C. Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) 1 Mart 1950 tarihinde kuruldu. Kuruluşunda ve çalışmalarında A.B.D.’deki karayolları teşkilatları ayrıntılı olarak örnek alınmıştı. Hiç unutmam, 1955 yılı ilkbaharında Robert Kolej Mühendislik Bölümü (şimdiki Boğaziçi Üniversitesi) İnşaat son sınıf öğrencisi iken bir gün Karayolları elemanları okula geldiler. Karayolları teşkilatını ve çalışmalarını tanıtan renkli broşürleri dağıtarak, bizlere Karayolları’nın genç mühendislere ne kadar güzel olanaklar sağladığını anlattılar. O zamana kadar ülkemizde görmediğimiz (ancak A.B.D.’de sürekli uygulanmakta olan) bu eleman kazanma yöntemi bizleri çok etkilemişti...
Karayolları’nın kurulduğu yıllarda A.B.D.’deki Federal Karayolları İdaresi de Başkan Eisenhower’in talimatı ile büyük bir projenin hazırlığına girişmişti. Bu projenin evveliyatı ise 1919 yılına, Eisenhower’in genç bir subay olduğu döneme dayanır. O yıl askeri bir araç konvoyu Washington D.C.’den San Fransisco’ya doğru yola çıkar. Kafilede Eisenhower’a ilaveten Henry Ford ve Good Year firmasının müdürü de bulunmaktadır. Bu iki kişinin amacı firmalarının ürettikleri askeri araçların ve lastiklerin performansını yerinde izlemektir. Yolların kötü durumu nedeni ile konvoy saatte ortalama 8 km ilerleyebilir ve San Fransisco’ya ancak 62 günde ulaşır. Araçların ve lastiklerin performansı nasıldı bilmiyoruz. Ancak yolların kötü performansı Eisenhower’ı üzmüştü. Nitekim A.B.D. başkanı olduktan sonra Amerika’da eyaletler arasında üstün kaliteli bir otoyol şebekesinin yapımına başlanmasını istedi. Bunda İkinci Dünya Savaşı sırasında Almanya’daki beton otobanların bombardımanlardan fazla zarar görmeyip işlevlerini sürdürmelerini görerek etkilenmiş olması da rol oynamıştı. Gerçekten, Almanya’da o zamana göre çok geniş ve çoğunluğu beton olan otobanların yapımı Hitler’in savaş hazırlıklarının içinde yer almıştı. Bu yollar daha sonra güç savaş koşullarına rağmen askeri birliklerin ve ağır vasıtaların hızla yer değiştirmelerine ve hedeflerine ulaşmalarına yardımcı olmuştur.
A.B.D.’de 1950’li yılların başında, “Eyaletlerarası Otoyol Sistemi” olarak adlandırılan bu yeni projenin hazırlıklarının devam ettiği dönemde, beton yollar bugünkü kadar yaygın değildi. Gene hatırlarım, çoğunluğu asfalt olan yollarda geceleri meydana gelen kazaların artması üzerine Ohio Eyaleti’nin valisi yolların kenarlarına beyaz çizgi çizdirtmiş ve 1957 yılında tekrar seçildiği seçim kampanyasında bunu önemli hizmetleri arasında saymıştı.
“Eyaletlerarası Otoyol Sistemi” 1956 yılında gerçekleşmeye başladı. 1983 yılında son kesimi tamamlandığında önemli bölümü beton kaplama olarak toplam 67 200 km yol yapılmış oldu. Bu şekilde sanat yapıları ile birlikte beton kullanılan en büyük inşaat projesi de gerçekleşmiş oluyordu. Geçen süre içinde üstün performansları ve uzun ömürleri dolayısı ile beton yol kullanımı. A.B.D.’de özellikle yoğun trafiğe maruz şehirlerin çevrelerinde artış gösterdi. Los Angeles gibi bazı büyük şehirlerin çevre yollarında beton kaplama oranı %90’a yaklaşmaktadır. Gerçekte A.B.D.’de ilk beton yol 1891 yılında Ohio’nun Bellefontaine şehrinde yapıldı. Avustralya’da Sydney şehrinin ağır trafik taşıyan caddeleri için beton kaplama yapılması ise 1880 yılına rastlar. Bu yolun en az 50 yıl hizmet vermiş olduğu anlaşılmaktadır. Avrupa’da beton yol uygulamaları geçtiğimiz yüzyıl başlarından itibaren, Belçika’da 1920’ lerden, Almanya’da yukarıda değinildiği gibi 1930’lardan sonra yaygınlaşmaya başladı. Belçika’da bugün köy yollarının bile %60’ı betondandır [3]. Fransa’da ise eski yolların yenilenmesinde ve yeni yollarda beton kaplamaya geçiş vardır. Avusturya köklü bir beton yol yapımı geleneğine sahiptir. Almanya’da yol ihalelerinde genellikle beton kaplama, asfalt kaplama’ya bir alternatif olarak ihale dosyalarında yer almaktadır. Genelde Avrupa ülkelerinde, özellikle ağır trafiğe maruz yollarda zincir veya çivili lastik kullanımı gerektiren bölgelerde beton kaplama tercih edilmektedir. Güney Afrika Cumhuriyeti’nde yolların bir bölümü beton kaplamadır. Özellikle kırsal kesimlerdeki beton yolların yapımında yöre sakinleri de çalışıp beton işcisi olarak deneyim kazanmaktadır. Asya’da Japonya ve Çin’ de beton yollar yapılmaktadır. Halen Hindistan’da 1300 km uzunluğunda beton karayolu bulunmakta olup bir çok kesimde