Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI

Yıl 2021, Cilt: 26 Sayı: 2, 557 - 572, 31.08.2021
https://doi.org/10.17482/uumfd.848059

Öz

Trafik yükü ve çevresel etkiler altındaki karayolu esnek üst yapılarında meydana gelen temel iki bozulma tipi yorulma çatlakları ve tekerlek izinde oturmadır. Yağış sularının alt tabakalara nüfuz etmesi, agrega-bitüm adezyonun bozulması, yapısal göçmeler, tekerlek-kaplama temasının ve trafik güvenliğinin azalması bu bozulmaların olumsuz yönleri arasında sayılabilir. Bitüm veya karışım modifikasyonu ve yüzey tabakası gradasyonunun değiştirilmesi yorulma çatlakları ve tekerlek izinde oturma problemlerine karşı alınabilecek önlemler arasında sayılabilir. Bu çalışmada yolun hizmet ömrünün artırılması amacıyla lineer fonksiyonel derecelendirme uygulaması yapılmıştır. Granüler alttemel ve temel tabakalarının alt tabakalara bölünmesi ve belirli bir kurala göre rijitliklerinin değiştirilmesi esasına dayanan bu yaklaşımda yüzey tabakası-temel ve alttemel-taban zemini ara kesitlerinin güçlendirilmesi amaçlanmıştır. Mekanistik-ampirik üst yapı dizaynı esas alınarak yapılan analizlerde Asfalt Enstitüsü yöntemine göre yolun yorulma ömrünün %62,3, sürekli deformasyon (tekerlek izinde oturma) ömrünün %36,4’e varan oranlarda arttığı belirlenmiştir. Fonksiyonel derecelendirme ile alt tabakalara ayrılan tabakanın ortalama rijitliğinin değişmiyor olması ve sağlanan iyileşmenin teorik olarak ek maliyet gerektirmemesi çalışmanın dikkat çekici bir diğer yönü olarak vurgulanabilir.

