Yol İnşaatlarında EPS Blok Kullanımı

0

Genleştirilmiş Polistiren Köpük (EPS) genelde 100 – 120 cm genişliğinde 200 – 500 cm uzunluğunda 50 – 60 cm yüksekliğinde ve 10 – 40 kg/m3 arasında yoğunluklarda değişen bloklar şeklinde üretilir. EPS bloklar, inşaat mühendisliğinde kullanıldıkları zaman “Geofoam” olarak adlandırılar. Günümüzde inşaat mühendisliğinde Geofoam’un uygulama alanlarından bazıları aşağıda sıralanmıştır:

Yumuşak zemin üzerine oturan yol dolgularında aşırı birincil ve ikincil konsolidasyon oturmalarının önemli derecede azaltılmasında
Köprü yaklaşım rampalarının imalatında
Kamulaştırma problemi olan yol güzergâhlarındaki şerit ilavesi için gereken yol dolgusu çalışmalarında
Farklı oturmaların önlenmesinde
İstinat yapılarına gelen yanal ve sismik yüklerin azaltılmasında
Yüksek düşey yüklere maruz yer altı boru hatlarındaki düşey gerilmelerin azaltılıp borularda oluşabilecek potansiyel yapısal hasarların önlenilmesinde
Şev güvenliğini artırılmasında
Don derinliği yüksek bölgelere yapılacak olan yapılarda temel derinliğinin azaltılmasında
Yüksek donma – çözünme etkisi olan bölgelerdeki yol kaplamasının ömrünün uzatılmasında
Şişme potansiyelli yüksek zeminler üzerine inşa edilen beton döşeme veya plaklarda zeminin şişme potansiyelinden kaynaklanacak olan kuvvetlerin azaltılmasında
Arazi sıkıntısı olan bölgelerde yüzen evler, seralar, platformlar, peyzaj amaçlı küçük adacıklar vb. yapımında
Bu yazı kapsamında, Geofoam’un yol inşaatlarında hafif dolgu malzemesi olarak kullanılması özetlenmiştir. Geofoam, hafif yol dolgusu olarak 1970’li yıllardan itibaren ilk defa İskandinav ülkelerinde, daha sonra Batı Avrupa, Amerika ve Japonya’da yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.

Birincil ve ikincil oturma potansiyelleri yüksek, taşıma kapasitesi düşük yumuşak killi zeminler ve turbalık zeminler üzerine inşaa edilecek olan yol dolguları özel mühendislik çözümleri gerektirmektedir. Bu tür zeminlerde inşaat sonrasında oluşacak oturmaların ve yıllık yol bakım maliyetlerinin azaltılması için zemin ıslahı gerekmektedir. Geleneksel olarak bu tür zeminlerin ıslahı için kullanılan bazı yöntemler; ön yükleme, prefabrik düşey drenler, kum drenler, çimento enjeksiyonu, elektro-osmoz, kireç-çimento kolonlar, kazıklar, vb. şeklinde sıralanmaktadır. Bu yöntemler, yol dolgusu inşaatlarında fazla masraflara sebebiyet verebilmekte ve inşaat süresinin önemli derecede uzamasına yol açabilmektedirler.

Geofoam hafif yol dolgu malzemesi, geleneksel zemin ıslahı yöntemlerine alternatif olarak kullanılmaktadır. Geofoam’un yoğunluğu geleneksel sıkıştırılmış yol dolgusunun yoğunluğunun yaklaşık yüzde biri olduğu için Geofoam dolgunun zemine uyguladığı düşey yük sıkıştırılmış toprak dolgulara göre yaklaşık yüz kat daha azdır. Dolayısı ile Geofoam dolgu kullanıldığında toplam oturmalar önemli şekilde azaltılmış olunur. 2:1 yada daha dik dolgu eğimlerini Geofoam bloklarla yapmak mümkündür. Uzun süreli performans kriterlerine bakıldığı zaman Geofoam yol dolgularının toplam oturmalarının geleneksel dolgulara göre çok daha az olması sebebiyle bakım maliyetlerinin daha az olduğu gözlenmiştir. Bu durum yol fayda/maliyet analizlerinde Geofoam’un alternatiflerine göre öne çıkaran en belirgin özelliğidir.

Yol inşaatlarında hafif dolgu malzemesi olarak kullanılacak olan Geofoam’un en önemli dizayn parametresi yoğunluğudur. Geofom’un mekanik özellikleri (basınç mukavemeti, kayma mukavemeti, elastisite modülü, sünme özellikleri ve bükülme mukavemeti) yoğunluğuna bağlıdır. Geofoam basınç mukavemeti serbest basınç deneyi neticesinde yüzde 1, 5 veya 10 şekil değiştirme değerine karşılık gelen gerilme değeri olarak tanımlanmaktadır.

