Investigation of The Usability of Kutoren (Eregli/Konya) Basalts as Railway Ballast

Öz

This research aimed to evaluate the potential use of Kutören (Ereğli/Konya) basalts as railway ballast material. Within the scope of the study, on-site investigations were conducted at the basalt quarry, and samples were collected for use in laboratory experiments. A series of tests were conducted on these samples to determine whether they meet the standards stipulated by the TCDD Ballast Technical Specifications. The tests performed included: micro-deval, magnesium sulfate (frost resistance), Los Angeles, water absorption, and grain density tests. Polarizing microscope examinations confirmed the rock's volcanic origin and it was classified as basalt. The tests yielded abrasion resistance of 9% and Los Angeles spalling resistance of 11%. Furthermore, the grain density of the material was 2.84 mg/m3, water absorption was 0.9%, and frost resistance (loss) was 1%. The results of this study revealed that the Kutören (Ereğli/Konya) basalts are suitable for use as railway ballast in both conventional, speed and high-speed train lines. This data offers important information regarding the quarry's potential to supply the ballast demands for existing, ongoing, and projected railway routes.

Anahtar Kelimeler

• Railway Ballast
• Ballast
• High Speed Train
• Basalt
• Micro-Deval
• Kutören Ereğli

Demiryolu Balastı Olarak Kutören (Ereğli/Konya) Bazaltlarının Kullanılabilirliğinin İncelenmesi

Öz

Bu araştırma, Kutören (Ereğli/Konya) bazaltlarının demiryolu balast malzemesi olarak potansiyelini değerlendirmeyi amaçlamıştır. Çalışma kapsamında, bazalt ocağında yerinde incelemeler yapılmış ve laboratuvar deneylerinde kullanılmak üzere numuneler toplanmıştır. Toplanan bu örnekler üzerinde, TCDD Balast Teknik Şartnamesi'nin öngördüğü standartları karşılayıp karşılamadığını belirlemek amacıyla bir dizi test gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler: Mikro-Deval, Magnezyum Sülfat (don dayanımı), Los Angeles, su emme ve tane yoğunluğudur. Polarizan mikroskop incelemeleri sonucunda, kayacın volkanik kökenli bir yüzey kayacı olduğu doğrulanmış ve bazalt olarak sınıflandırılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, aşınma direnci % 9, Los Angeles parçalanma direnci % 11 olarak kaydedilmiştir. Ayrıca, malzemenin tane yoğunluğu 2,84 Mg/m3, su emme oranı % 0,9 ve dona dayanıklılık değeri (kayıp) ise % 1 olarak belirlenmiştir. Bu çalışmanın bulguları, Kutören (Ereğli/Konya) bazaltlarının hem konvansiyonel hem de hızlı tren ile yüksek hızlı tren hatlarında demiryolu balastı gereksinimlerini karşılamak üzere kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Elde edilen bu veriler, bazalt ocağının mevcut, yapım aşamasında ve planlanan demiryolu hatlarının balast ihtiyacına yönelik kullanım potansiyeli hakkında önemli fikir sunacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Demiryolu Balastı
• Balast
• Yüksek Hızlı Tren
• Bazalt
• Mikro-Deval
• Kutören Ereğli

Kaynakça

1. Adomako, S., Engelsen, C. J., Thorstensen, R. T. & Barbieri, D. M. (2021). Review of the relationship between aggregates geology and Los Angeles and micro-Deval tests. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 80(3), 1963-1980. https://doi.org/10.1007/s10064-020-02097-y
2. Ajalloeian, R. & Kamani, M. (2019). An investigation of the relationship between Los Angeles abrasion loss and rock texture for carbonate aggregates. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78, 1555-1563. https://doi.org/10.1007/s10064-017-1209-y
3. Alyamaç, K.E. & Tuğrul Tunç, E. (2020). Farklı test parametreleri için agrega tipinin los angeles aşınma kaybı üzerine etkisi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 32(1), 1-10. https://doi.org/10.35234/fumbd.569198
4. Apaydın, Ö.F. & Yılmaz, M. (2021). Correlation of petrographic and chemical characteristics with strength and durability of basalts as railway aggregates determined by ballast fouling. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 80, 4197–4205. https://doi.org/10.1007/s10064-019-01654-4
5. Bassey, D., Ngene, B., Akinwumi, I., Akpan, V. & Bamigboye, G. (2020). Ballast contamination mechanisms: a criterial review of characterisation and performance ındicators. Infrastructures, 5(11), 94.
6. Bayrak, M. Ç. (2018). Altyapı özelliklerinin demiryolu üstyapısının performansına etkisi [Doktora Tezi]. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
7. Bilgili, L. (2023). Operational greenhouse gas emissions of air, rail, road, and sea transport modes in life cycle perspective. In Transportation Energy and Dynamic, 343-352. Singapore: Springer Nature Singapore. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113367
8. Claisse, P. & Calla, C. (2006). Rail ballast: conclusions from a historical perspective. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Transport, 159(2), 69-74. Thomas Telford Ltd. https://doi.org/10.1680/tran.2006.159.2.69

9. Deiros, I., Voivret, C., Combe, G. & Emeriault, F. (2016). Quantifying degradation of railway ballast using numerical simulations of micro-deval test and in-situ conditions. Procedia Engineering, 143, 1016-1023. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.096
10. Gençoğlu Korkmaz, G. (2019). Emirgazi (Konya) ve çevresindeki volkanitlerdeki anklavların kökeni ve bölge volkanizmasının gelişimindeki petrolojik önemi [Doktora Tezi]. Konya Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü.
11. Gençoğlu Korkmaz, G., Kurt, H., & Asan, K. (2019). Emirgazi (Konya) volkanitlerinin U-Pb zirkon jeokronolojisi ve jeokimyasal-izotopik veriler ile yaşam sürecinin ve orta anadolu volkanizmasındaki konumunun belirlenmesi (Proje No: 118Y252). TÜBİTAK 1002 Hızlı Destek Programı Sonuç Raporu, Konya.
12. Guo, Y., Markine, V., Song, J. & Jing, G. (2018). Ballast degradation: Effect of particle size and shape using Los Angeles Abrasion test and image analysis. Construction and Building Materials, 169, 414-424. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.170
13. Hussain, A. & Hussaini, S. K. K. (2022). Use of steel slag as railway ballast: A review. Transportation Geotechnics, 35, 100779. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2022.100779
14. Jalolova, M., Amirov, L., Askarova, M. & Zakhidov, G. (2022). Territorial features of railway transport control mechanisms. Transportation Research Procedia, 63, 2645-2652. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.06.305
15. Kahraman, E. & Özdemir, A. C., (2024). Çavuşlu (Malatya) granitlerinin demiryolu balastı olarak kullanılabilirliğinin araştırılması, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 39(3), 813-820. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1560212
16. Kahraman, E. & Yapıcı, N., Kurtpınar (Ceyhan) bazaltlarının demiryolu balastı olarak kullanımının değerlendirilmesi, Demiryolu Mühendisliği, 16, 14–22, (2022). https://doi.org/10.47072/demiryolu.1082366
17. Kıpçak, F. (2023). Van Gedikbulak bölgesinde bulunan bazalt kayaçlarının karayolu ve demiryolu yapımında balast malzemesi olarak kullanımı. 11. Uluslararası Mühendislik Mimarlık ve Tasarım Kongresi, 1283-1292, İstanbul.
18. Koralay, T., Çobanoğlu, İ. & Demir, M. (2014). Ofiyolitler içerisindeki gabro dayklarının balast malzemesi olarak kullanılabilirliği inceler (Bozkurt-Denizli) örneği. KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(2), 32-48. https://doi.org/10.17780/ksujes.61480
19. Korkanç, M. (2003). Niğde yöresi bazaltlarının alternatif agrega olarak değerlendirilmesi [Doktora Tezi]. İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
20. Korkanç, M. & Tuğrul, A. (2004a). Evaluation of selected basalts from Niğde, Turkey, as source of concrete aggregate. Engineering Geology, 75(3-4), 291-307. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2004.06.015
21. Korkanç, M. & Tuğrul, A. (2004b). Beton agregası olarak kullanılacak bazaltların alkali-silis reaksiyonu yönünden incelenmesi. İstanbul Yerbilimleri Dergisi, 17(2), 161-169.
22. Kozak, M. (2020). Kalker ve Bazalt Agregaları ile Beton Travers Üretimi. Teknik Bilimler Dergisi, 10(2), 19-25. https://doi.org/10.35354/tbed.679346
23. Kozak, M. (2021). Demiryolu balastının ve özelliklerinin araştırılması. Demiryolu Mühendisliği, 13, 86-96. https://doi.org/10.47072/demiryolu.831684
24. Kozak, M., (2024a). Yenikaracaören (Kütahya) bazaltlarının demiryolu balastı olarak kullanılabilirliği, Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 14(2), 944-952. https://doi.org/10.31466/kfbd.1460637
25. Kozak, M., (2024b). Işıkkara (Kütahya) bazaltlarının demiryolu balastı olarak kullanılabilirliği, Demiryolu Mühendisliği, 20, 25–30. https://doi.org/10.47072/demiryolu.1424191
26. Kozak, M., (2024c). Kolankaya (Eşme/Uşak) andezitik bazaltlarının konvansiyonel demiryolu hatlarında demiryolu balastı olarak kullanılabilirliği, Muş Alparslan University Journal of Science, 12(2), 169-173. https://doi.org/10.18586/msufbd.1519140
27. Kozak, M., (2025). Akin (Sandıklı/Afyonkarahisar) bazaltlarının demiryolu balastı olarak kullanımının değerlendirilmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 37(2), 807-812. https://doi.org/10.35234/fumbd.1728607
28. Kurhan, D., Fischer, S. & Khmelevskyi, V. (2025). Mathematical modeling of the rail track superstructure–subgrade system. Geotechnics, 5(1), 20. https://doi.org/10.3390/geotechnics5010020