yenilenecek yollar beton kaplama olarak planlanmıştır. Son yıllarda Azerbaycan’ da ihale edilecek asfalt yol projelerinin büyük bölümü beton yola çevrilmiştir. Bugün Türkiye’de yaklaşık 2.000 kilometresi otoyol ve 30.000 kilometresi devlet yolu olmak üzere toplam 63.000 kilometrelik bir karayolu şebekesi bulunmaktadır. Bu yolların hemen tümü asfalt yoldur. Sadece son yıllarda Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği (TÇMB)’nin finansmanı ile toplam 5.5 km beton karayolu yapılabilmiş, buna daha sonra çeşitli kuruluşlarca yapılan bir kaç km daha ilave edilmiştir. Karayolları Genel Müdürlüğü’nün kuruluşundan 50 yılı aşkın bir süre geçmiş olmasına rağmen ülkemizde niçin beton karayolu yapılmamıştır, niçin beton yola gerek duyulmamaktadır? Bu soruları cevaplandırmadan önce asfalt ve beton yollarla ilgili bazı bilgilere göz atalım.
Asfalt Yol - Beton Yol
Bir mühendislik yapısında kullanılabilecek malzeme arasında seçim yapmak gerektiğinde bir diziteknik ve ekonomik faktör dikkate alınır. Son yıllarda çevre faktörü de önem kazanmıştır. Yapı türüne bağlı olarak bunlara estetik faktörü de ilave edilebilir. Teknik faktörler malzemenin servis ve çevre koşulları ile ilgili fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri, yapım kolaylığı ve süresi, dayanıklılığı ile kullanıcı güveni ve konforu gibi hususları içerir. Ekonomik faktörler arasında ilk maliyet ve yaşam döngüsü maliyeti yer alır. Burada sosyo-ekonomik faktörlerin ve ülke ekonomisine etkilerin de düşünülmesi gerekir.Bu yazıda karayolu üst yapı kaplamalarında en çok kullanılan iki malzeme: asfalt betonu (asfalt) ile çimento betonu (beton) yukarıdaki faktörler dikkate alınarak kısaca karşılaştırılacaklardır. Üstkaplama tabakasını oluşturan her iki malzemede de hacimce %60-95 oranlarında bulunan agrega ortak bileşen olduğundan karşılaştırmalarda asfalt yol ile beton yol deyimleri de kullanılır. Bu arada ülkemizde az bilinen beton yolların özellikleri üzerinde daha fazla durulacaktır.
Niçin Beton Yol?
Malzeme Olarak Asfalt ve Çimento Bitümlü malzeme grubuna dahil olan asfalt, doğada serbest olarak nadiren bulunur ve genellikle ham petrolden elde edilir (Bu yazıda asfalt kelimesi, bitüm yerine de kullanılmaktadır). Rafinerilerde ısıtma derecelerine bağlı olarak nafta, benzin, gazyağı motorin ve madeni yağlar ayrıldıktan sonra kalan karışımdan fuel oil de ayrıştırıldıktan sonra geriye asfalt kalır. Bileşiminin hemen tümü hidrokarbonlardan oluşan, organik kökenli, koyu kahve ile siyah arası renklerde bir malzemedir. Oda sıcaklığı civarında yarı katı ve katı hallerde bulunduğundan ısıtılarak sıvılaştırıldıktann sonra uygulanır (sıcak karışım). Viskoelastik ve termoplastik bir malzeme olarak özellikleri yükleme hızı ve süresi ile sıcaklığa karşı çok duyarlıdır. Katı asfaltlar penetrasyon ve viskosite değerlerine bağlı olarak sınıflandırılırlar. Asfalt, birtakım çözeltiler katılarak da sıvılaştırılabilir. Bu şekilde elde edilen katbek asfaltlar ve asfalt emülsiyonları soğuk olarak uygulanabilirler ve daha ziyade sathi kaplamalarda,astar tabakalarında ve onarım işlerinde kullanılırlar. Portland çimentosunun ana hammaddeleri doğada bol miktarda bulunan kalker ve kildir.Gerektiğinde aluminyum ve demir oksitler de katılarak belirli oranlarda birleştirilip öğütülen hammaddeler (farin) döner fırında pişirilirler. Fırından çıkan klinker az bir miktar alçıtaşı ile öğütülerek portland çimentosu elde edilir. Portland çimentosu su ile karıştırıldığında ortaya çıkan hamur reolojik olarak bir “rijit jel” dir. Yani önce plastik halde iken zamanla katılaşarak (priz alarak) sertleşir ve bir süre dayanım kazanmaya devam eder. Asfalt ve diğer jel türleri gibi ısıtılınca veya karıştırılınca sıvılaşmaz. Hidrolik özelliği dolayısı ile su içinde de priz alabilir ve suya karşı dayanıklıdır. Ham madde karışım oranları ve tane incelikleri ayarlanarak değişik dayanım sınıflarında çimentolar elde edilir ve yüksek erken dayanım sağlanabilir. Ayrıca bu şekilde priz sürelerini, hidratasyon ısılarını ayarlamak ve sülfatlara karşı direnci arttırmak da mümkündür. Klinkerin bir bölümü endüstriyel atıklar olmak üzere çeşitli mineral katkılarla öğütülmesi sonucu elde edilen katkılı çimentolar yaygınlaşmış olup çeşitli teknik, ekonomik ve çevresel avantajlar sağlamaktadırlar. Çimento betonu genellikle açık gri renktedir.