Kaynakça

  • Amirinezhad, H., Tarkashvand, A. ve Talebitooti, R. (2020). Acoustic Wave Transmission Through a Polymeric Foam Plate Using the Mathematical Model of Functionally Graded Viscoelastic (FGV) Material. Thin-Walled Structures, 148. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106466
  • Behiry, A. E. A. E. M. (2012). Fatigue and Rutting Lives in Flexible Pavement. Ain Shams Engineering Journal, 3(4), 367–374. https://doi.org/10.1016/j.asej.2012.04.008
  • Bohidar, S. K., Sharma, R. ve Mishra, P. R. (2014). Functionally Graded Materials: A Critical Review. International Journal of Research, 1(7), 289–301. https://journals.pen2print.org/index.php/ijr/article/view/378#.XO0ZqXktAjs.mendeley
  • Chegenizadeh, A., Keramatikerman, M. ve Nikraz, H. (2016). Flexible Pavement Modelling Using Kenlayer. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 21(7), 2467–2479.
  • Çömez, İ. (2015). Contact Problem for a Functionally Graded Layer Indented by a Moving Punch. International Journal of Mechanical Sciences, 100, 339–344. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2015.07.006
  • Ekwulo, E. O. ve Eme, D. B. (2009). Fatigue and rutting strain analysis of flexible pavements designed using CBR methods. African Journal of Environmental Science and Technology, 3(12), 412–421. https://doi.org/10.1080/14680629.2007.9690094
  • Furtana, B., Yalçın, E., Kök, B. V. ve Yılmaz, M. (2019). EVA Bazlı Reçine Modifiyeli Bitümlü Karışımların Mekanik Özellikler Bakımından SBS Modifikasyonu ile Karşılaştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 31(2), 497–506. https://doi.org/10.35234/fumbd.558758
  • Geçkil, T. (2008). Sı̇yah Karbonun Bı̇tümlü Sıcak Karışımların Özellı̇klerı̇ne Etkı̇sı̇nı̇n Araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
  • Ghayesh, M. H. (2018). Dynamics of Functionally Graded Viscoelastic Microbeams. International Journal of Engineering Science, 124, 115–131.
  • Ghayesh, M. H. (2019). Mechanics of Viscoelastic Functionally Graded Microcantilevers. European Journal of Mechanics, A/Solids, 73(September 2018), 492–499. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2018.09.001
  • Giannakopoulos, A. E. ve Pallot, P. (2000). Two-Dimensional Contact Analysis of Elastic Graded Materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 48(8), 1597–1631. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(99)00068-X
  • Graczyk, M., Rafa, J. ve Zofka, A. (2016). The Selected Problems of Multi-layer Pavements - Influence of Composite Impacts Vehicles and Climatic Factors on the Behavior of Roads Pavements. Transportation Research Procedia, 14, 2487–2496. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2016.05.316
  • Güler, M. A. ve Erdogan, F. (2004). Contact Mechanics of Graded Coatings. International Journal of Solids and Structures, 41(14), 3865–3889. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2004.02.025
  • Hadi, M. N. S. ve Bodhinayake, B. C. (2003). Non-Linear Finite Element Analysis of Flexible Pavements. Advances in Engineering Software, 34(11–12), 657–662.
  • Hainin, R., Reshi, W. F. ve Niroumand, H. (2012). The Importance of Stone Mastic Asphalt in Construction. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 17 HR(January 2012), 49–56.
  • Huang, Y. H. (2004). Pavement Analysis and Design (2nd ed.). Pearson Prentice Hall.
  • Karakas, A. S., Kuloglu, N., Kok, B. V. ve Yilmaz, M. (2015). The Evaluation of the Field Performance of the Neat and SBS Modified Hot Mixture Asphalt. Construction and Building Materials, 98, 678–684. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.140
  • Ke, L. L. ve Wang, Y. S. (2006). Two-Dimensional Contact Mechanics of Functionally Graded Materials with Arbitrary Spatial Variations of Material Properties. International Journal of Solids and Structures, 43(18–19), 5779–5798.
  • Ke, L. L. ve Wang, Y. S. (2007). Two-Dimensional Sliding Frictional Contact of Functionally Graded Materials. European Journal of Mechanics - A/Solids, 26(1), 171–188.
  • Kök, B. V., Yılmaz, M. ve Akpolat, M. (2014). Evaluation of the Conventional and Rheological Properties of SBS + Sasobit Modified Binder. Construction and Building Materials, 63, 174–179. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.015
  • Kök, B. V. ve Çolak, H. (2011). Laboratory Comparison of the Crumb-Rubber and SBS Modified Bitumen and Hot Mix Asphalt. Construction and Building Materials, 25(8), 3204–3212.
  • Miteva, A. M. (2014). An Overview of the Functionally Graded Materials. Machines. Technologies. Materials, 8(3), 13–16.
  • Mousa, M. R., Abo-Hashema, M. A., Gadallah, A. A. ve Mousa, R. M. (2015). Evaluation Of Pavement Performance Prediction Models Under Different Traffic And Climatic Conditions. International Conference on Asphalt, Pavement Engineering, and Infrastructure., February 2016. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3311.9767
  • Muniandy, R., Eltaher, A. ve Thamer, N. (2013). Comparison of flexible pavement performance using Kenlayer and Chev PC software program. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 7(9), 112–119.
  • Nie, G. J., Zhong, Z. ve Chen, S. (2013). Analytical Solution for a Functionally Graded Beam with Arbitrary Graded Material Properties. Composites Part B: Engineering, 44(1), 274–282. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.05.029
  • Pan, E., Chen, E. ve Alkasawneh, W. (2007). An exploratory study on functionally graded materials with applications to multilayered pavement design (No. FHWA/OH-2007/12). Ohio. Dept. of Transportation. Office of Research and Development.
  • Porto, M., Caputo, P., Loise, V., Eskandarsefat, S., Teltayev, B. ve Rossi, C. O. (2019). Bitumen and Bitumen Modification: A Review on Latest Advances. Applied Sciences (Switzerland), 9(4). https://doi.org/10.3390/app9040742
  • Priest, A. (2005). Calibration of Fatigue Transfer Functions for Mechanistic-Empirical Flexible Pavement Design, Doctoral Dissertation, Auburn University, Auburn.
  • Sağlık, A. ve Güngör, A. G. (2008). Esnek Üstyapılar Projelendirme Rehberi. Karayolları Genel Müdürlüğü.
  • Singh, R., Bhavar, V., Kattire, P., Thakare, S., Patil, S. ve Singh, R. K. P. (2017). A Review on Functionally Gradient Materials (FGMs) and Their Applications. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 229(1).
  • Walituba, L. F. ve Van De Ven, M. F. (2000). Stresses and Strains in Flexible Pavements. South African Transport Conference.
  • Yilmaz, M., Kök, B. V. ve Kuloğlu, N. (2011). Effects of Using Asphaltite as Filler on Mechanical Properties of Hot Mix Asphalt. Construction and Building Materials, 25(11), 4279–4286. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.072

