Granüler yol malzemeleri için regresyon yöntemiyle Esneklik modülü (Mr) tahmin modeli geliştirilmesi

Öz

Yol üstyapılarının mekanik-ampirik tasarımında granüler malzemelerin mekanik direncinin tespiti amacıyla kullanılabilecek en gerçekçi parametre Esneklik modülü olarak karşımıza çıkmaktadır. Esneklik modülü uygulanan gerilme durumuna, yükleme süresine, su muhtevasına, kuru yoğunluğa ve gradasyon gibi faktörlere bağlı olarak değişim göstermektedir.

Bu çalışma kapsamında, ülkemizdeki yol inşaatlarında kullanılmakta olan volkanik kökenli agregalardan elde edilen deneysel bulgular kullanılarak agrega karışımlarının Esneklik modülünü (M_r) tahmin etmek amacıyla matematiksel bir model oluşturulmuştur. Çalışmada kullanılan agrega örnekleri (bazalt ve traki-bazalt) Anadolu yarımadasının güney ve iç bölgelerinden farklı ocaklardan temin edilmiştir. Çalışmanın deneysel kısmında dinamik üç eksenli deneyi uygulanarak silindirik numunelerin esneklik modülü bulunmuştur. Daha sonra elde edilen deneysel bulgular kullanılarak matematiksel bir model oluşturulmuştur.

Çoklu regresyon yöntemiyle oluşturulan modelde, agrega fiziksel özellikleri, agrega karışım özellikleri ve numune yükleme durumu ile ilgili parametreler (8 farklı değişken) giriş verisi olarak alınmış ve agrega karışımlarına ait M_r değeri çıkış parametresi olarak elde edilmiştir. Yeni ortaya konan model, Uzan modeli gibi geleneksel tahmin modellerine alternatif olarak ortaya konmuş ve bu modeller ile istatistiki olarak karşılaştırılmıştır. Çoklu regresyon yöntemiyle elde edilen performans değerleri oldukça yüksek çıkmıştır  (R²:0,98, SE:10,51). Model belirli değişkenler kullanılarak, yeni giriş değerleri için sonuç üretebilmektedir. Bunun sonucu olarak, gerçek-zamanlı olarak farklı gerilmeler altındaki esneklik modülü değerinin hesaplanabilmesini mümkün kılmaktadır. 

Anahtar Kelimeler

• Granüler malzemeler,yol üstyapısı,esneklik modülü,çoklu regresyon

Prediction of base and subbase resilient modulus (Mr) using regression methodology

Öz

Resilient modulus is an important design parameter for highway pavement structures because it represents the structural strength of pavement layers. The resilient modulus depends on the factors such as applied stress, loading time, water content, dry density and gradation.

This paper demonstrates the applicability of regression methodology for estimating the (M_r) Resilient modulus of pavement layers using the results of dynamic triaxial tests. Aggregate samples were collected from several different quarries of central Anatolia. All of the aggregate sources were igneous rock (basalt, and trachy-basalt). Initial work content of triaxial tests to obtain the resilient modulus of cylindrical aggregate samples. Than new mathematical model proposed by using the results of dynamic triaxial tests.

In the regression model; aggregate physical properties, aggregate mixture properties and loading factors (a total of 8 variables) which are used as input parameters and the resilient modulus of the aggregate mixture obtained as output. In order to compare the effectiveness of the new method, coefficients for the Uzan constitutive model were also determined for laboratory testing and were compared with the approach described in this paper. Performance parameters of R² :0.98 and Standard error:10.51 was obtained from model prediction. These results are quite sufficient, and the regression model assumed the resilient response to be like a function by using the stated material parameters. So, this approach makes it possible to estimate the resilient modulus of the different aggregates samples in real-time.  

Anahtar Kelimeler

• Granular materials,highway pavements,resilient modulus,linear multiple regression

Kaynakça

1. 1. Karaşahin M., Tığdemir M., Türkiye koşullarında uygun bir esnek üstyapı kalınlık tasarım metodu geliştirilmesi için yeni bir yaklaşım, 2. Ulusal Asfalt Sempozyumu Asfalt’98. Ankara, pp: 238-247, 1998.
2. 2. Kalcheff I.V. and Hicks R.G., A Test procedure for determining the resilient properties of granular materials. Journal of Testing and Evaluation, ASTM, Vol. 1 No.6, Nov 1973.
3. 3. Rada G., Witczak M.W., Comprehensive evaluation of laboratory resilient moduli results for granular material, Transportation Research Record (TRB), Vol 810, pp: 23-33, 1981.
4. 4. Thompson M.R. and Smith K.L., Repeated triaxial characterization of granular bases, Transportation Research Record (TRB), Vol 1278, 1990. 5. Yılmaz A., Karaşahin M., Çağlar M.F., Granüler yol malzemeleri için düşük maliyetli dinamik üç eksenli test cihazı geliştirilmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12-1, 26-34, 2008.
5. 6. Lekarp F., Isacsson U. and Dawson A., State of art I: Resilient response of unbound aggregates, Journal of Transportation Engineering, ASCE, Vol 1, pp. 66-75, 2000.
6. 7. Papagiannakis A.T. and Masad E.A., Pavement design and materials, John Wiley & Sons, New York ABD., 2012.
7. 8. Mohammad L.N., Herath A., Abu-Farsakh M.Y., Gaspard K., Gudishala R., Prediction of resilient modulus of cohesive subgrade soils from dynamic cone penetrometer test parameters, Journal of Materials in Civil Engineering 19 (11), pp. 986-992, 2007.
8. 9. Çöleri E, Güler M., Güngör A., Harvey J., Prediction of subgrade resilient modulus using genetic algorithm and curve-shifting methodology, alternative to nonlinear constitutive models, Transportation Research Record (TRB), Vol 2170, pp. 64-73, 2010.

9. 10. Han Z., Vanapalli S.K., State-of-the-Art: Prediction of Resilient Modulus of Unsaturated Subgrade Soils,, International Journal of Geomechanics, Volume 16, Issue 4 - August 2016.
10. 11. Sadrossadat E., Heidaripanah A., Osouli S., Prediction of the resilient modulus of flexible pavement subgrade soils using adaptive neuro-fuzzy inference systems, Construction and Building Materials, Vol 123, Pages 235-247, October 2016.
11. 12. Arshad M., Correlation between resilient modulus (Mr) and constrained modulus (Mc) values of granular materials, Construction and Building Materials, Vol 159, Pages 440-450, January 2018.
12. 13. Nagula S.S, Robinson R.G. and Krishnan J.M., Mechanical characterization of pavement granular materials using hardening soil model, International Journal of Geomechanics, Vol 18, Issue 12 - December 2018.
13. 14. Bilodeau J.P., Plamondon C.O., Estimation of resilient modulus of unbound granular materials used as pavement base: combined effect of grain-size distribution and aggregate source frictional properties, Materials and Structures, Vol 49, Issue 10, pp 4363–4373, October 2016.
14. 15. AASHTO TP46, Standard test method for determining the resilient modulus of soils and aggregate materials, Standard specifications for transportation materials and methods of sampling and testing, 17th Edition, Washington D.C., 1994.
15. 16. Öztürk Ö., Çelikol M., Erkan M., Türkiye agrega sektör reporu, Hazır Beton, Sayı 84, s. 52-56, 2007.
16. 17. Ünsal N., İnşaat mühendisleri için jeoloji. Alp Yayınevi, İstanbul, 1993.
17. 18. Kahveci A.E., Diyarbakır yöresinde bazalt taşının yapı malzemesi olarak kullanımının incelenmesin üzerine bir araştırma, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 2008.
18. 19. Yılmaz Ş., Volkanik bazalt kayaçlarından cam- seramik malzeme üretimi ve özellikleri, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul, 1997.
19. 20. Karayolları Teknik Şartnamesi 2013, Yol altyapısı, sanat yapıları, köprü ve tüneller, üstyapı ve çeşitli işler), Karayolları Genel Müdürlüğü yayınları, Ankara, 2013.
20. 21. Santha B.L., Resilient modulus of subgrade soils: comparison of two constitutive equations, Transportation Research Record (TRB), Vol 1462, pp: 79-90, 1994.
21. 22. Bayazıt M., Oğuz B., Mühendisler için istatistik, Birsen Yayınevi, İstanbul, 1998.
22. 23. Uzan J., Characterization of granular materials, Transportation Research Record (TRB), Vol 1022, pp. 52-59, 1985.