Yol Taban Zemininde Metakaolin Kullanımının Esnek Üst Yapı Tasarımına Etkisi

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 99 - 118, 15.03.2025

Tacettin Geçkil , Talha Sarıcı , Bahadır Karabaş

https://doi.org/10.31466/kfbd.1486048

Öz

Bu çalışmada, kaolin kilinden elde edilen metakaolin kullanılarak stabilize edilen yol tabanının üzerine tasarlanan esnek bir üstyapıda, bu ıslahın etkileri, tabaka kalınlığı ve yapım maliyeti açısından incelenmiştir. Araştırmanın ilk aşamasında, zemin örneklerinin özellikleri deneysel çalışmalar ile belirlenmiştir. Ardından, zemin örneklerine ağırlıkça %3, %6, %9 ve %12 oranlarında metakaolin ilave edilerek hazırlanan numunelere proktor deneyleri uygulanmıştır. Bu işlemleri takiben, hazırlanan serbest basınç deneyi numuneleri, 28 gün kür sonrasında test edilmiştir. Deneyler sonucunda, en yüksek basınç dayanımının %6 metakaolin içeren karışımlarda elde edildiği belirlenmiştir. Ayrıca, katkısız ve %6 metakaolin katkılı numuneler, 28 gün kür sonrası Kaliforniya taşıma gücü oranı (CBR) deneyine tabi tutulmuş ve %6 metakaolin içeren numunelerin CBR değerinin %95,44 oranında arttığı tespit edilmiştir. Elde edilen bu CBR değerleri kullanılarak, Amerikan Devlet Karayolları ve Ulaştırma Birliği (AASHTO) 1993 esnek yol üstyapı tasarım esaslarına göre üstyapı tabaka kalınlıkları ve maliyetleri hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda, %6 metakaolin ile stabilize edilen yol tabanı sayesinde üstyapı tabaka kalınlıklarının %35,29 oranında, maliyetlerin ise %5,59 oranında azaldığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Düşük plastisiteli kil, Metakaolin, Stabilizasyon, CBR Esnek üst yapı

Teşekkür

Bu çalışma İnönü Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğü'nün İÜ-BAP FDK-2023-3325 numaralı projesi tarafından desteklenmiştir. BAP Koordinasyon Birimi'ne desteklerinden dolayı teşekkür ederiz.

The Effect of Metakaolin Usage in Subgrade on Flexible Pavement Design

Öz

In this study, the effects of a road subgrade stabilized with metakaolin obtained from kaolin clay on the flexible pavement layers designed above it were examined in terms of layer thickness and construction costs. In the first stage of the research, tests were conducted to determine the properties of the soil samples. Subsequently, proctor compaction tests were performed on samples prepared by adding metakaolin to the soil at weight ratios of 3%, 6%, 9%, and 12%. Following these tests, unconfined compression test samples were prepared and tested after a 28-day curing period. The results showed that the highest compressive strength was achieved in mixtures containing 6% metakaolin. Additionally, unmodified and 6% metakaolin-modified samples were subjected to California bearing ratio (CBR) tests after a 28-day curing period. It was found that the CBR value of samples containing 6% metakaolin increased by 95.44%. Using these CBR values, the thickness and costs of pavement layers were calculated based on the 1993 flexible pavement design principles of the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). The calculations revealed that stabilizing the subgrade with 6% metakaolin reduced the pavement layer thicknesses by 35.29% and construction costs by 5.59%.