29. La Placa, A., Autelitano, F., Neduzha, L., Tiutkin, O. & Giuliani, F. (2025). Roles and functions of asphalt sub-ballast in the modern maintenance of the European railways. International Journal of Transportation Science and Technology. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.090
30. Mengistu, F. & Gebregziabher, H. F. (2021). Assessment of ballast flying in the national railway network of Ethiopia. J. Eng, 13(7), 420-429. https://doi.org/10.4236/eng.2021.137030
31. Montero-Cubillo, N. S., Estaire, J. & Marull, E. (2024). Ballast degradation under different cycles and rotational speeds in micro-Deval equipment. In Geotechnical Engineering Challenges to Meet Current and Emerging Needs of Society, 3159-3164, CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781003431749-621
32. Navikas, D., Sivilevičius, H. & Bulevičius, M. (2018). Investigation and evaluation of railway ballast properties variation during technological processes. Construction and Building Materials, 185, 325-337. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.090
33. Okonta, F. N. & Magagula, S.G. (2011). Railway foundation properties of some south african quarry stones. Electronic Journal of Geotechnical Engineering EJGE, 179-197.
34. Raymond, G. P. (1985). Research on railroad ballast specification and evaluation. Transportation Research Record, 1006, 1-8.
35. Rogers, C. (1998). Canadian experience with the Micro-Deval test for aggregates. Geological Society, London, Engineering Geology Special Publications, 13(1), 139-147. https://doi.org/10.1144/GSL.ENG.1998.013.01.1
36. Sabancı, A. (2018). Pazarcık (Kahramanmaraş) ve Solhan (Bingöl) magmatiklerinin demiryolu balastı olarak kullanılabilirliği [Yüksek Lisans Tezi]. T.C. İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
37. Saussine, G., Quezada, J. C., Breul, P. & Radjai, F. (2014). Railway ballast settlement: a new predictive model. In Proceedings of the Second International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance, Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper, 121.
38. TCDD, (2020). TCDD balast teknik şartnamesi. Türkiye Cumhuriyeti Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı Devlet Demir Yolları İşletmesi Genel Müdürlüğü Araştırma ve Geliştirme Dairesi Başkanlığı, Ankara.
39. TS EN 932-1, (1996). Agregaların genel özellikleri için deneyler-kısım 1 numune alma metotları. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
40. TS EN 932-2, (1999). Agregaların genel özellikleri için deneyler bölüm 2: laboratuvar numunelerinin azaltılması metodu. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
41. TS EN 1097-1, (2011). Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler-bölüm 1: aşınmaya karşı direncin tayini (Mikro- Deval). Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
42. TS EN 1097-2, (2020). Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler bölüm 2: parçalanma direncinin tayini için metotlar. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
43. TS EN 1097-6, (2013). Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler-bölüm 6: tane yoğunluğunun ve su emme oranının tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
44. TS EN 1367-2, (2011). Agregaların termal ve bozunma özellikleri için deneyler-bölüm 2: magnezyum sülfat deneyi. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
45. TS EN 12407, (2019). Doğal taşlar-deney yöntemleri-petrografik inceleme. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
46. TS EN 12670, (2019). Doğal taşlar-doğal taşlar-terimler ve tarifler. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
47. TS 7043 EN 13450, (2006). Demiryolu balastları için agregalar. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
48. Yılmaz, A. (2015). Demiryolu üstyapısında balast kirliliği. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 6(1), 11-17.
49. Yılmaz, A., Saltan, M. & Akıllı, A. (2012). Göller yöresinde işletilen kireçtaşı agregalarının yol inşaatı malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(3), 199-207. https://doi.org/10.5505/pajes.2012.41636
50. Yin, H. & Gao, L. (2019). Experimental and numerical investigation on ballast flight from perspective of individual particles. Applied Sciences, 10(1), 286. https://doi.org/10.3390/app10010286
51. Wiłkomirski, B., Sudnik-Wójcikowska, B., Galera, H., Wierzbicka, M. & Malawska, M. (2011). Railway transportation as a serious source of organic and inorganic pollution. Water, Air, & Soil Pollution, 218, 333-345. https://doi.org/10.1007/s11270-010-0645-0