Efektif Kalınlıklar Yöntemi ile Takviye Tabakası Tasarımının Yorulma ve Tekerlek İzinde Oturma Parametreleri Yönünden Mekanik Analizi

Öz

Karayolu üst yapıları hizmet ömürleri boyunca trafik ve çevresel koşulların etkisinde deformasyon, ayrışma ve çatlama şeklinde temelde üçe ayrılan bozulmalara maruz kalırlar. Stabilite ve performans yönünden zayıflayan üst yapılarda, takviye tabakası imalatı ile hizmet koşullarının iyileştirilmesi ve yolun ilk hizmete başladığı dönemdeki koşullara geri dönmesi amaçlanır. Bu çalışmada, bozulmaya başlayan bir karayolunda takviye tabakası kalınlığının tahmini için kullanılan efektif kalınlıklar yöntemine son yıllarda literatürde sıklıkla kullanılan mekanistik-ampirik yaklaşım ile bir değerlendirme yapılması amaçlanmıştır. Bu amaçla yeni hizmete açılmış referans bir yol kesiti, efektif kalınlık belirleme katsayıları kullanılarak takviye tabakası ihtiyacı olacak şekilde deforme edilmiştir. Referans ve deforme kesitlerin yük altındaki mekanik tepkileri hesaplanarak oluşan birim deformasyonlar arasında anlamlı bir ilişki olup olmadığı analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, referans kesitin taban zemini üzerinde meydana gelen düşey birim şekil değiştirme değerlerinin bozulmuş kesit değerlerine oranı, çok bozulmuş kesitlerde %34-37, orta seviyeli bozulmuş kesitlerde %67-70 olarak elde edilmiştir. Ayrıca elde edilen bu değerlerin farklı taban zemini rijitlikleri için de sabit kaldığı belirlenmiştir. Çalışma sonuçları, mekanik olarak elde edilen bu oranların takviye tabakası ihtiyacının belirlenmesinde etkin olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Esnek üst yapılar
• üst yapı bozulması
• takviye tabakası tasarımı
• mekanistik analiz

Mechanical Analysis of Overlay Design Using the Effective Thickness Method in Terms of Fatigue and Rutting Performance Parameters

Öz

Highway pavements are subjected to three primary modes of deterioration, namely deformation, ravelling, and cracking, due to traffic loading and environmental effects throughout their service lives. When structural capacity and functional performance are compromised, rehabilitation aims to restore serviceability through overlay construction. This study evaluates the effective thickness method for estimating overlay thickness in deteriorated pavements within a mechanistic–empirical framework. For this purpose, a reference pavement section was subjected to low, medium, and high distortion levels defined by the distortion coefficients of the effective thickness method. Mechanical responses of both the reference and distorted sections were computed, and statistical analyses were conducted to quantify the relationship between the resulting strain responses. The ratio of vertical compressive strain at the top of the subgrade in the reference section to that in the distorted section ranged between 34–37% for severely distorted pavements and 67–70% for moderately distorted pavements. These ratios remained largely insensitive to variations in subgrade stiffness. The results suggest that the identified strain ratios may provide a rational basis for determining overlay requirements in pavement rehabilitation design.

Anahtar Kelimeler

• Flexible pavements
• pavement deterioration
• overlay design
• mechanistic analysis.

Kaynakça

1. İnanlı B. Mekanistik Ampirik Üstyapı Tasarımının Mevcut Bir Yolda Kullanılması ve Bakım/Onarımın Performansa Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Bahçeşehir Üniversitesi, İstanbul, 2016.
2. Karakaş A.S. Bitümlü Sıcak Karışımların Trafik Etkisi Altında Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Elazığ, 2014.
3. Armağan K. Karayolunun AASHTO Metoduna Göre Tasarımı ve Türkiye Kalibrasyonu. Doktora Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, 2019.
4. Yağtu İ. Rijit Üstyapıların Köy Yollarında Uygulanabilirliği: Eskipazar Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Karabük, 2019.
5. Hanlı E. Esnek Yol Üstyapısında Oluşan Bozulmalar ve Değerlendirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2009.
6. Sağlık A., Güngör A.G. Esnek Üstyapılar Projelendirme Rehberi. Ankara: Karayolları Genel Müdürlüğü, 2008.
7. Doğan O. Esnek Üstyapılı Devlet Yollarındaki Bozulmaların Bulanık Mantık ile Tahmini. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2006.
8. Aslan H. Esnek Kaplamalı Karayollarında Meydana Gelen Deformasyonların Değerlendirilmesi: Kırıkkale Keskin Yolu Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Çankırı Karatekin Üniversitesi, Çankırı, 2022.