Basitleştirilmiş tipik trapez Geofoam yol dogusu kesiti Şekil 1’de gösterilmektedir. Geofoam hafif dolgu inşaatı, temel tesviyesi ve sonrasında serilecek olan taban kumunun üzerine Geofoam blokların şaşırtmalı olarak tırnaklı dübellerle birleştirilmesi sonucunda oluşturulur. Üst yapı trafik yüküne göre Geofoam bloklar üzerine yükleri yaymak için betonarme plaka ya da sızdırmaz membranla kaplanırlar. Daha sonra da yol alt temel, temel ve asfalt kaplaması imal edilir. Kesitin şev kısımlarında kalan Geofoam blokların üzerleri ultraviyole etkiden korumak için toprak örtüsü ile kapatılır. Bloklar hafif ve inşaatı kolay olduğundan binlerce metre küp dolgu inşaatı çok kısa bir sürede tamamlanabilmektedir (Şekil 2 ve 3).

Geofoam bloklar olası petrol esaslı yakıt ve çözücü sızıntılarına ve aynı zamanda da yangına karşı korunmalıdırlar. Yol alt temel, temel ve asfalt kaplaması bu tür sızıntılara karşı bir ön koruma olarak görev alırlar ayrıca sızdırmaz membran ya da üst yapı yüklerini yaymak için kullanılan betonarme plakada ilave koruma sağlarlar. Yangına karşı korumada ise alev geciktirici EPS kullanılır. Arazide dolgu imalatı süresince de yangına karşı gerekli tedbirler alınmalıdır. Geofoam dolgu imalatı tamamlanıp bloklar üstte betonarme plaka, alt temel, temel ve asfalt satıh ve yanlarda da toprak örtü ile kaplanınca (Şekil 1) hafif dolgu sisteminin yangın etkilerine karşı dayanıklılığı artırılmış olur.

Geofoam, biyolojik olarak parçalanabilen bir malzeme değildir. 1970’lerden beri gözlenen projelerdeki arazi performaslarıda malzemenin projenin ekonomik ömrü boyunca niteliğinin bozulmadığını göstermiştir.No_A6-Oslo-Goteborg-Hogdalsbacken-Bridge-300x300

Şekil 1. Tipik basitleştirilmiş trapez yol en kesiti

geofoam-300x225

Şekil 2. Norveç , Oslo -Goteborg Hogdalsbacken Köprüsü Yaklaşım Dolgusu

Geofoam’un su emme kapasitesi düşüktür. Tam olarak suya batmış Geofoamların uzun süreli arazi performansları değerlendirildiğinde su muhtevasının yaklaşık yüzde 10 olduğu belirlenmiştir. Bu oran yer altı su seviyesi üzerinde inşaa edilen Geofoam bloklarda yüzde bir’e kadar düşmektedir. Dolayısı ile su emme oranının Geofoam’un mühendislik özellikleri üzerinde etkisi yoktur.

Geofoam yol dolguları, düşük yoğunluklu olmaları sebebi ile yer altı su seviyesinin yükselmesi ya da olası taşkın durumunda kaldırma kuvvetlerine maruz kalabilmektedirler. Kaldırma kuvveti Geofoam üzerine yerleştirilen ölü yükün (toprak dolgu malzeme, betonarme plaka, alt temel, temel, ve asfalt kaplama) miktar ile dengelenebilir. Bazı projelerde kaldırma kuvvetine karşı ankrajlar da alternatif olabilmektedir.

Geleneksel zemin ıslahı metotlarına göre imalat süresinin çok kısa ve inşaat sürecinin kolay olması, toplam oturmaları ciddi şekilde azaltması ve buna bağlı olarak bakım-onarım masraflarını en aza indirmesi, ayrıca da son 30 yıllık projelerde gözlenilen malzemenin dayanıklılığı sayesinde son yıllarda yumuşak killi ve turbalık zeminlerden geçen yol inşaatlarında Geofoam uygulamasında artışlar gözlenmektedir.

Gelişmekte olan ülkemizde nüfusumuzun hızlı artışına paralel olarak ulusumuzun ihtiyaçlarını karşılayacak olan ulaştırma yatırımlarında önümüzdeki yıllarda büyük atılımların yapılması ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Sadece yeni yapılacak olan yol projelerinde değil mevcut yolların iyileştirilmesi-genişletilmesi işlerinde de yurt dışında otuz yılı aşkın bir süredir başarıyla kullanılan Geofoam, ülkemizin altyapı projelerinde de geleneksel zemin iyileştirme metotlarına alternatif bir metot olarak kullanılabilinir.

Yrd. Doç. Dr. A. Tolga Özer, P.E.

Okan Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü