Yolların sıkıştırılması
Yol

YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI – KARAYOLLARINDA SIKIŞTIRMA TEKNİKLERİ

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

KARAYOLUNDA YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI – TARİHÇE

Sıkıştırma, ilk olarak 1933 yılında Proctor tarafından ayrıntılı olarak incelenmeye başlanmıştır. Laboratuarda kullandığı bir el çekici ile sıkıştırmanın başarısında su içeriğinin ne derece önemli olduğunu kanıtlamıştır. Proctor’un bu alanda çalışmaya başlaması ile birlikte birçok araştırmacı sıkıştırma süreci ile ilgili çalışmalara başlamıştır. Ancak, bu çalışmalar 1940 yılına kadar daha çok laboratuar ortamında sürdürülmüştür.

İkinci Dünya Savaşının sonlanmasının ardından, İngiliz Karayolu Araştırma Laboratuarının (Road Research Laboratory) karayolu inşası ve karayolu trafiği üzerindeki ilgisini arttırmasıyla birlikte, değişik zeminlerdeki sıkıştırma aletleri üzerindeki çalışmalar tam anlamıyla başlamıştır. Bu çalışmalar, o tarihlerde yapılan bu anlamdaki ilk çalışmalar olup değişik türdeki kompaktörlerin performansları hakkında tek bilgi kaynağı olarak dünya çapında ün kazanmıştır.

İlk çalışmalar yeni gelişen kompaktörlerin uygulaması üzerine olmuştur.

Değişik tipteki kompaktörlerin performansları üzerindeki çalışmalara paralel olarak sıkıştırılmış zeminlerin örselenmemiş yoğunluklarını ölçme yöntemleri de geliştirilmiştir. Bu suretle, kompaktörlerin performansları üzerindeki çalışmalarda İngiliz standardı kum şişesi testine ek olarak, plastik balon yöntemi ve nükleer yöntemler de örselenmemiş yoğunluğu bulmak için değişik zamanlarda çalışılmıştır.

Sıkıştırma süreci ve kontrolüyle ilgili bu çalışmalar yaklaşık 45 yıl sürmüş ve elde edilen sonuçlar dokümanlaştırılarak yayımlanmıştır.

Günümüzde, yolların sıkıştırılması teknikleri ve kullanılan aletler bakımından hızlı gelişmeler yaşanmaktadır. Yüksek enerjili sıkıştırma sağlayan, akıllı sistemlerden oluşan birçok sıkıştırma aletleri mevcuttur. Bunlar, arazide çalışma sırasında anlık ölçümler verebilen, düzgün ve etkili sıkıştırma yapabilen sistemlerdir. Bu aletler sayesinde, sıkıştırma işlemi tabakaların daha derin bölgelerine de etki etmekte, sıkıştırma işleminin süresi kısalmakta, sıkıştırma işlemi için gerek duyulabilecek su ihtiyacı azalmakta, yüksek oranlarda sıkıştırma sağlanabilmekte ve kaya dolgularda daha etkili sıkıştırma sağlanabilmektedir.

YOLLARIN SIKIŞTIRILMASI İÇİN KULLANILAN ALETLER

Sıkıştırma işleminin uygulanması sırasında yaygın olarak kullanılan başlıca yolların sıkıştırılması aletleri ve özellikleri aşağıda verilmiştir.

Yolların Sıkıştırılması için Demir Bandajlı Silindirler

Asfalt kaplama uygulamalarında ilk kullanılan silindirler olup statik etkiyle sıkıştırma yaparlar. 2 akslı (tandem) ve 3 akslı (tridem) tipleri olup, 4-6 ton gibi hafif, 6-8 ton gibi orta ağırlıkta ve 8-12 ton ya da daha fazla ağırlıkta tipleri vardır. Ayrıca tranşe üzeri asfalt kaplamalarında ya da kaldırımlarda kullanılmak üzere daha hafif ve elle çekilebilir tipleri de bulunmakta olup şekilde gösterilmektedir.

 Yolların sıkıştırılması Hafif Tip Demir Bandajlı Silindir
 Hafif Tip Demir Bandajlı Silindir

Zeminlerin sıkıştırılmasında ön kısımda demir bandaj, arka kısımda bir çift lastik tekerlekli olan tipleri de kullanılmakla birlikte bu tiplerin asfalt kaplamalarında kullanılması uygun değildir. 3 akslı demir bandajlı silindirlerin etkileri ağırlıklarıyla veya büyüklükleriyle saptanmayıp çizgisel yük değerleriyle büyüklüklerine göre sınıflandırılır. Çizgisel yük bir bandaja düşen yükün, bandaj genişliğine bölümüyle elde edilen kg /cm2 cinsinden bir değerdir.

