Farklı trafik, zemin, malzeme ve iklim koşulları için mekanistik-ampirik (M-E) yöntemle tasarlanan derzli donatısız rijit üstyapı sistemlerinin karşılaştırılması

Öz

Artan bilgi birikimine bağlı olarak yol üstyapı tasarımlarında da deney ve gözlemlere dayanan geleneksel ampirik katalog yöntemler, yerini yeni nesil mekanistik-ampirik (M-E) tasarım yöntemlerine bırakmaktadır. M-E tasarım yönteminde özellikle iklim, trafik ve çevresel etkilerden dolayı üstyapı üzerinde meydana gelecek gerilme, gerinim ve deformasyonlar uzun vadede hesaplanarak çatlak, faylanma ve pürüzlülük gibi üstyapı performansını etkileyen zamana bağlı bozulmalara dönüştürülmektedir. Tasarım dönüştürülen bu bozulmalara göre gerçekleşmektedir. Fakat bu yöntemde istenen verilerin detayı ve miktarı, gelişmekte olan ülkelerde üstyapı yönetim sistemlerindeki eksiklikler nedeniyle uygulanabilirliğini zorlaştırmaktadır. Bu sebeple Türkiye gibi birçok gelişmekte olan ülke hem rijit hem de esnek üstyapı tasarımında Amerikan Karayolları Birliği (AASHTO) tarafından geliştirilen ampirik AASHTO 1993 tasarım yöntemini günümüzde halen kullanmaktadır. Bu çalışma kapsamında, Türkiye’deki farklı iklim sınıflarını yansıtan on farklı il bölgesi (İstanbul, Afyonkarahisar, Mersin, İzmir, Rize, Eskişehir, Erzurum, Konya, Kayseri, Şanlıurfa) için 20 ve 40 yıllık servis süresilerinde farklı trafik, zemin ve beton dayanım sınıfının derzli donatısız üstyapı tasarım kalınlığına ve derz aralıklarına etkileri M-E tasarım yöntemi ile belirlenmiştir. Her bölge için, üç farklı trafik hacmi (YOGKT-1000-7500-15000), üç farklı zemin tipi (A-1-b, A-2-6, A-7-5), iki farklı beton dayanım sınıfı (C30, C40) için toplam 360 tasarım yapılmıştır. Analizler sonucunda, M-E tasarım yönteminin geleneksel AASHTO 93 Ampirik yönteminden en önemli farklarından birisi olan iklim etkisinin, üstyapı tasarımlarında oldukça etkili olduğu görülmüştür. Dolayısıyla farklı iklim koşullarında; zemin tipinin, trafik hacminin ve beton dayanım sınıfının; plaka kalınlığına ve derz aralığına etkisi açıkça bu çalışma kapsamında ortaya konmuştur. Buna ek olarak, AASHTO 93 ampirik yönteminde derz aralıkları tecrübe ve gözlemlere dayalı olarak öngörülebilmektedir. Fakat M-E tasarım yöntemiyle derz aralıklarının tespit edilebilmesi ülkemiz gibi beton yol deneyimi olmayan ülkeler için büyük avantaj sağlayacaktır. Bu çalışmanın bir başka çıktısı da beton plakanın malzeme özelliklerinin tasarım üzerinde çok büyük etkisi olması sebebiyle M-E yöntemiyle daha yenilikçi malzemelerin beton yol inşaatında kullanılmasının mümkün olmasıdır.