Anahtar Kelimeler

Low plasticity clay, Metakaolin, stabilization, CBR, Flexible pavement

Kaynakça

• AASHTO (1993). Interim guide for design of pavement structures. American Association of State Highway and Transportation Officials.
• AASHTO (2024). Mechanistic–empirical pavement design guide (MEPDG-3) (3rd ed.). American Association of State Highway and Transportation Officials.
• Abdulkareem, S. A. and Abbas, J. M. (2021). Effect of adding metakaolin-based geopolymer to improve soft clay under different conditions. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 856(1), 012011.
• Attah, I. C., Jonah, C. A., Etim, R. K. and Ogarekpe, N. M. (2019). Modelling and predicting CBR values of lateritic soil treated with metakaolin for road material. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14(20), October.
• Ayyappan, A., Palanikumar, S., Kumar, D. and Vinoth, M. (2017). Influence of geopolymers in the stabilization of clay soil. International Journal of Emerging Technologies in Engineering Research, 5(3), 108-120.
• Badogiannis, E., Papadakis, V. G., Chaniotakis, E. and Tsivilis, S. (2004). Exploitation of poor Greek kaolins: strength development of metakaolin concrete and evaluation by means of k‐value, Cement & Concrete Research, Vol. 34, pp.1035‐1041.
• Bharti, G. Hurukadli, P., Shukla, B. K. (2023). Environmental impact analysis and utilization of copper slag for stabilising black cotton soil. Materials Today: Proceedings 2023,3.
• Bilgen, G., Kavak, A. and Çapar, Ö. F. (2012). Düşük plastisiteli bir kilde katkı olarak çelikhane cürufunun kullanılması ve kireç ile etkileşiminin araştırılması. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), 30-38.
• Chakkor, O. (2021). Kırmızı çamur ve metakaolin tabanlı geopolimer harçların mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi. Doktora tezi, İstanbul Aydın Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü.
• Çelik, M., Kuvat, A., Abut, Y. and Ceyhan E., M. (2024). Biyokömür ile aktive edilmiş küllerin zemin stabilizasyonuna yönelik kullanılabilirliğinin incelenmesi. Yenilikçi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Dergisi, 4(2), 354-371.
• Dabakuyo, I., Mutuku, R. N. and Onchiri, R. O. (2021). Effect of sugarcane molasses on the physical properties of metakaolin based geopolymer stabilized laterite soil. Int. J. Civ. Eng., 8, 1-12.
• Geçkil, T., Sarıcı, T. and Karabaş, B. (2021a). Siyah karbon ile stabilize edilen taban zeminin yol esnek üst yapı maliyetine etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (23), 222-235.
• Geçkil, T., Sarıcı, T. and Karabaş, B. (2021b). Siyah karbon stabilizasyonlu zeminin rijit kaplama kalınlığı ve maliyetine etkileri. El-Cezerî Journal of Science and Engineering (ECJSE), 8(3), 1372–1384.
• Karahan, O. (2011). Metakaolin ve silis dumanı içeren harçların aşınma direncinin karşılaştırılması (Bilimsel araştırma projesi, Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi).
• Karayolları Genel Müdürlüğü (2008). Karayolları Esnek Üstyapıları Projelendirme Rehberi. T.C. Ulaştırma Bakanlığı Karayolları Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı Üstyapı Şubesi Müdürlüğü, Ankara.
• Khatib, J. M. and Hibbert, J. J. (2005). Selected engineering properties of concrete incorporating slag and metakaolin, Construction and Building Materials, 19, 460‐472.
• Kök, B. V. (2019). Karayolu Mühendisliği ve Tasarımı, Nobel Akademik Yayıncılık Ankara.
• Nebioğulları, M. A. (2010). Metakaolin, Yüksek Fırın Cürufu ve Uçucu Kül Katkısının Beton Hidratasyon Sıcaklığına Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde.
• Noor, T. A. and Abbas, J. M. (2023). Effect of Metakaolin on the Swelling and Shrinkage Behaviour of a highly Expansive Soil, Diyala Journal of Engineering Sciences, 10.24237/djes.2023.16205
• Orhan, M. (2013). Zemin Mekaniği Laboratuvar Deneyleri, Gazi Kitabevi Ankara.
• O'Neil, M. W. and Poormoayed, N. (1980). Methodology for foundations on expansive, clays, Journal of Geotechnical Engineering, Division, American Society of Civil Engineers, Vol. 106, No. GT12, p. 1345-1367.
• Onyelowe, K. C., Ebid, A. M., Kontoni, D.N. and Onukwugha, E. R. (2023). Effect Of Metakaolin And Ashcrete Blend On The Mechanical Properties Of Lateritic Soil For Sustainable Subgrade And Subbase Construction, Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design, 8 November.
• Rahgozar, M. A., Saberian, M. and Li, J. (2017). Soil stabilization with non-conventional eco-friendly agricultural waste materials: an experimental study. Transportation Geotechnics, 14, 52-60.
• Reddy, D. S., Kowshik, K., Kishor, M. J., Durga, R. V. and Kumar, V. P. (2018). Enhancement of Soil Properties by using Fly Ash and Metakaolin, International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE) ISSN: 2278-3075, Volume-8 Issue-2S December.
• Sarıcı, T. (2019). Puzolan ile güçlendirilmiş inşaat ve yıkıntı atıklarının granüler dolgu olarak kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi, İnönü Üniversitesi, FBE, Doktora Tezi.
• Shabana, S., Anshi, C., Shamseera, P., Shyamili, T. M., Sruthi, V. and Suhaira, P. (2014). Study on CBR values of soil wıth crushed coconut shells. International Journal of Advanced Engineering Technology, 5(3), 55-58.
• Siddique, R. and Kalus, J. (2009). Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: a review, Applied Clay Science, 43, 392‐400.
• Tunç, A. (2002). Yol mühendisliğinde geoteknik ve uygulamaları. Nobel Yayınevi.
• Tunç, A. (2007). Yol malzemeleri ve uygulamaları. Nobel Yayınevi.
• Uzuner, B. A. (2014). Temel zemin mekaniği. Derya Kitabevi.
• Uzuner, B. A. (2016). Temel mühendisliğine giriş. Derya Kitabevi.
• Umar, S. Y., Yero, S. A, Muhammed, A. and Abdulkarim, I. I. (2022). Effect of Metakaolin on Strength Properties of Lateritic Soil Intended for Use as Road Construction Material. Path of Science: International Electronic Scientific Journal, 8(2).
• Wassie, T. A. and Demir, G. (2024). Mechanical Strength and Microstructure of Soft Soil Stabilized with Cement, Lime, and Metakaolin-Based Geopolymer Stabilizers. Advances in Civil Engineering, Article ID 6613742, 11 pages.
• Yadav, A. K., Kumar, G., Roop, K. and Suman, S. K. (2017). Stabilization of alluvial soil for subgrade using rice husk ash, sugarcane bagasse ash and cow dung ash for rural roads. International Journal of Pavement Research and Technology, 10(3), 254-261.
• Yılmaz, I., Yıldıran, M. and Keskin, İ. (2017). Zemin mekaniği laboratuvar deneyleri ve çözümlü problemler, Seçkin Kitabevi.