Increasing Fatigue and Rutting Resistance of Flexible Pavements by Functional Grading of Granular Layers

Yıl 2021, Cilt: 26 Sayı: 2, 557 - 572, 31.08.2021
https://doi.org/10.17482/uumfd.848059

Öz

The two basic types of distress that occur in highway flexible pavements under traffic load and environmental effects are fatigue cracks and rutting. The negative aspects of this distress are the penetration of rainwater into the sublayers, deterioration of aggregate-bitumen adhesion, structural failure, reduced wheel-pavement contact (hydroplaning), and reduced traffic safety. Bitumen or mixture modification and changing the surface layer gradation can be counted among the measures that can be taken against fatigue cracks and rutting problems. In this study, linear functional grading was applied to increase pavement life. In this approach, which is based on the principle of dividing granular subbase and base layers into sub-layers and changing their stiffness according to a certain rule, is aimed to strengthen the intersections of the surface-base and subbase-subgrade. In the analyzes made on the basis of the mechanistic-empirical pavement design, it was determined that the fatigue life increased by 62.3% and the rutting life increased by 36.4% in the calculations made according to the Asphalt Institute method. Another remarkable aspect of the study is that the average stiffness of the layer divided into sublayers by functional grading does not change and does not require additional cost in theory.

Kaynakça

  • Amirinezhad, H., Tarkashvand, A. ve Talebitooti, R. (2020). Acoustic Wave Transmission Through a Polymeric Foam Plate Using the Mathematical Model of Functionally Graded Viscoelastic (FGV) Material. Thin-Walled Structures, 148. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106466
  • Behiry, A. E. A. E. M. (2012). Fatigue and Rutting Lives in Flexible Pavement. Ain Shams Engineering Journal, 3(4), 367–374. https://doi.org/10.1016/j.asej.2012.04.008
  • Bohidar, S. K., Sharma, R. ve Mishra, P. R. (2014). Functionally Graded Materials: A Critical Review. International Journal of Research, 1(7), 289–301. https://journals.pen2print.org/index.php/ijr/article/view/378#.XO0ZqXktAjs.mendeley
  • Chegenizadeh, A., Keramatikerman, M. ve Nikraz, H. (2016). Flexible Pavement Modelling Using Kenlayer. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 21(7), 2467–2479.
  • Çömez, İ. (2015). Contact Problem for a Functionally Graded Layer Indented by a Moving Punch. International Journal of Mechanical Sciences, 100, 339–344. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2015.07.006
  • Ekwulo, E. O. ve Eme, D. B. (2009). Fatigue and rutting strain analysis of flexible pavements designed using CBR methods. African Journal of Environmental Science and Technology, 3(12), 412–421. https://doi.org/10.1080/14680629.2007.9690094
  • Furtana, B., Yalçın, E., Kök, B. V. ve Yılmaz, M. (2019). EVA Bazlı Reçine Modifiyeli Bitümlü Karışımların Mekanik Özellikler Bakımından SBS Modifikasyonu ile Karşılaştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 31(2), 497–506. https://doi.org/10.35234/fumbd.558758
  • Geçkil, T. (2008). Sı̇yah Karbonun Bı̇tümlü Sıcak Karışımların Özellı̇klerı̇ne Etkı̇sı̇nı̇n Araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
  • Ghayesh, M. H. (2018). Dynamics of Functionally Graded Viscoelastic Microbeams. International Journal of Engineering Science, 124, 115–131.
  • Ghayesh, M. H. (2019). Mechanics of Viscoelastic Functionally Graded Microcantilevers. European Journal of Mechanics, A/Solids, 73(September 2018), 492–499. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2018.09.001
  • Giannakopoulos, A. E. ve Pallot, P. (2000). Two-Dimensional Contact Analysis of Elastic Graded Materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 48(8), 1597–1631. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(99)00068-X
  • Graczyk, M., Rafa, J. ve Zofka, A. (2016). The Selected Problems of Multi-layer Pavements - Influence of Composite Impacts Vehicles and Climatic Factors on the Behavior of Roads Pavements. Transportation Research Procedia, 14, 2487–2496. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2016.05.316
