etkisi azalır.
  • Demir bandajlı silindirler sıkıştırma kabiliyetleri iyi olduğundan dolayı, sıkıştırma işleminde diğer silindirlerden daha sonra kullanılırlar.

Lastik Tekerlekli (Pnömatik) Silindirler

Karayollarında sıkıştırma yöntemleri arasında olan bu tarz silindirlerin çok sayıda lastikli tekerleği vardır ve geri kalan kısım arabadan oluşmaktadır. Lastikler içi olması gereken hava basınçları maksimum 7 kg/cm2 dir.

Bu tip silindirlerin kendiliğinden yüreyebilenleri olduğu gibi çekili tarzda olanları da mevcuttur. Lastik basınçlarının elle ayarlanabildiği silindirler olduğu gibi, haraket halindeyken lastik basıncını kendi ayarlayabilen modelleri de vardır. Hafif pnömatik silindirler 12 ton ağırlığa kadar ulaşabilir ve 9-13 kadar lastiğe sahip olabilirler. Orta ağırlığa sahip olan modellerinde ise ağırlık 12-25 ton arası olmakta olup bunlar 5,7,9 veya 11 tekerlikli olabilmektedir. Ağır olan modellerinin ağırlığı ise 25-200 ton arası olup tekerlek sayısı 2,7 veya 9’dur. Aşağıda lastik tekerlekli silindir örneği verilmiştir.

Lastik tekerlekli silindir

Arka kısımda bulunan tekerlek sayısı ön kısımda bulunan tekerlek sayısından bir fazladır. Ön kısımda bulunan tekerlekler arka kısımda bulunun tekerleklerin arasına gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Bu sayede arka kısımda bulunan tekerleklerin arasında kalan bölge, ön kısımda bulunan tekerlekler sayesinde sıkıştırılabilmektedir.

Lastik Tekerlekli Bir Silindirin Üstten Görünüşü

Lastik Tekerlekli Bir Silindirin Üstten Görünüşü 

Yolların sıkıştırılması işleminin düzgün bir şekilde yapılabilmesi için bazı durumlarda şaside bulunan boşluklara su veya kum doldurulabilir ya da şasi üzerine ek ağırlık ta koyulabilir. İlk uygulama sırasında zemine batmaması için tekerleklerin büyük çaplı ve düşük basınçlı olması önem arz etmektedir. Silindirin ağırlığını ön ve arka sıradaki tekerlekler üzerine düzgün dağıtmak  ve ön sıraya direksiyon doğrultusunu vermek zordur.  Bu yüzden büyük olanların tekerlekleri tek sıra halinde yerleştirilir.

Lastiklerin hava basıncı, temas yüzeyine etki eden basınca eşittir. Değme yüzeyi elips şeklindedir. Lastiğin zemin ile temas yüzeyinin alanı, tekerleğin taşıdığı yükün ve lastik hava basıncının bir sonucudur.

Lastik Tekerlekli Silindirlerin Kullanım Alanları

Karayollarında asfalt kaplamalarda sıkıştırma için kullanılırlar. Bunun başlıca sebepleri arasında;

  • Yoğurma etkileri iyi olduğu için sıkıştırma işlemini daha homojen bir şekilde gerçekleştirirler.
  • Sıkıştırma işlemi sırasında agrega tanelerinin en iyi biçimde yerleşmesini sağlar ve düzgün bir sıkışma elde edilir.
  • Tanecikleri sıkıştırırken daha az boşluk ile su geçirgenliğini önemli ölçüde azaltır ve daha düzgün zeminler elde edilmesini sağlar. Daha düzgün ve pürüzsüz yüzeyler yüksek sıcaklıklarda elde edilir. Ancak bu durum trafiğin emniyeti açısından tehlike arz edebilir.
  • İşlem sırasında kaplamada oluşturduğu iz daha az olduğundan ütüleme esnasında izlerin giderilmesi daha kolaydır.
  • Zeminin sıklaştırılması esnasında daha az çatlaklar oluşumuna sebep olur.
  • Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminler için kullanımı uygundur. Zeminle temas alanı %80 civarında olabilmektedir.
  • Killi ve killi-kum zeminlerde daha iyi sonuç vermektedir.
  • Alt temel ve granüler temelin sıkıştırılmasında kullanılabilecek en iyi yöntemlerden biridir.
  • Kalın katmanların sıkıştırılmasında etkin bir biçimde kullanılırlar.
  • Yoğurma özelliğinden dolayı, iri daneli malzemelerden oluşan zeminlerde sıklıkla tercih edilirler.
  • Manevra kabileyetleri çok iyi olmadığından, dar alanlarda kullanımları esnasında zorluklar yaşanabilmektedir.
  • Killi ve kumlu zeminlerin sıkıştırılmalarında kullanılabilmektedir.

Keçi Ayaklı, Izgaralı ve Küt Ayaklı Silindirler

Çekili olan tipleri olduğu gibi kendi kendine yürüyebilen türleri de vardır. Silindirin dış yüzeyinde, zemine uygulanan basıncı artırmak için çıkıntılı ayaklar vardır. Bu ayakların şekilleri değişiklik gösterebilmektedir. İşlem sırasında ayakların zemine değme yüzeyi küçük olduğu için, zeminin uygun bir şekilde sıkıştırılabilmesi için işlem tekrarlanmalıdır. Silindirin kabuğunda bulunan bu ayakların değdiği alan üzerindeki derinlemesine gerilme dağılımı zayıftır. Ancak bu durum, ayakların her geçişte uyguladığı yüksek penetrasyon ile giderilebilmektedir.

Keçi ayaklı silindir kullanımında sıkıştırma, hem basınç hem yoğurma etkisiyle gerçekleştirilir. İşlem sırasında geçiş sayısının  artmasıyla birlikte aşağı tabakadan yukarı tabakaya doğru sıkışma gerçekleşir. Zeminin mukavemeti uygun seviyeye gelene kadar uygulama devam eder.

Bu tip silindirler, özellikle killi ve siltli zeminlerin(kohezyonu yüksek) sıkıştırılmasında kullanılırlar.

Aşağıdaki şekilde keçi ayağı uygulamasından bir örnek görülmektedir.

Keçi ayağı silindir

Keçi ayağı silindir

Keçi ayaklı silindirlerin karayollarında sıkıştırma yöntemleri olarak kullanılan bir diğer türü de küt ayaklı silindirlerdir. Çalışma prensipleri keçi ayaklı silindirler ile benzerlik göstermektedir. Bu tip silindirlerde yine değme yüzeyine yüksek basınç uygulamayı sağlayan çıkıntılı ayaklar bulunur. Küt ayaklı silindirlerde bulunan ayaklar keçi ayaklı silindirlerde bulunan ayaklardan daha geniş yüzey alanına sahip olduğu için zemine uyguladığı basınç daha azdır ve daha nemli yüzeylerde tercih edilir.

Aşağıdaki şekilde küt ayaklı silindir örneği görülmektedir.

Küt ayaklı silindir

Yolların Sıkıştırılması İçin Küt ayaklı silindir kullanılması

Izgaralı silindirler ise genelde bir çekici ile çekilerek kullanılırlar. Silindir kabuğu ağır çelikle donatılmıştır ve ağ şeklinde bir yapıdan oluşmuştur. Ağır çelik ağları, zemindeki parçacıkları, yüksek basınç altında parçalayabilir. Bundan dolayı genellikle yumuşak kayaçlı zeminlerde fazla derin olmayan tabakaların sıkıştırılması için kullanılmaktadırlar.

Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirlerin Kullanım Alanları
  • Hava alanları, yollar, toprak baraj inşaatları, plastik haldeki orta kohezyonlu zeminler kullanılarak oluşturulan dolguların tabakalar halinde sıkıştırılmasında kullanılırlar.
  • Bu silindirler, kuru kohezyonlu zeminleri sıkılaştırmak için uygundur.
  • Küt ayaklı silindirler siltli zeminler için, keçi ayaklı silindirler killi zeminler için daha uygundur. Tanecik boyutu büyük olan granüler zeminler için bu silindirlerin kullanımı uygun değildir. Bunun nedeni ise, işlem sırasında keçi ayaklarının altında kalan iri granüler taneler kayarak sıkışmaya engel olmaktadır. Bu tip silindirler kuru kohezyonlu zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılabildikleri gibi, uygun su muhtevasına sahip zeminlerde en iyi sonucu verirler. Kalın tabakalar sıkıştırılırken ince tabakalara göre daha fazla geçiş sayısına ihtiyaç duyarlar. Eğer tabakanın kalınlığı ayak yüksekliğine eşit ise, en iyi sonuç elde edilir.
  • İnce kohezyonlu zeminler yani killi ve siltli zeminlerin sıkıştırılmasında keçi ayaklı silindirler kullanılır.
  • Izgaralı silindirler, zemindeki parçacıkları rahatlıkla ezebildiklerinden, yumuşak kaya tabakalarını sıkıştırmak için kullanılırlar.

Vibrasyonlu Silindirler

Laboratuvarda ve arazide yapılan deneyler sonucunda kohezyonsuz zeminlerin en iyi titreşimli yükler altında sıkıştırılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu sebeple, silindirler üzerine titreşimli makineler yerleştirilerek basınç ve titreşim etkisinden birlikte yaralanılmaktadır.

Vibrasyonlu silindirlerle uygulamada bazı husulara dikkat etmek gerekmektedir.

  • Vibrasyon manevra sırasında kesinlikle durdurulmalıdır,
  • Kaplamada iz oluşumunu engellemek için sıkıştırmalar vibrasyonsuz olmalıdır.

Dakikada 2000 ile 3000 arası devir yapan ve 0,4mm ve 0,8 mm nominal genliğe sahip olan vibrasyonlu silindirler en  iyi sonucu verir.

Vibrasyonlu Silindirlerin Kullanım Alanları

Yolların sıkıştırılması işleminde vibrasyonlu silindirlerin kullanım alanları şunlardır.

  • Kohezyonsuz zemin tabakalarını sıkıştırmak için kullanılan en etkili yöntemdir.
  • Toprak zeminlerin aksine, asfalt kaplamalarda düşük genlik ve yüksek frekans ile daha iyi sonuçlar elde edilebilmektedir.
  • Zeminde ek yerlerinde en iyi sıkıştırma elde edilir.
  • İnce tabakalara göre kalın tabakalarda daha iyi sıkıştırma oranları elde edilir.
  • Serin havalarda daha az uygulama süresine ihtiyaç duyduklarından dolayı kullanımları daha uygundur.
  • Demir bandajlı silindirlere oranla daha üniform bir sıkıştırma yapılır.
  • Demir bandajlı silindirlerde silindirin kenarında kalan bölge ortaya göre daha az sıkışırken, vibrasyonlu silindirlerde daha düzegün bir sonuç elde edilir.

Vibratörler

Karayollarında sıkıştırma konusunda büyük silindirlerin kullanımı dar alanlarda zordur. Büyük aletlerin rahatlıkla giremediği yerlerde manuel olarak kullanılan vibratörlü sıkıştırıcılar kullanılır. Boyutları çoğunlukla 25×25 cm ve 125×125 cm arasında değişmektedir. Aşağıdaki figürde el ile kullanılan titreşimli sıkıştırıcı örneği verilmiştir.

Zemin sıkıştırma kompaktör

Zemin sıkıştırma kompaktör

Sıkıştırma Aletlerinde Yaşanan Son Gelişmeler

AMIR (HIPAC) Silindirleri

Demir bandajlı silindirler karayolu şantiyelerinde asfalt kaplama tabasının sıkıştırılmasında kullanılan en yaygın silindir tipidir. Buna rağmen ağır silindir yükü altında asfalt kaplamada çatlaklar oluşması olasıdır. Bunun ana sebebi ise, silindir ile asfalt arasında çok küçük bir temas yüzeyi bulunmakta, ve silindir asfalt üzerinde hareket ederken ön kısımdaki tabaka ötelenmekte, sonuçta itme kuvvetine maruz kalmaktadır. Bu esnada arka kısımda kalan bölge ise çekme kuvvetinin etkisi altındadır. İtme ve çekme kuvvetlerine maruz kalan asfalt tabakasının çatlaması kaçınılmazdır. “AMIR:Asphalt Multi Integrated Roller” diğer bir deyişle “HIPAC: Hot Iron Process Asphalt Compaction” bu çatlakların oluşumunu engellemek için üretilmiştir.

Yolların sıkıştırılması işleminde demir bandajlı silindirlerin aksine  temas yüzeyini artırmak için geniş lastik kemerler bulunur. Bunun neticesinde daha üniform bir silindirleme yüzeyi oluşturulur ve zemindeki çatlaklar en aza indirilir. HIPAC silindirlerinin pnömatik, vibratörlü ve statik demir bandajlı olan türleri vardır.

Temas yüzeyi demir bandajlı silindirlere göre çok daha büyük olduğu için, asfalt kaplamaya 30 kat daha uzun süre yükleme yapar. Uyguladıkları basınç daha küçük olmasına rağmen, yükleme süresi uzun olduğu için istenilen nitelikte sıkıştırma elde edilebilir.

Aşağıda AMIR(HIPAC) silindir örneği görülmektedir.

AMIR/HIPAC Silindiri

AMIR/HIPAC Silindiri ile yolların sıkıştırılması

Sıkıştırıcı Finişer Tablası

Asfalt kaplamalarda işçiliğin ve imalatın düzgün olması çok önemlidir. Bunun için finişher serme tablasının altında üniform ve nitelikli bir sıkıştırma  yapılması gerekmektedir. Pnömatik silindirlerin asfalt tabaka üzerindeki tekerlek izlerini en aza indirmek ve demir bandajlı silindirlerin ön bölgesinde yığılma olmaması için, finişher tablasının sıkıştırmayı %90-92 oranında gerçekleştirmesi gerekmektedir.

Zaman içinde daha iyi sonuçlar elde etmek için vibratör ve tamperler haricinde dikine çalışan bıçaklarla sıkıştırma sağlayan tablalar üretilmiştir. Tamper karışımın en iyi şekilde ön sıkışmasını sağlar. Tamperin sıcak asfalt içerisindeki batma derinliği ve tamper hızı, karışımın türüne ve kalınlığına göre işleme başlamadna önce veya işlem sırasında ayarlanabilir.  Aynı asfalt tablası üzerinde hem vibratör hem de tamperin birlikte çalıştığı  finişerler vardır.

Son bir kaç yılda, finişer serme tablasının sıkıştırma oranını daha iyi bir seviyeye getirmek için, bir ya da iki adet dikey sıkıştırma bıçağı tablalara eklenmiştir. Bu bıçaklar serme tablasının arka tarafına bir veya iki tane olarak yerleştirilirler. Bıçaklar sayesinde, karışımın ön kısma doğru ve tablanın yan plakları sayesinde karışımın yana doğru akması önlenir. Bu sayede en yüksek sıkışma yüzdesi elde edilir.

Aşağıdaki resimde sıkıştırıcı finişher tablasının bir örneği görülmektedir. Bu figürde tamper, vibratör ve dikine çalışan bıçaklar gösterilmiştir.

Sıkıştırıcı Finişer Tablası

Yolların Sıkıştırılması İşleminde Sıkıştırıcı Finişer Tablası

Eğer gerek duyulmaz ise, yüksek kapasiteli sıkıştırma sistemi devre dışı bırakılabilir ve finişher tablası standart durumda çalıştırılabilir. Daha önce de bahsedildiği gibi finişer operatörü yüksek oranda sıkıştırma için yüksek sıkıştırma bıçaklarının çalışma hızını ve karışım içerisine, batma derinliğini ayarlayabilir. Dikine çalışan yüksek sıkıştırma bıçakları sayesinde çok daha iyi bir sonuç elde edilir ve bunun sonucunda yapılması gereken geçiş sayısı en aza indirilir, işçi sayısı azaltılır.

Yolların sıkıştırılması hakkında vermiş olduğumuz bilgilerden sonra demiryolu üst yapısı hakkındaki içeriğimizi okuyabilirsiniz.