9. Bağdatlı M.E.C., Yıldırım M.C. Karayolu Üstyapılarındaki Bozulmaların Bakım Maliyetlerine Etkisi. Nevşehir Bilim ve Teknol Derg 2017; 6(1): 102–111.
10. Ilıcalı M., Tayfur S., Özen H., Sönmez _, Eren K. Asfalt ve Uygulamaları. İstanbul: Yıldız Teknik Üniversitesi Yayın Merkezi, İsfalt Seçil Ofset, 2001.
11. Ayçiçek S. Esnek Üstyapılarda İmalat ve Uygulama Kusurları. Yüksek Lisans Tezi, Bahçeşehir Üniversitesi, İstanbul, 2011.
12. Demir M.C. Esnek Yol Üstyapılarında Takviye Tabakası Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2001.
13. Highway Design Manual Chapter 600 Design of the Pavement Structural Section. 2000.
14. Karayolları Esnek Üstyapıları Projelendirme Rehberi. 1995.
15. Huang Y.H. Pavement Analysis and Design. 2nd ed. New Jersey: Pearson Prentice Hall, 2004.
16. Abaza K.A. Performance-Based Models for Flexible Pavement Structural Overlay Design. J Transp Eng 2005; 131(2): 149–159.
17. Soós Z., Tóth C. Simple Overlay Design Method for Thick Asphalt Pavements Based on the Method of Equivalent Thicknesses. Period Polym Civ Eng 2017; 61(3): 389–397.
18. Tutumluer E., Sarker P. Development of Improved Overlay Thickness Design Alternatives for Local Roads (Research Report No. FHWA-ICT-15-008). Illinois Center for Transportation, University of Illinois at Urbana-Champaign; Illinois Department of Transportation; Federal Highway Administration, 2015.
19. Abaza K.A., Murad M.M. Predicting Remaining Strength of Flexible Pavement and Overlay Design Thickness with Stochastic Modeling. Transp Res Rec 2009; 2094(1): 62–70.
20. Gong H., Sun Y., Huang B. Estimating Asphalt Concrete Modulus of Existing Flexible Pavements for Mechanistic-Empirical Rehabilitation Analyses. J Mater Civ Eng 2019; 31(11): 04019252.
21. Rabaiotti C. Inverse Analysis in Road Geotechnics. Doctor of Sciences, Laurea in Ingegneria Civile, Universita Degli Studi di Parma, Italy, 1975.
22. Khweir K.A. United Kingdom Overlay Design of Flexible Pavement: Determination of the Important Parameters. J Transp Eng 2012; 138(3): 324–331.
23. Wasanta T., Subagio B.S., Wibowo S.S., Hariyadi E.S. Comparative Analysis of Overlay Thickness Using the Asphalt Institute’s and MEPDG with KENLAYER. Int J GEOMATE 2024; 26(118): 57–64.
24. Sahis M.K., Biswas P.P., Mandal G.C., Paul S. A Mechanistic Empirical Design of Bituminous Overlay on Flexible Road Pavement Using Vertical Interface Deflection as Design Parameter. Lect Notes Civ Eng 2024; 523: 408–417. Springer.
25. Abo Hashema M. Artificial Neural Network Approach for Overlay Design of Flexible Pavements. Int Arab J Inf Technol 2009; 6(2): 204–212.
26. Deshpande V.P., Damnjanovic I.D., Gardoni P. Effects of Overlay Designs on Reliability of Flexible Pavements. Struct Infrastruct Eng 2012; 8(2): 185–198.
27. Zhou F., Hu S., Scullion T. Advanced Asphalt Overlay Thickness Design and Analysis System. J Assoc Asph Pav Technol 2010; 79: 597–634.
28. Ullidtz P., Harvey J., Basheer I., Jones D., Wu R., Lea J., Lu Q. CalME, a Mechanistic–Empirical Program to Analyze and Design Flexible Pavement Rehabilitation. Transp Res Rec 2010; 2153: 143–152.
29. Köse B., Bostancıoğlu M. Üstyapı Sayısı Değişmeyen AASHTO-93 Kesitlerinin Mekanistik-Ampirik Yöntemler ile Yol Ömrü Analizi. Fırat Univ Müh Sci Derg 2025; 37(1): 475–486.
30. Mashayekhi M., Amini A.A., Behbahani H., Nobakht S. Comparison of Mechanistic-Empirical and Empirical Flexible Pavement Design Procedures of AASHTO: A Case Study. 5th Int Conf Bitum Mix Pavements 2011; 319–328.
31. Hadi M.N.S., Bodhinayake B.C. Non-Linear Finite Element Analysis of Flexible Pavements. Adv Eng Softw 2003; 34(11–12): 657–662.
32. Ekwulo E., Eme D. Fatigue and Rutting Strain Analysis of Flexible Pavements Designed Using CBR Methods. Afr J Environ Sci Technol 2009; 3(12): 412–421.
33. Samad E. Sensitivity Analysis in Flexible Pavement Performance Using Mechanistic-Empirical Method (Case Study: Cirebon–Losari Road Segment, West Java). J Civ Eng Forum 2011; 20: 1163–1174.
34. Sarkar A. Numerical Comparison of Flexible Pavement Dynamic Response Under Different Axles. Int J Pavement Eng 2016; 17(5): 377–387.
35. Zhao J., Wang H. Mechanistic-Empirical Analysis of Asphalt Pavement Fatigue Cracking under Vehicular Dynamic Loads. Constr Build Mater 2021; 284: 122877.
36. Bostancıoğlu M. Mekanistik Ampirik Esnek Üstyapı Tasarım Modellerinin Tabaka Kalınlık ve Rijitlik Oranlarına Bağlı Olarak Karşılaştırılması. Gümüşhane Univ Fen Bil Enst Derg 2021; 11(1): 91–102.
37. Muniandy R., Aburkaba E., Thamer N. Comparison of Flexible Pavement Performance Using Kenlayer and Chev PC Software Program. Aust J Basic Appl Sci 2013; 7: 112–119.
38. Chegenizadeh A., Keramatikerman M., Nikraz H. Flexible Pavement Modelling Using Kenlayer. Electron J Geotech Eng 2016; 21(7): 2467–2479.
39. Ghanizadeh A., Ziaie A. Nonpas: A Program for Nonlinear Analysis of Flexible Pavements. Int J Integr Eng 2015; 7(1): 21–28.
40. Tunç A. Kaplama Mühendisliği ve Uygulamaları. İstanbul: Asil Yayın Dağıtım, 2004.