Yolların sıkıştırılması Demir Bandajlı Silindir
Demir Bandajlı Silindir

Yolların Sıkıştırılması – Demir Bandajlı Silindirlerin Kullanıldığı Yerler

  • Her çeşit asfalt kaplama uygulamalarında başarıyla uygulanabilmektedir.
  • Statik ağırlığı sayesinde, taneleri arasında sürtünmenin büyüklüğü dolayısıyla göreceli kayma hızı küçük olan kırma taş malzemenin sıkıştırılmasında kullanılırlar.
  • Pürüzsüz ve sıkı bir yüzey oluşturulmasında kullanılırlar 
  • Granüler malzeme, kum-çakıl-kil karışımı ve kaya dolgularda iyi sonuç verirler.
  • Sıkıştırma kalınlığı 20-30 cm’ dir. Bu silindirler ile çok düzgün yüzeyler elde edilebilmektedir. Bu nedenle sıkıştırmada son işlemin demir bandajlı silindirlerle yapılması uygun olur.
  • Granülometrisi uygun olmayan taneli zeminlerde kesme mukavemetinin, su içeriği fazla olan kohezyonlu zeminlerde de taşıma kabiliyetinin yetersizliği nedeniyle rahat ilerleyemez. İlerleme kuvveti küçük olduğu için ancak yatay veya az eğimli yüzeyler üzerinde çalışabilir. Dik eğimlerde ve yamaç kenarlarında bu tip silindirlerin çalışması güvenli değildir.
  • Demir bandajlı silindirler plastik malzemenin sıkıştırılması sırasında önlerinde dalgalanmalara, arkalarında ise kabarmalara neden olurlar. Gevşek kumlar sıkıştırılırken ağır silindirleri pek taşıyamazlar ve tamburların altından yana kaçabilirler. Bu tip silindirlerin sıkıştırma etkisi zeminde kil oranı arttıkça düşer.
  • Bu silindirler ile, sıkışmasını büyük ölçüde almış yüzeyler çok düzgün duruma getirildiği için keçi ayağı, vibrasyonlu ya da pnömatik silindirler ile yapılan sıkıştırmayı tamamlamada kullanılırlar.

Yolların Sıkıştırılması – Pnömatik Silindirler (Lastik Tekerlekli Silindirler)

Birbirine yakın çok sayıda lastik tekerleği bulunmakta ve ağır bir arabadan oluşmaktadır. Lastik hava basınçları 7 kg /cm2’ye kadar yükseltilebilmektedir.

Lastik tekerlekli silindirler olarak da adlandırılan bu tip silindirler kendi kendine yürüyebilen tipte olduğu gibi günümüzde artık kullanılmayan çekili tipte olanları da vardır. Bu tip silindirlerin lastik basınçları elle ayarlanabildiği gibi yürürken otomatik olarak kendi kendini ayarlayabilen tipleri de vardır. Pnömatik silindirlerin 12 tona kadar olanları hafif tip olarak adlandırılıp, 9-13 kadar lastik sayısı vardır. Orta ağırlıktaki tipleri 12-25 ton arasında olup 5, 7, 9 ya da 11 tekerleklidir. Ağır tipte olanları ise 25-200 ton arasında olup 2, 7 ve 9 tekerleklidir. Şekilde tipik bir lastik tekerlekli silindir örneği verilmiştir.

Yolların sıkıştırılması Lastik Tekerlekli Silindir
Lastik Tekerlekli Silindir

Ön dizideki tekerlek sayısı, arka dizideki tekerlek sayısından bir eksik olup, arka dizideki tekerlekler tarafından sıkıştırılacak olan şeritlerin aralarını sıkıştıracak şekilde tertiplenmiştir. 

Lastik Tekerlekli Bir Silindirin Üstten Görünüşü
Lastik Tekerlekli Bir Silindirin Üstten Görünüşü

Ağırlığın arttırılması için şaside su veya kum doldurulabilecek boşluklar bulunduğu gibi, şasi üzerine ek ağırlık da konabilir. Özellikle ilk geçişlerde zemine batmaması için lastik tekerlekler büyük çaplı ve düşük basınçlıdır. Ağırlığın iki dizi üzerinde bulunan çok sayıdaki tekerleğe düzgün olarak dağıtılmasındaki ve ön diziye direksiyon doğrultusunun verilmesindeki güçlük dolayısı ile büyük tiplerin tekerlekleri tek dizi halinde tertiplenir.