Esnek ve Rijit Karayolu Üstyapıları
Karayolu üstyapıları trafik yüklerini zemine ileten ve çevre etkilerine karşı dayanıklı olan mühendislik yapılarıdır. Üst kaplama tabakasında bağlayıcı olarak asfalt kullanılanlara “esnek”, çimento kullanılanlara ise “rijit” üstyapı denilir. Ayrıca her iki bağlayıcının birlikte kullanıldığı durumlarda kompozit üst yapılar ortaya çıkar. Üstyapılar trafik türü, mevcut ve ilerde beklenen trafik hacmi ile sürüş güvenliği ve konforu, zemin ve çevre koşulları gibi faktörlere bağlı olarak tasarlanır. Şekil 1’de görüldüğü gibi üstyapılar esnek veya rijit oluşlarına bağlı olarak farklı tabakaları içerirler. Esnek olanlarda tabaka sayısı fazladır. yüküne bağlı olarak değişir. Alttemel tabakası üstyapıya gerekli drenajı sağlamak üzere eçirgenliği yüksek taneli malzemelerden
yapılır. Üst tabakalar kadar gerilmeye maruz kalmamakla beraber doğrudan temas halinde olduğu zemindeki muhtemel hacim değişimlerine karşı koyacak dayanım ve stabilitede olmalıdır. Rijit üstyapılarda ise ilaveten doğrudan altına yerleştirildiği beton kaplamaya düzgün ve stabil bir yüzey teşkil eder ve aynı zamanda temel tabakası işlevini görür.
Temel tabakası üst kaplama tabakası ve banketler için temel işlevini görür, yeterli drenajı sağlar. Bu amaçla uygun taneli malzemeler kullanılır. İstenilen stabilite düzeyine bağlı olarak bağlayıcısız
veya bağlayıcılı olarak (asfalt veya çimento hamuru ile karıştırılarak) yerleştirilir. Üst kaplama tabakası trafikte sürüş güvenliği ve konforunu sağlayacak yüzeyi oluşturur. Trafik yükü ve çevre koşullarına doğrudan maruz kaldığı için yeterli dayanım ve dayanıklılıkta olmalıdır. Esnek
üst yapılar, şantiyede hazırlanan sıcak karışım asfalt (bitümlü sıcak karışım = bsk) ile aşınma ve binder tabakaları olarak uygulanır. Düşük standartlı yollarda ise sathi kaplama yapılır. Sathi kaplamada
yola serilen asfalt, kırmataş (mıcır) ile yerinde sıkıştırılır. Rijit üst yapılarda beton kaplama betonun yüksek dayanımı ve elastisite modülü dolayısı ile rijit bir plak gibi çalışır. Esnek ve rijit üstyapılarda trafik yüklerinin üst kaplama tabakasından zemine intikali Şekil 2’de görüldüğü gibi biribirinden farklıdır
Esnek üstyapılarda asfalt kaplama tabakasına gelen trafik yükü sırası ile temel ve alttemel tabakalarına yayılarak altyapıya, yani doğal zemine intikal eder. Bu nedenle yükün taşınmasında her tabaka önemlidir. Tabaka kalınlıkları yüke ve zemin özelliklerine bağlı olarak belirlenir. Aynı koşullarda esnek üstyapı toplam kalınlığı rijit üstyapınınkinden daha fazla olmak zorundadır.
Rijit üstyapılarda ise beton kaplama tabakası (beton plak) betonun yüksek elastisite modulü ve rijitliği sayesinde yükü büyük ölçüde karşılar. Doğal zemine göreceli olarak çok daha küçük gerilme intikal eder. Zemin özellikleri tabaka kalınlığının belirlenmesinde kritik bir rol oynamaz. Temel tabakası beton plak için düzgün bir taban oluşturulması ve yeterli drenaj sağlanması amacı ile
hazırlanır.
Beton kaplamalar Derzli Donatısız (JPCP), Derzli Donatılı (JRCP), Sürekli Donatılı (CRCP) ve Kompozit Donatılı olarak dökülebilir (Şekil 3). Kompozit kaplamalarda beton plak üstüne asfalt tabaka veya asfalt kaplama üstüne beton tabaka uygulamaları yapılabilmektedir.
Yapımla İlgili Hususlar
Esnek kaplamaların bağlayıcısı olan asfalt rafinerilerde büyük çoğunluğu yurt dışından ithal edilen ham petrolden elde edildikten sonra taşınır ve inşaat mahalline getirilir. Türkiye’de 5 rafineri faaliyet göstermektedir. Sıcak karışım (bsk) kaplamalar için asfalt ısıtılarak, özel araçlarla yola serilip sıkıştırılarak uygulanır. Zeminin kuru ( veya en fazla %2 oranında nemli ) olması, hava sıcaklığının düşük olmaması (15 ˚C üstü) gerekir. Bu da ülkenin birçok yöresinde asfalt yol inşaat mevsiminin kısalmasına neden olmaktadır. Çimento betonuna oranla asfalt betonunda kullanılacak agreganın da daha kaliteli olma zorunluluğu vardır [8,9]. Rijit kaplamalarda kullanılan beton, beton santralından damperli kamyon veya transmikser vasıtası ile inşaat yerine taşınır. Beton kaplama için sabit veya kayar kalıp kullanılmakta olup büyük projelerde kayar kalıp finişer kullanımı standard hale gelmiştir.Finişer betonu yola serip, sıkıştırıp kalıplar. Döküm tek veya iki tabaka halinde olabilir. Betonun bağlayıcısı olan çimento yurt düzeyine yayılmış 46 çimento fabrikası ve 18 öğütme tesisinde tamamen yerli hammaddelerden üretilmektedir. Hazır beton tesisleri de gittikçe yaygın hale gelmektedir. Zeminin ıslak oluşu beton için problem teşkil etmez. İnşaat mevsimi gerekli önlemleri alarak anormal hava koşullarını da içerecek şekilde uzatılabilir. Ancak her beton yapı için gerekli olan kür uygulamasının yapılması ve
beton yeterli dayanım kazandıktan sonra yolun hizmete açılması gerekmektedir. Beton yollarda kür işlemi kaplama yüzeyine kür kimyasalı püskürtülmesi veya plastik bir örtü serilmesi yolları ile yapılır. Rijit kaplamalar çeşitli amaçlara göre tasarlanıp kullanılabilirler. Örnek olarak yollara ilaveten, sadece yaya trafiği taşıyan kaldırımlar ve 175 tonluk bir uçağın dinamik etkileri karşılayabilen hava meydanı pistleri verilebilir. Hizmet ömürleri 50 yıla kadar varan süreler için tasarlanabilmektedir.
Sürüş Güvenliği ve Konforu
Esnek veya rijit üstyapıların yapımında kaplama yüzeyinin geometrik düzgünlüğü ile pürüzlülük derecesi sürüş güvenliği ve konforu ile ekonomi yönlerinden önemlidir. Bu tür yüzey özelliklerini belirlemek amacı ile pürüzler (girinti-çıkıntılar) arası mesafe “dalga boyu” olarak ölçülür, düzlemden ortalama düşey sapmalar “genlik” olarak belirlenir. Böylece aşağıdaki tanımlamalar yapılabilir [8]:
Dalga boyu Genlik
Geometrik düzgünlük 50 - 0.5 m 20 - 0.1 cm
Megapürüzlülük 50 - 5 cm 50 - 10 mm
Makropürüzlülük 50 - 0.5 mm 10 - 0.2 mm
Mikropürüzlülük < 0.5 mm < 0.2 mm
Geometrik düzgünlükten sapmalar ve megapürüzlülük istenmeyen yüzey özellikleridirler. Diğer taraftan yüzeyde uygun ölçülerde makro ve mikro pürüzlülük bulunması özellikle sürüş güvenliği yönünden gereklidir [8]. Olumsuz yüzey özellikleri yalnız yapım sırasında değil, hizmet süreci içinde de ortaya çıkabilir. Burada kaplama malzemesinin (asfalt veya beton) özellikleri de rol oynar.
Kaplama betonunda sürtünme katsayısı 0.65 – 0.70 olarak asfalttakinden fazladır. Bu nedenle beton yollar daha dik eğimlere uygulanabilir [8]. Olumsuz özellikleri olmayan (ve uygun pürüzlülükteki) asfalt ve beton kaplama yüzeyleri kuru halde iken sürüş güvenliği açısından problem yaratmazlar. Ancak, yağmur veya başka bir nedenle yol ıslandığında taşıt tekerlekleri ile kaplama arasındaki aderans azalır. Ayrıca tekerlekler ile kaplama yüzeyi arasında bir su filmi oluştuğunda “su kızağı etkisi” sonucu film kalınlığı ve taşıt hızı ile artan sürüş güvensizlikleri baş gösterir. Islak beton kaplamalarda sürtünme katsayısının küçülmesi asfalta
oranla daha azdır, ayrıca düzgün yüzeylerinde sular kolayca akar ve su kızağı etkisi daha seyrek oluşur. Kaplamaların yüzeyindeki mikropürüzlülük su filmini dağıtarak aderansı kuvvetlendirir. Makropürüzlülük bu konularda daha etkilidir ve ilaveten taşıtlardan su sıçramasını da azaltır [8,9].Kaplama yüzeylerinde oluşturulan pürüzlülükler asfalta oranla betonda daha etkili ve kalıcıdır.
Normal koşullarda genel olarak asfalt kaplamalar için 1.2 mm, beton kaplamalar için ise 0.8 mm derinlikteki pürüzlülük sürüş emniyeti bakımından yeterli olmaktadır. Aşağıdaki tablodan makropürüzlülüğün kayma direnci üzerindeki olumlu etkisinin beton yüzeylerde daha belirginolduğu anlaşılmaktadır [9].
Kayma direncinde azalma (%) Pürüzlülük derinliği (mm)
Hız: 50 - 130 km/saat Asfalt Beton
0 2.0 0.8
10 1.5 0.7
20 1.0 0.5
30 0.5 0.4
Asfaltın ağır yükler ve/veya yüksek sıcaklıklarda kolay deforme oluşu ve yumuşaması pürüzlülük özelliklerini olumsuz etkiler. Ayrıca böyle koşullar altında asfaltta oluşabilen derin tekerlek izleri ve çukurlar geometrik düzgünlüğü de bozarak sürüş güvensizliği yaratır. Beton kaplamalarda ise pürüzlülük genellikle prizden önce beton yüzeyinde çeşitli yöntemlerle oluşturulur ve daha kalıcı
olur. Bazı örnekler Şekil 4’de gösterilmiştir [11]. Taze beton yüzeyinde yiv açılması yöntemi son yıllarda yerini yüzeyde agrega tanelerini kısmen soyarak açığa çıkaran yöntemlere bırakmaktadır.
[ 10 ]
Illinois Üniversitesinde yapılan bir araştırmada farklı modellerde iki otomobilin saatte 100 km hızla giderken asfalt ve beton yollardaki fren mesafeleri karşılaştırılmıştır [12]. Denemelerde yolların kuru ve ıslak durumları ile asfalt kaplamalarda tekerlek izi bulunan haller kapsanmıştır. Şekil 5’de görüldüğü gibi beton kaplamada duruş mesafeleri genellikle daha kısa olmuştur.
Asfalt ve beton yollar üzerinde sürüş güvenliğine ilaveten sürüş rahatlığı, görüş kolaylığı ve gürültü
seviyesi gibi kısaca “sürüş konforu” kavramı altında toplayabileceğimiz hususlar da karşılaştırmalı
olarak araştırılmıştır.
Kanada’nın Nova Scotia Eyaleti Ulaştırma ve Bayındırlık Bakanlığı tarafından beş yıl süre ile yürütülen bir araştırmada 104 numaralı otoyolun 1994 yılında yapılan ve biribirine komşu asfalt ve beton bölümleri üzerinde sürüş rahatlığı incelendi. Deneme sürüşlerinde toplanan bilgiler kaplama yüzeyinin geometrik düzgünlüğü ve oluşan bozulmalarla ilişkili bir “sürüş rahatlığı indeksi” ne çevrildi [13]. Şekil 6’da görüldüğü gibi, ilk iki yıl asfalt yolda sürüş daha rahat iken sonraki yıllarda üstünlük daha dayanıklı olan betona geçmiştir.
Doğal olarak daha açık renkli olan beton, taşıt farları veya yol lambalarından çıkan ışığı siyah renkli asfalttan daha iyi yansıtır ve geceleri çok daha iyi görüş kolaylığı sağlar (Şekil 7). Bu husus sürüş güvenliği ile de yakından ilgilidir. Kanada’nın Ontario eyaletindeki otoyollar üzerinde yapılan bir araştırmadaki ışık ölçümlerine göre 1 km uzunluğundaki yolun standard düzeyde aydınlatılabilmesi için asfalt kaplamada 20 lamba gerekirken beton kaplamada 14 lamba yeterli olmaktadır [14]. Güneşli günlerde ise beton yolların göz kamaştırma gibi olumsuz etkisi olabilir. Ancak burada güneş gözlüğü takmak gibi basit önlemler yeterli olmaktadır. Yağmurlu havalarda, ıslak yollarda makropürüzlülük taşıtlardan su sıçramasını ve görüş şartlarının bozulmasını önlemektedir [8]. Bu konuda makropürüzlülüklerini daha uzun süre koruyabilen beton yolların daha avantajlı olduğu
söylenebilir.
Taşıt sürerken duyulan gürültü, tekerlek lastiklerinin yol kaplaması üzerinde yuvarlanırken çıkardıkları sesi de içerir. Bu ses taşıtın ağırlığı ve hızı, lastik ve kaplama yüzeyi özellikleri ile yüzeyin kuru veya ıslak olması gibi faktörlere bağlı olarak değişir. Ayrıca beton yollarda derz bulunması ve derz dolgularının, plak bağlantılarının yetersiz olması durumlarında sürüş sırasında periyodik
sesler oluşacaktır. Kaplama yüzeyinde sürüş güvenliğine yardımcı olan makropürüzlülük arttıkça lastiklerin çıkardığı gürültü de artar. Şekil 8’deki bilgilere göre beton kaplamalarda ince asfalt kaplamadan biraz daha fazla, bitümlü sathi kaplamaya kıyasla ise biraz daha az gürültü meydana gelmektedir [8].
Nova Scotia’daki 5 yıllık araştırmanın sonuçlarına göre beton yoldan çıkan gürültü asfalt yoldakinden ortalama 2-4 desibel daha fazladır. İlave bilgi olarak normal konuşma sesinin 60 -70 desibel, fısıltının ise 20 desibel olarak ölçüldüğüne yer verilmekte, 5 desibelden az farklılıkların önemli olmadığı bildirilmektedir [13]. A.B.D. Ulaştırma Bakanlığı’nın bir yayını asfalt ve beton yollar arasında gürültü faktörü yönünden önemli bir farklılık bulunmadığını belirtmektedir [15]. Wisconsin Karayolları İdaresi uygun yüzey pürüzlülüğü sağlayarak ve maliyeti artırmadan güvenli ve “vınlamayan” beton yolların kolayca yapılabileceğini bildirmektedir
[16]. İngiltere’de yapılan bir araştırmada halk arasından seçilen 40 kişiye kontrollu laboratuvar koşullarında çeşitli asfalt ve beton yollarda trafiğin meydana getirdiği sesler dinletilmiştir. Uygun yüzey pürüzlülüğü olan beton yollar ile asfalt yollar arasında belirgin bir ses farkı işitilmemiş, bazı beton yollardan ise daha fazla gürültü çıktığı ifade edilmiştir [17]. Beton kaplama yüzeyinin kısmen
soyulmuş ve 4 -8 mm boyutlarındaki agregalar ile pürüzlendirilmesi ses düzeyini 3 -4 desibel azaltarak asfalttan daha sessiz “fısıltı” betonları elde edilmekte ve birçok ülkede uygulanmaktadır
Dayanıklılık
Diğer mühendislik malzemesinde olduğu gibi yol kaplamalarında kullanılan asfalt ve betonu yıpratan faktörler arasında sıcaklık ve nem değişimleri ve farklılıkları, donma-çözülme, aşırı yükler, tekrar eden yükler ve zararlı kimyasallar sayılabilir. Termoplastik bir malzeme olarak asfalt sıcaklık değişimlerine karşı daha duyarlıdır. Yazın yumuşayarak tekerlek izi oluşturur, kışın da gevrekleşerek çatlayabilir. Rijit beton kaplamalarda sıcaklık değişimleri, plak içinde sıcaklık ve nem farklılıkları çatlama ve deformasyonlara neden olabilir. Önlem olarak derz sistemi ve/veya çelik donatı uygulanmaktadır. Soğuk ve yağışlı iklimlerde donma-çözülme
etkisine karşı beton karışımına kimyasal katkılarla hava sürüklemek etkili korunma sağlamaktadır. Malzeme olarak asfaltın zamanla “yaşlanması” söz konusudur. Bu olayda oksidasyon, uçucu madde kaybı ve polimerleşme gibi faktörler rol oynar. Yaşlanan asfalt sertleşerek bağlayıcılık özelliğini kaybetmeye başlar, agrega ile aderansı azalır, çatlar ve suda çözünürlüğü artar [8,9]. Betonda
rastlanmayan bu olay asfalt kaplamalarda göreli olarak yorulmaya karşı direncin az, faydalı ömrün kısa oluşunda önemli bir etkendir.
Buzlanmaya karşı, yollara dökülen tuzların her iki kaplama türünde de benzer olumsuz etkileri vardır. Uygun tasarım ve geçirgenliği düşük kaplama yüzeyi oluşturarak önlem alınabilir. Diğer taraftan, taşıtlardan dökülebilecek benzin, motorin ve yağ gibi maddeler asfaltın kimyasal yapısında değişikliklere neden olurlar [8]. Sonuç olarak beton yolların faydalı ömürleri asfalt yollardan birkaç kat daha fazla olmaktadır. Nitekim asfalt yollar genellikle en fazla 20 yıllık hizmet süreleri için projelendirilirken beton yollarda bu süre 40-50 yıla ulaşabilmektedir
Yapım Maliyeti
Esnek veya rijit yol üstyapılarının ilk maliyetlerinin karşılaştırılmaları, zemin ve trafik özelliklerine, hizmet sürelerine ve ülke koşullarına bağlı olarak farklılık gösterebilir. Ülkemizde beton yolun ilk yapım maliyetinin asfalt yolunkinden daha fazla olduğuna dair yerleşmiş bir kanı vardır. Aşağıda özetlenen çalışmalar bunun genellikle doğru olmadığını göstermektedir. Bu konuda İstanbul Teknik Üniversitesi öğretim üyeleri tarafından yapılan bir çalışmada 1998 yılı birim fiyatları ve 20 yıllık hizmet ömrü esas alınarak zayıf ve iyi zemin (CBR %3 ve %10) üzerinde değişik proje trafiği değerlerine göre esnek ve rijit üst yapıların ilk maliyetleri karşılaştırılmıştır Şekil 9 ve 10 da özetlenen sonuçlara göre taban zemininin zayıf olması durumunda beton kaplama düşük trafik hacimlerinde bile asfalt kaplamalardan daha ekonomik olmakdadır. Zeminin daha kuvvetli olması durumunda asfalt kaplama belirli bir trafik değerine kadar daha ucuza mal olmakta, yüksek trafik hacimlerinde ise gene beton kaplama daha ekonomik olmaktadır [2].
Türkiye Hazır Beton Birliği (THBB) tarafından yapılan kapsamlı bir çalışmada asfalt ve beton yol üstyapılarının yapım maliyetleri karşılaştırılmıştır [23]. Bu amaçla şerit genişliği 3.5 m olmak üzere 2 şeritli, platform genişliği 12 m olan tipik bir yol kesiti düşünülmüş, taban zemini için CBR değeri %10 kabul edilmiştir. Trafik yükü olarak 8.2 tonluk eşdeğer dingil yükünün tekerrür sayısına bağlı olarak 11 farklı trafik kategorisi ele alınmıştır. Esnek üst yapı KGM tarafından uygulanan esaslara göre tasarlanmış, rijit üst yapının tasarımında ise Derzli Donatısız kaplama için üç farklı ülkede uygulanan yöntemler takip edilmiştir. Bunlar A.B.D.
de uygulanan AASHTO yöntemi [24], Almanya’da uygulanan RstO yöntemi [25 ] ve Belçika’da uygulanan katalog yöntemidir [26]. Bu suretle üst yapı tabakaları, kalınlıkları ve kullanılacak malzeme nitelikleri belirlendikten sonra KGM, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı (BİB), Demiryolları, Limanlar ve Hava Meydanları İnşaatı Genel Müdürlüğü (DLH) tarafından 2002 yılında uygulanan birim fiyat ve rayiçler esas alınarak yolun 1000 m uzunluğu için birim yapım maliyetleri hesaplanmıştır. Sonuçlar, göreli maliyet değerleri olarak Şekil 11’ de özetlenmiştir. Buradan rijit üst yapıların genel olarak esnek üst yapıdan daha düşük bir yapım maliyetine sahip oldukları görülmektedir. Sadece Belçika yöntemine göre tasarlanmış beton kaplamanın maliyeti belirli bir trafik yüküne kadar asfaltınkinden daha fazla, ağır trafik kategorilerinde ise gene daha az olmaktadır.
Yaşam Döngüsü Maliyeti
Mühendislik yapılarında ekonomik analizlerin yaşam döngüsü (veya hizmet ömrü) maliyeti esasına göre yapılması gerekir. Asfalt ve beton yolların böyle bir analizle karşılaştırılmalarında ilk maliyete ilaveten hizmet ömrü boyunca bakım ve onarım sıklıkları ile bunların teknik ve sosyal maliyetleri, aydınlatma masrafları, taşıtların yakıt sarfiyatı gibi hususlar ve çevresel etkiler itibara alınır. Bu
amaçla yapılan çalışmalar özellikle trafik hacmi yüksek yollarda ilk maliyetin daha fazla olması durumunda bile hizmet ömrü sonunda beton yolların asfalt yollardan daha ekonomik olduğunu ortaya koymaktadır. Günlük ticari taşıt trafiğinin 5.000’den fazla olması durumunda beton yol tercih edilmektedir [9]. Asfalt yollarda yapımlarından 3 -5 yıl sonradan itibaren bakım ve onarım çalışmalarına gerek duyulmakta, 10 yıl sonra kaplama yüzeyinin yenilenmesi yoluna gidilmektedir. Artan onarım çalışmaları ve maliyetleri 17 -20 yıl sonra ekonomik ömrün sonunu yaklaştırmaktadır. Toplam bakım ve onarım maliyetinin ilk maliyeti geçmesi de mümkündür. Sık yapılan bakım ve onarım işlemleri sırasında yolda trafiğin kısıtlanması, iş ve zaman kaybına neden olmakta, yakıt sarfiyatını ve dolayısı ile hava kirlenmesini arttırmakta, kullanıcı üzerinde olumsuz psikolojik etki yaratmaktadır Beton yollar hizmet ömürleri boyunca az miktarda bakım gerektirirler. Derz dolgularının 4-5 yılda bir kontrolu yapılır. Genellikle ilk ufak onarımlar 10-12 yıl sonra gerekebilir. Yüzey pürüzlülükleri 17-18 yıl sonra elden geçirilmektedir [8,9,12]. Beton yollarda onarımlar asfalt yollara göre Yapılan araştırmalara göre asfalt ve beton kaplamalarda yuvarlanma direnci faktörleri sırası ile 0.12 ve 0.10 olarak belirlenmiştir. Bu da beton yolda giden bir taşıtın daha az yakıt sarfedeceğini göstermektedir. Şekil 12’de görüldüğü gibi özellikle ağır vasıta tekerlekleri esnek olan asfalt kaplamaya gömülerek sürüş sırasında zorlanmaktadırlar. Bu tür taşıtlar için beton kaplama ortalama %5-11 arası yakıt tasarrufu sağlamaktadır
Beton Yolun Yapımı Konusunda Pratik Bilgiler
Evvelce değinildiği gibi, beton kaplamalarda sıcaklık ve nem farklılıklarından ve diğer faktörlerden kaynaklanabilecek çatlamaları en aza indirmek ve kontrol etmek amacı ile derz sistemleri ve / veya çelik donatı kullanılır. Derzler yol eksenine göre enine, boyuna veya çapraz olabilir. Tam derzler plak kalınlığı boyunca oluşturulurken, yarım derzler plak kalınlığının sadece bir bölümüne kadar açılırlar ve çatlakların zayıflatılmış kesitte toplanmasını sağlarlar. Tam derzler birlikte dökülmeyen plaklar veya kaplama ile diğer yapılar arasında yer alırlar. Gene tam derz olan genleşme derzleri sayesinde plaklar sıcaklık değişimlerinde serbest hareket edebilirler. Ancak, sıcak havalarda dökülen beton kaplamalar için genellikle genleşme derzine gerek duyulmamaktadır. Derzler yol yüzeyinde kesiklilik meydana getirirler ve alt tabakalara su sızmasına yol açabilirler. Bu nedenlerle ağızlarında pah açıldıktan
sonra fitil ve elastik bir dolgu malzemesi ile doldurulup düzlenmeleri gerekir. Derzli Donatısız beton kaplamalarda genellikle 5 -6 m
aralıklarla enine derz kesilir. Yol genişliğine bağlı olarak gene benzer aralıklarla boyuna derz (ler) kesilmesi gerekebilir (boyuna derzlerin mümkün olduğu kadar trafik şeridi ortalarında olması, tekerlek altına gelmemesi tercih edilir). Özetle,derzlerin kaplama yüzeyinde kenarları 5 – 6 m civarında olan ve mümkün olduğu kadar kare şeklinde anolar oluşturması istenir (nadiren uygulanan çapraz derzlerde amaç, aracın iki tekerleğinin de aynı zamanda derz üzerinden geçmesini önlemektir).Derzler kaplamanın
1/3 derinliğine kadar kesilir. Bu tür kaplamalara “ Donatısız” denilmesine rağmen derz bölgelerinde çelik çubuklar
bulunur. Derze dik olarak, enine derzlerin altına düz “kayma demirleri”, boyuna derzlerin altına nervürlü “ bağlantı demirleri” yerleştirilir. Derzlerde kullanılan kayma ve bağlantı demirleri yükün plaktan plaka yayılmasını ve plakların, sürüş rahatlığı için, birlikte deforme olmasını sağlar. Bazı yarım derzlerde donatı bulunmayabilir. Şekil 13’de Derzli Donatısız üstyapıda derzler ve donatı çubukları ile diğer özellikler gösterilmiştir [11]. Kayma demirleri, beton dökülmeden önce yol yüzeyine çakılı çelik sehpalara konularak istenilen yükseklik ve aralıklarla yerleştirilmeleri sağlanır. Sehpalara monte edilmiş çubukların ileri yönde hareketleri önlenmemelidir. Betonu seren bazı finişerlerde kayma demirlerini otomatik olarak yerleştiren mekanizma vardır. Bağlantı demirleri finişerin arkasından kalıplanarak çıkan beton kaplamanın kenarından içeriye istenilen aralıklarla yarı boylarına kadar el ile saplanır.
Derzli Donatılı beton kaplamalarda derz altlarındaki donatıya ilaveten sürekli donatı da bulunur. Bu tür kaplamalarda derzler, Derzli Donatılı kaplamalardakilerden daha uzun aralıklarla kesilir. Seyrek uygulanan bir kaplama türüdür. Sürekli Donatılı beton kaplamalarda derz bulunmaz. Sürekli donatı olarak hasır çelik veya yol eksenine göre enine ve boyuna yerleştirilmiş donatı çubukları kullanılır. Kompozit beton kaplamalarda asfalt ve beton birlikte kullanılarak her iki malzemenin olumlu özelliklerinden yararlanılır. Bu tür kaplamalar,faydalı ömrünü doldurmuş yolların iyileştirilmesi sonucu da ortaya çıkar. Örneğin, 40 - 50 yıl hizmet görmüş bir beton yolun yıpranmış yüzeyi ince bir asfalt tabaka ile, eskimiş bir asfalt yolun yüzeyi de beton kaplama (white topping = WT) ile
yenilenebilir. Bazı hallerde bu amaçla çok ince,5 - 10 cm kalınlığında, lifli beton tabakası (ultra thin white topping = UTWT) da kullanılmaktadır [8,11]. Son yıllarda uygulanan farklı bir “kompozit” kaplama, eskimiş asfalt yüzeyinin parçalanıp yerinde
agrega ve çimento ile karıştırılıp beton kaplama olarak yenilenmesini içerir. Buna “yerinde yenileme veya iyileştirme” (full depth rehabilitation = FDR ) deniliyor. Derzli Donatısız beton kaplamalarda santraldan betonu getiren damperli kamyon veya transmikser
yapılmakta olan yol üzerinden gelerek betonu finişerin önüne boşaltır. Derzli Donatılı veya Sürekli Donatılı kaplamalarda yapılmakta olan yol şeridi üzerinde donatı serilmiş olduğundan bu mümkün olmaz ve bu araçların yola yandan yaklaşmaları ve betonun buradan genellikle bir kepçe vasıtası ile finişerin önüne aktarılması gerekir.