Anahtar Kelimeler

• Derzli donatısız rijit üstyapı (JPCP)
• mekanistik-ampirik tasarım
• iklim
• plaka kalınlığı
• derz aralığı

Comparison of jointed plain concrete pavement systems designed by mechanisticempirical (M-E) method for different traffic, subgrade, material and climatic conditions

Öz

Purpose: The purpose of this study is to identify the effects of subgrade type, traffic volume and concrete
strength class on slab thickness and joint spacing for Turkey’s different climatic conditions.
Theory and Methods: The effects of different traffic, subgrade and concrete strength classes for 20 and 40
year’s service periods on the thickness and joint spacing of jointed plain concrete pavements are determined
by M-E design method for ten different regions that reflect different climatic classes in Turkey. A total of 360
rigid pavement designs are made for three traffic volumes, three subgrade types and two concrete strength
classes for each region
Results: It is concluded that for jointed plain concrete pavement (JPCP) design, the most effective parameters
are found to be traffic and climate with subgrade type having limited effect. Moreover, regions having a high
temperature differences and pavement carrying higher traffic volume created the worst possible combination
for JPCP design.
Conclusion: Although the effects of climate and joint spacing are not considered in AASHTO 93, these
parameters are significantly important for rigid pavement design, as presented. 

Anahtar Kelimeler

• Jointed plain concrete pavement design (JPCP)
• Mechanistic-Empirical design (M-E)
• Climate
• Slab thickness
• Joint spacing

Kaynakça

1. Huang YH. Pavement analysis and design, Parentice Hall, A.B.D., 1993.
2. Shook JF, Fang H-Y. Cooperatıve Materıals Testıng Programs at the AASHO Road Test. Highway Research Board Spec. Rep. 1961.
3. NCHRP Project 1-37A Report. Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures,. 2004.
4. Ciro C. Local Calibration and Implementation of the Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide for Flexible Pavement Design. Journal of Transportation Engineering 2012.
5. Elshaeb MA, El-Badawy SM, Shawaly E-SA. Development and Impact of the Egyptian Climatic Conditions on Flexible Pavement Performance. American Journal of Civil Engineering and Architecture,2:115–21. doi:10.12691/ajcea-2-3-4,2014.
6. Sadek HA, Masad EA, Sirin O, Al-Khalid H, Sadeq MA, Little D. Implementation of mechanistic-empirical pavement analysis in the State of Qatar. International Journal of Pavement Engineering,15:495–511, 2014.
7. Meteroloji Genel Müdürlüğü. İklim Sınıflandırmaları,Türkiye, 2014. https://www.mgm.gov.tr/FILES/iklim/iklim_siniflandirmalari.pdf.
8. Kottek M, Grieser J, Beck C, Rudolf B, Rubel F. World map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorol Zeitschrift,15:259–63, 2006.

9. Turkish State Meteorological Service. Weather Statistic for 1950-2015 Period in City: Normal and Extreme Recordings, http://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme,2016.
10. Martínez-Echevarría Romero MJ, Tafur Garro NM, Gallardo Zevallos G. Implementation of the mechanistic–empirical pavement design in northern Peru using a calibration coefficient for the International Roughness Index, Constr. Build. Mater., 102:270–80. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.10.167. 2016
11. Özen, M., Tüydeş H. Indicators of Concrete Roads Potential in Turkey. CemenTürk, 2014.
12. Turkish State Railways. Logistic Hub Locations of Turkey. 2016.
13. Turkish General Directorate of Highways. International Highway Network Map of Turkey. 2016.
14. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) NCDC. Annual, Seasonal and Monthly Normals in 1980-2010. 2016.
15. Rui L, W. SC, Barton F. Sensitivity of Predicted Pavement Performance to Climate Characteristics. Airfield Highway Pavement, doi:10.1061/9780784413005.062, 2013.
16. Dzotepe GA, Ksaibati K. The effect of environmental factors on the implementation of the mechanistic-empirical pavement design guide (MEPDG). Mountain-Plains Consortium; 2011.
17. Papagiannakis A, Masad E. Pavement Design and Materials. JohnWiley&Sons. Inc NewJersey 2008.
18. Yeğinboğa A. Türkiye’nin İlk Beton Karayolları. 2. Ankara: TÇMB / AR-GE ENSTITÜSÜ; 2010.
19. Schwartz CW, Li R, Kim S, Ceylan H, Gopalakrishnan K. Sensitivity evaluation of MEPDG performance prediction 2011.