Değme yüzeyi üzerine etkiyen basınç, yaklaşık olarak lastiğin hava basıncına eşittir. Bu basınç elips biçiminde bir değme yüzeyi üzerinde uygulanmaktadır. Yüzey alanı tekerlek üzerine binen yükün ve lastik hava basıncının fonksiyonudur .

Pnömatik Silindirlerin Kullanıldığı Yerler

Asfalt kaplamalarda ara sıkıştırmalarda kullanılırlar çünkü;

  • Yoğurma etkisiyle daha homojen yolların sıkıştırılması yapılır,
  • Agrega tanelerini sıkışma sırasında birbirleri içerisinde en iyi biçimde yerleşecek duruma getirdiğinden iyi bir sıkışma elde edilir,
  • Sıkışma sırasında daha az boşluk bırakarak su geçirgenliği azaltır ve böylece daha düzgün yüzeyler elde edilir. Ancak yüksek sıcaklıklarda daha çok düzgün ve cilalı yüzeyler elde edildiğinden trafik emniyeti açısından tehlikeli olabilir,
  • Yolların sıkıştırılması sırasında daha az iz bıraktıklarından ütüleme sırasında bu izler daha kolay giderilebilir,
  • Sıkıştırma sırasında daha az çatlaklar oluşturmaktadır.
  • Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılabilmekte olup zeminin yüzeyi ile temas alanı yaklaşık % 80′ e kadar olabilmektedir.
  • Killi ve killi-kum zeminlerde iyi bir sıkışma elde edilebilmektedir.
  • Granüler temel ve alt temel tabakalarının sıkıştırılmasında çok etkin bir biçimde kullanılmaktadırlar.
  • Kalın tabakaların sıkıştırılması esnasında kullanılırlar.
  • Yoğurma etkisi sayesinde iri taneli malzemelerden oluşan zeminlerinde kullanılabilmektedir.
  • Manevra kabiliyetinin düşük olması sebebiyle dar alanların sıkıştırılmasında kullanım güçlükleri yaşanabilmektedir.
  • Kumlu ve killi zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılabilir .

Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirler

Keçi ayaklı silindirler, kendi kendine yürüyebilen tipte olduğu gibi çekili tipte olanları da vardır. Silindir kabuğu değme yüzeyine yüksek basınç sağlayan çıkıntılı ayaklardan ibarettir. Ayaklar değişik şekillerden oluşabilmektedir. Ayakların, zemin ile değme yüzeyinin küçük olmasından dolayı zeminin tamamının sıkıştırılabilmesi için çok sayıda geçiş yapılması gerekmektedir. Ayağın geçtiği alan üzerindeki derinlemesine gerilme dağılımı zayıf olmakta ancak ayakların her geçişte uyguladığı yüksek penetrasyon sebebiyle bu açık giderilebilmektedir.

Sıkıştırma, basınç etkisi yanında yoğurma etkisinden de yararlanılarak sağlanır.

Geçiş sayısı arttıkça tabaka kalınlığı boyunca aşağıdan yukarıya doğru sıkışma gerçekleşir. Zemin yeterince kuru ve sağlam bir yapıya kavuşana dek silindirleme işlemine devam edilir.

Yolların iyi sıkıştırılması önemli ölçüde silindirin ağırlığına ve metal ayakların temas alanına bağlıdır. Zeminle temas halindeki alan ne kadar küçük olursa, buna yüklenen gerilme o derece fazla olur 

Bu tip silindirlerin en büyük özelliği, serilen tabakaları aşağıdan yukarıya doğru sıkıştırmalarıdır. Serilen gevşek zemin malzemesine silindirin ayakları batarak önce malzemenin altındaki tabakayı sıkıştırır. Her geçişte malzemenin sıkışması artacağından batma miktarı da giderek azalarak, tabaka kalınlığınca aşağıdan yukarıya doğru homojen bir sıkışma elde edilir.
Keçi ayaklı silindirler, özellikle kohezyonlu zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılırlar.

keçi ayağı silindir
keçi ayağı silindir

Küt ayaklı silindirler, keçi ayaklı silindirlerin değişik bir türü olup çalışma prensipleri benzerlik göstermektedir. Yine aynı şekilde silindir kabuğu temas yüzeyine yüksek basınç sağlayan çıkıntılı ayaklardan ibarettir. Ayakların etki alanı keçi ayaklı silindirlere nazaran daha fazla olmakla birlikte basınç etkisi yönünden keçi ayaklı silindirlerden daha az etkilidir ve daha nemli zeminlerde kullanılmaktadır.