  • Güler, M. A. ve Erdogan, F. (2004). Contact Mechanics of Graded Coatings. International Journal of Solids and Structures, 41(14), 3865–3889. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2004.02.025
  • Hadi, M. N. S. ve Bodhinayake, B. C. (2003). Non-Linear Finite Element Analysis of Flexible Pavements. Advances in Engineering Software, 34(11–12), 657–662.
  • Hainin, R., Reshi, W. F. ve Niroumand, H. (2012). The Importance of Stone Mastic Asphalt in Construction. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 17 HR(January 2012), 49–56.
  • Huang, Y. H. (2004). Pavement Analysis and Design (2nd ed.). Pearson Prentice Hall.
  • Karakas, A. S., Kuloglu, N., Kok, B. V. ve Yilmaz, M. (2015). The Evaluation of the Field Performance of the Neat and SBS Modified Hot Mixture Asphalt. Construction and Building Materials, 98, 678–684. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.140
  • Ke, L. L. ve Wang, Y. S. (2006). Two-Dimensional Contact Mechanics of Functionally Graded Materials with Arbitrary Spatial Variations of Material Properties. International Journal of Solids and Structures, 43(18–19), 5779–5798.
  • Ke, L. L. ve Wang, Y. S. (2007). Two-Dimensional Sliding Frictional Contact of Functionally Graded Materials. European Journal of Mechanics - A/Solids, 26(1), 171–188.
  • Kök, B. V., Yılmaz, M. ve Akpolat, M. (2014). Evaluation of the Conventional and Rheological Properties of SBS + Sasobit Modified Binder. Construction and Building Materials, 63, 174–179. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.015
  • Kök, B. V. ve Çolak, H. (2011). Laboratory Comparison of the Crumb-Rubber and SBS Modified Bitumen and Hot Mix Asphalt. Construction and Building Materials, 25(8), 3204–3212.
  • Miteva, A. M. (2014). An Overview of the Functionally Graded Materials. Machines. Technologies. Materials, 8(3), 13–16.
  • Mousa, M. R., Abo-Hashema, M. A., Gadallah, A. A. ve Mousa, R. M. (2015). Evaluation Of Pavement Performance Prediction Models Under Different Traffic And Climatic Conditions. International Conference on Asphalt, Pavement Engineering, and Infrastructure., February 2016. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3311.9767
  • Muniandy, R., Eltaher, A. ve Thamer, N. (2013). Comparison of flexible pavement performance using Kenlayer and Chev PC software program. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 7(9), 112–119.
  • Nie, G. J., Zhong, Z. ve Chen, S. (2013). Analytical Solution for a Functionally Graded Beam with Arbitrary Graded Material Properties. Composites Part B: Engineering, 44(1), 274–282. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.05.029
  • Pan, E., Chen, E. ve Alkasawneh, W. (2007). An exploratory study on functionally graded materials with applications to multilayered pavement design (No. FHWA/OH-2007/12). Ohio. Dept. of Transportation. Office of Research and Development.
  • Porto, M., Caputo, P., Loise, V., Eskandarsefat, S., Teltayev, B. ve Rossi, C. O. (2019). Bitumen and Bitumen Modification: A Review on Latest Advances. Applied Sciences (Switzerland), 9(4). https://doi.org/10.3390/app9040742
  • Priest, A. (2005). Calibration of Fatigue Transfer Functions for Mechanistic-Empirical Flexible Pavement Design, Doctoral Dissertation, Auburn University, Auburn.
  • Sağlık, A. ve Güngör, A. G. (2008). Esnek Üstyapılar Projelendirme Rehberi. Karayolları Genel Müdürlüğü.
  • Singh, R., Bhavar, V., Kattire, P., Thakare, S., Patil, S. ve Singh, R. K. P. (2017). A Review on Functionally Gradient Materials (FGMs) and Their Applications. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 229(1).
  • Walituba, L. F. ve Van De Ven, M. F. (2000). Stresses and Strains in Flexible Pavements. South African Transport Conference.
  • Yilmaz, M., Kök, B. V. ve Kuloğlu, N. (2011). Effects of Using Asphaltite as Filler on Mechanical Properties of Hot Mix Asphalt. Construction and Building Materials, 25(11), 4279–4286. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.072
Toplam 32 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular İnşaat Mühendisliği
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Murat Bostancıoğlu 0000-0001-6820-2213

Yayımlanma Tarihi 31 Ağustos 2021
Gönderilme Tarihi 28 Aralık 2020
Kabul Tarihi 2 Temmuz 2021
Yayımlandığı Sayı Yıl 2021 Cilt: 26 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Bostancıoğlu, M. (2021). GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 26(2), 557-572. https://doi.org/10.17482/uumfd.848059
AMA Bostancıoğlu M. GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI. UUJFE. Ağustos 2021;26(2):557-572. doi:10.17482/uumfd.848059
Chicago Bostancıoğlu, Murat. “GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 26, sy. 2 (Ağustos 2021): 557-72. https://doi.org/10.17482/uumfd.848059.
EndNote Bostancıoğlu M (01 Ağustos 2021) GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 26 2 557–572.
IEEE M. Bostancıoğlu, “GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI”, UUJFE, c. 26, sy. 2, ss. 557–572, 2021, doi: 10.17482/uumfd.848059.
ISNAD Bostancıoğlu, Murat. “GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 26/2 (Ağustos 2021), 557-572. https://doi.org/10.17482/uumfd.848059.
JAMA Bostancıoğlu M. GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI. UUJFE. 2021;26:557–572.
MLA Bostancıoğlu, Murat. “GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, c. 26, sy. 2, 2021, ss. 557-72, doi:10.17482/uumfd.848059.
Vancouver Bostancıoğlu M. GRANÜLER TABAKALARIN FONKSİYONEL DERECELENDİRİLMESİ İLE ESNEK ÜSTYAPILARDA YORULMA VE TEKERLEK İZİNDE OTURMA DAYANIMININ ARTIRILMASI. UUJFE. 2021;26(2):557-72.

DUYURU:

30.03.2021- Nisan 2021 (26/1) sayımızdan itibaren TR-Dizin yeni kuralları gereği, dergimizde basılacak makalelerde, ilk gönderim aşamasında Telif Hakkı Formu yanısıra, Çıkar Çatışması Bildirim Formu ve Yazar Katkısı Bildirim Formu da tüm yazarlarca imzalanarak gönderilmelidir. Yayınlanacak makalelerde de makale metni içinde "Çıkar Çatışması" ve "Yazar Katkısı" bölümleri yer alacaktır. İlk gönderim aşamasında doldurulması gereken yeni formlara "Yazım Kuralları" ve "Makale Gönderim Süreci" sayfalarımızdan ulaşılabilir. (Değerlendirme süreci bu tarihten önce tamamlanıp basımı bekleyen makalelerin yanısıra değerlendirme süreci devam eden makaleler için, yazarlar tarafından ilgili formlar doldurularak sisteme yüklenmelidir).  Makale şablonları da, bu değişiklik doğrultusunda güncellenmiştir. Tüm yazarlarımıza önemle duyurulur.

Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı, Görükle Kampüsü, Nilüfer, 16059 Bursa. Tel: (224) 294 1907, Faks: (224) 294 1903, e-posta: mmfd@uludag.edu.tr