Izgaralı silindirler genellikle bir çekici tarafından çekilerek kullanılırlar.

Silindirlerin etrafı ağır çelikle donatılmış ağ şeklinde bir yapıdan ibarettir. Ağır çelik ağlarının altında kalan parçacıkları, yüksek gerilme etkisi altında parçalama yeteneğinden ötürü genellikle yumuşak kayaçların bulunduğu sığ tabakaların sıkıştırılmasında kullanılmaktadır.

Keçi Ayaklı, Küt Ayaklı ve Izgaralı Silindirlerin Kullanıldığı Yerler

  • Bu tip silindirler genellikle yol, hava alanı ve toprak baraj inşaatlarında plastik haldeki orta kohezyonlu zeminler ile oluşturulacak dolguların tabakalar halinde sıkıştırılmasında kullanılırlar.
  • Keçi ayaklı silindirler özellikle kuru kohezyonlu zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılır.
  • Killi zeminler için keçi ayaklı ve siltli zeminler için küt ayaklı silindir daha uygundur. Granüler zeminler için bu tip silindirler uygun değildir. Çünkü sıkıştırma sırasında ayakların altına gelen granüler taneler kayarak sıkışmaya karşı koymaktadır. Kuru kohezyonlu zeminlerin sıkıştırılması bu tip silindirler ile mümkün ise de optimum su içeriğinde en iyi neticeyi verirler. Ancak kalın tabakaların sıkıştırılması için çok fazla geçiş sayısına ihtiyaç gösterirler. Serilen tabaka kalınlığı ayak yüksekliğine eşit ise en ideal sıkışma elde edilmektedir .
  • Keçi ayaklı silindirler genellikle siltli ve killi yani, ince kohezyonlu zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılır .
  • Izgaralı silindirler, çelik kısmın bağlantı noktalarının altındaki yüksek uç gerilmeler ile parçacıkları ezme özelliğinden dolayı, özellikle yumuşak kaya tabakalarını sıkıştırmak için uygundur.

Vibrasyonlu Silindirler

Kohezyonsuz zeminlerin en iyi titreşimli yükler altında sıkıştığı, laboratuarda ve arazide deneysel olarak gösterilmiştir. Bu gerçekten hareketle, silindirlerin üzerine titreşim yaratan makineler yerleştirerek basınç ve titreşim etkisinden birlikte yararlanılmak yoluna başvurulmaktadır .

Vibrasyonlu silindirlerde şu hususlara dikkat edilmelidir;

Manevra sırasında kesinlikle vibrasyon yapılmamalıdır,

Silindir izleri oluşturmamak için sıkıştırmalar vibrasyonsuz olmalıdır.

Vibrasyonlu silindirlerde en iyi sonuç 2000-3000 dev/dk’ lık frekans ve 0,4-0,8 mm nominal genlik ile elde edilir. 

Vibrasyonlu Silindirlerin Kullanıldığı Yerler

  • Vibrasyonlu silindirler arazide kohezyonsuz zemin tabakalarının sıkıştırılmasında en etkili sıkıştırıcılardır.
  • Asfalt kaplamalarda, toprak zeminlerin aksine yüksek frekans-düşük genlik ile sıkıştırmada daha iyi sonuç vermektedir,
  • Özellikle ek yerlerinde en iyi sıkıştırmayı sağlarlar,
  • Kalın tabakaların sıkıştırılmasında daha iyi sonuç verirler,
  • Soğuk ve rüzgarlı havalarda daha az geçişe gereksinim duydukları için daha elverişlidirler,
  • Vibrasyonlu sıkıştırmada, demir bandajlılara göre daha homojen sıkışma elde edilir,
  • Demir bandajlılarda kenar şeritler orta şeritlere göre daha az sıkışırken vibrasyonlu silindirde daha düzgün bir sıkışma elde edilir.

Yolların sıkıştırılması – Kompaktörler

Büyük sıkıştırma aletlerinin kolaylıkla giremediği yerlerde elle çalıştırılan titreşimli sıkıştırıcılar kullanılır. Motoru üzerine monte edilmiş bu kompaktörlerin boyutları genellikle (25×25 cm) ile (125×125 cm) arasında değişmekte olup şekilde tipik bir örnek gösterilmiştir.

Zemin sıkıştırma kompaktör
Zemin sıkıştırma kompaktör

Sıkıştırma Aletleri ile İlgili Son Gelişmeler

Yolların sıkıştırılması – AMIR (HIPAC) Silindirleri

Karayolu inşasında asfalt kaplama tabakasının sıkıştırılmasında, demir bandajlı silindirler yaygın olarak kullanılmaktadır ancak ağır demir bandaj altında asfalt kaplama tabakasında silindir çatlakları oluşabilmektedir. Çünkü asfalt tabakası yüzeyi ile silindir bandaj yüzeyi arasında çok küçük bir temas alanı bulunmakta ve silindir, kaplama yüzeyinde hareket halinde iken bandaj önündeki tabaka ötelenmekte, bandajın arka kısmında ise çekme kuvveti oluşmaktadır. Bu itme ve çekme kuvvetleri de asfalt tabakasında çatlamaya neden olmaktadır. İşte bu silindir çatlaklarını önlemek için devrim niteliğinde bir silindir tipi olan AMIR (Asphalt Multi Integrated Roller) diğer adıyla HIPAC (Hot Iron Process Asphalt Compaction) geliştirilmiştir.

Şekilde görüldüğü üzere silindirlerin üzerlerinde geniş lastik kemerler bulunmakta olup bu sayede düzgün (üniform) bir silindirleme yüzeyi oluşturularak asfalt tabakasındaki silindir çatlakları önlenmektedir. AMIR/HIPAC silindirleri vibratörlü, pnömatik ve statik demir bandajlı olarak uygulanabilmektedir.

Sürekli temas yüzeyinden dolayı, lastik kemerler, demir bandajlı silindirlere nazaran kaplamaya 30 kat daha uzun süre yükleme yaparlar ancak buna karşılık daha düşük gerilme uygularlar. Bu tip silindirler çok düşük temas basıncı ile sıkıştırma yapmalarına rağmen istenen düzeyde yolların sıkıştırılması işlemini yapabilirler.

AMIR/HIPAC Silindiri
AMIR/HIPAC Silindiri

Yolların sıkıştırılması – Sıkıştırıcı Finişer Tablası

İyi ve düzgün bir asfalt kaplama imalatı için finişer serme tablası altında homojen ve yeterli bir sıkıştırmanın elde edilmesi gerekir. Lastik tekerlekli silindirlerin en az düzeyde tekerlek izi oluşturması ve demir bandajlı silindirlerin önünde sıcak karışımın yığılmaması için, finişer tablası arkasındaki sıkıştırmanın %90-92 düzeyinde gerçekleştirilmesi istenir.

Bu amaçla son zamanlarda tamper ve vibratörlere ek olarak dikine çalışan bıçaklarla sıkıştırma sağlayan tablalar geliştirilmiş olup aşağıdaki şekilde buna bir örnek gösterilmiştir. Tamper, karışımın optimum seviyede ön sıkışmasını sağlar. Tamper hızı, yani dakikadaki hareket sayısı ile tamperin sıcak karışım içerisine batma derinliği, karışımın cinsine ve serme kalınlığına göre önceden veya çalışma anında ayarlanabilir. Aynı serme tablası üzerinde vibratörlerin ve tamperin birlikte çalıştığı finişerler mevcuttur.

Son yıllarda, finişer serme tablasının sıkıştırma kapasitesini arttırmak için, tablalara yüksek sıkıştırma bıçakları olarak tanımlanan bir veya iki adet bıçak eklenmiştir. Yüksek sıkıştırma bıçakları, serme tablalarının arka tarafına bir veya iki adet olarak yerleştirilmiştir. Böylece, malzemenin öne doğru ve tablanın yan plakları sayesinde de yana doğru akışı engellenir ve mümkün olabilecek en yüksek sıkıştırma elde edilir.

Sıkıştırıcı Finişer Tablası
Sıkıştırıcı Finişer Tablası

İhtiyaç olmaması halinde, yüksek sıkıştırma sistemi kapatılabilir ve tabla standart sıkıştırmalı olarak çalıştırılabilir. Finişer operatörü yüksek sıkıştırma bıçaklarının hızını ve batma derinliğini ayarlayabilir. Yüksek sıkıştırma bıçaklarıyla elde edilen sıkıştırma sayesinde silindirler ile yapılması gerekli geçiş sayısı en aza indirilmiş ve kürekçi, gelberici sayısı azaltılmıştır.

 

 

 

 

Kaynak

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
İnş. Müh. Halil İbrahim YUMRUTAŞ

Paylaşmak Güzeldir

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir