Proje konusu ne olursa olsun (yol, baraj, bina inşaatı vb) ortaya çıkan ürünün ömrü ve güvenilirliği temelin sağlamlığına bağlıdır. Malzeme sıkıştırmanın birincil amacı oluşturulan tabakanın istenilen yükü istenilen süre boyunca emniyetle taşıyabilmesidir. Bir fikir vermesi açısından malzemenin yoğunluğundaki %1 lik artışın taşıma kapasitesini %10-15 arttırdığını söyleyebiliriz. Üstelik temel tabakalarında yapılan hataları ileride üstyapıya uygulanan türde basit tamiratla telafi etmek te mümkün değildir.

Toprak silindirleri genel olarak sıkıştırmayı saplayan ön tambur ve yürüyüşü sağlayan arka tekerleklerden oluşur. Günümüzde statik ağırlıkla sıkıştırma yöntemi yerini dinamik (vibrasyonlu) sıkıştırma yöntemlerine bırakmıştır. Dolayısıyla sıkıştırma performansını belirleyen :

Kaç tonluk bir ağırlığı ?
Kaç mm yükseklikten ?
Saniyede kaç kez malzemeye vuruyor? sorularının bileşimidir.
Sıkıştırılan malzemenin tipi, nem oranı, bir seferde sıkıştırılacak tabakanın kalınlığı ve saatte sıkıştırılacak miktarı ise ekipman seçiminin temel kriterleridir. İnce malzemenin (kil, mil gibi) ağırlıkta olduğu topraklarda düz tamburlar malzemeyi kavrayamayacağından patinaja düşebilirler. Böyle uygulamalar için tırnaklarla desteklenmiş tipte tamburlar (keçi ayağı) kullanılır.

PROKTOR

Genel anlamıyla “sıkıştırma” birtakım harici kuvvetlerin etkisiyle malzemenin yoğunluğunu arttırma işlemine denir. Bu kuvvetler statik veya dinamik olabilirler. Ancak, yöntemi ne olursa olsun inşaat işlerinin büyük kısmında (yollar, barajlar, bina temelleri, havaalanları, limanlar vb ) sıkıştırmanın kalitesi imalatın kalitesi ve ömrü üzerinde birincil etkiye sahiptir. Bir fikir vermesi açısından, malzeme yoğunluğunda %1 lik artışın, taşıma kapasitesini %10-15 arttırdığını söyleyebiliriz. Sıkıştırma faaliyetinin, toplam proje maliyetindeki payı %3-5 seviyelerinde kalmasına rağmen sonuca etkisi çok büyüktür. Ayrıca, bu aşamada yapılacak hataların ileride tamiri ve telafisi neredeyse imkansızdır. Dolayısıyla şantiye faaliyetinde “gömülü işler” sınıfına giren toprak sıkıştırma faaliyetinin şartnamelere uygun ve kaliteli yapılması hem işin kalitesini etkileyecek hem de ileride olası bakım ve tamirat maliyetlerini azaltacaktır.

Toprak sıkıştırmayı belirleyen üç önemli faktör vardır:

• Toprağın cinsi

• Rutubet miktarı

• Uygulanan sıkıştırma yöntemi ve aktarılan enerji miktarı

• Şimdi bu faktörlere kısaca göz atalım.

Toprağın Cinsi :

Toprak, elde edildiği jeolojik bölge, bileşimi ve fiziksel özellikleri dikkate alındığında farklı isimlerle sınıflandırılabilir.
Nehir toprağı : akan suyun etkisiyle oluşmuş topraktır.
Alüvyon : Akarsuların taşıdıkları malzemeler düzlüğe geldiklerinde vaya denize/göle dökülmeden önce kaba malzemeler başta, ince malzemeler en yukarıda olmak üzere çökelirler.
Dere yatağı malzemeler : Doğal şekilde yıkanmış kum ve çakıllardır. Beton, asfalt ve alt temel malzemesi olarak sıkça kullanılırlar.
Göl çökeltisi : İnce kumdan kile kadarki yelpazede malzemelerdir.
Buzul artıkları: Kuzey/güney kutuplarına yakın bölgelerde buzulların hareketi sonucu oluşan malzemelerdir.
Hava artıkları :
Rüzgarın etkisiyle sürüklenerek bir bölgede biriken (ince kum ve mil türü) malzemelerdir.
Kalıtsal toprak : Kayaların atmosferik etkilerle parçalanarak ufak taneli çakıl veya kil oluşturmalarıdır.
Organik toprak : Ayrışmış bitkilerden oluşan bir tür yer kömürüdür. Nadiren dolgu malzemesi olarak kullanılır.

Toprağın sınıflandırılması :

Madensel topraklar genelde tane büyüklüğüne göre sınıflandırılırlar. Aşağıdaki tabloda farklı ülkelerde uygulanan elek standartları verilmiştir. Bu malzemeleri doğada tek başlarına bulmak imkansız gibidir. Daha çok birkaç malzemenin karışımı şeklinde bulunurlar ve bu karışımdaki tane büyüklüklerinin oranı cinsinden adlandırılırlar. Dünyada en geçerli sınıflama yöntemi USCS (unified soil classification system) olup toprak isim ve harflerle 15 gruba ayrılmıştır. Yol müteahhitleri AASHO sınıflandırmasını da bolca kullanırlar. Gözümüzle de kolayca ayırt edebileceğimiz sınıflandırma ise : kaya parçası – iri çakıl – çakıl – kum – mil – kil dir.

Gradasyon : Kurutulmuş toprak örneğinin bir seri elekten geçirilmesi sonucu her bir elekte toplanan malzeme miktarının toplam kütleye oranı o malzemenin gradasyonunu verir. Bu yöntem kum tipi malzemeye kadar iyi sonuç verir; ancak daha ince malzemelerde hidrometre testi yapılmalıdır. İyi gradasyonlu toprakta iri tanelerin arasındaki boşluları dolduracak küçük taneli malzeme de olmalıdır. Dolayısıyla homojen bir kompozisyon gösteren malzemelerin yoğunluklarını arttırmak (sıkıştırmak) çok zordur.

Rutubet miktarı :

Belli bir kuvvet altında malzemenin yoğunluğunu azami kılmak için optimum nem miktarına ulaşmak gereklidir. Malzeme kurudukça sıkıştırma etkilerine direnci artar; ıslandıkça azalır. Ancak nem arttıkça malzemenin yoğunluğu azalmaya başlar. Dolayısıyla herhangi bir malzemenin kendisine tatbik edilen kuvvet altında en ideal sıkışma karakteristiğini göstermesi için ideal nem miktarında olması gerekir. Bu noktayı en iyi belirleyen yöntem ise Proctor testidir. Standart Proctor testinde yoğunluk-nem ilişkisi araştırılan malzeme yaklaşık 10 cm çapında bir silindirin içine 3 katman halinde serilir. Her katman 25 defa 2,5 kg lık ağırlık 30 cm yükseklikten bırakılarak sıkıştırılır. Daha yüksek sıkıştırma değerlerinin gerektiği durumlarda Modifiye Proctor testleri uygulanır. (4,5 kg çekiç ve 5 katman ile Standart Proctor’a göre 4,6 kez fazla enerji aktarılır. Dolayısıyla referans yoğunluk Standart Proctor’a göre kaba malzemede %5, ince malzemede ise %10 daha yüksek çıkar. Artan trafik yükü nedeniyle günümüzde Modifiye Proctor daha çok kullanılmaya başlanmıştır.

Rutubet miktarının bir diğer etkisi de malzemenin taneciklerin suyun yüzey gerilim kuvveti sayesinde birbirlerine elastik bir bağla tutunmalarıdır. Bu etki partikül çapı azaldıkça artar.

Sıkıştırma Yöntemleri :

İki çeşit sıkıştırma vardır :

· Statik sıkıştırma : Sabit bir ağırlığın malzemenin yüzeyine yaptığı basınç etkisiyle gerçekleştirilir. Sıkıştırma etkisini değiştirmek için ya ağırlık ya da basınç alanı değiştirilmelidir. Bu yöntemde yüzeyde nispeten istenilen sıkıştırma sağlansa da aşağı katmanlarda malzemeler arası sürtünme kuvvetleri etkili olacağından boşluklar kalacaktır. Ayrıca etkiyi arttırmak uğruna 20 tonun üzerlerinde silindirler yapmak mekanik / ekonomik açıdan sorunlu olmaktadır.

· Dinamik (vibrasyonlu) sıkıştırma : Dönen eksantrik ağırlıkların sayesinde sıkıştırılacak malzemeye basın dalgaları yayan bu tür silindirler hem statik ağırlıklarının hem de dinamik kuvvetlerin etkisiyle derinlerdeki tanecikleri bile titreştirerek aralarındaki iç sürtünme kuvvetlerini yenebilmektedir. Bu sayede çok daha iyi sıkıştırma sonuçları elde edilebilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken bir husus ta malzemenin tanecikleri arasındaki cohesion kuvvetinin kum, mıcır tarzı karışımlarda daha düşük olması, dolayısıyla uygulanması gereken kuvvetin kil türevi malzemelere nazaran daha düşük olmasıdır. Bu etkene dikkat edilmezse aşırı sıkıştırma kuvvetleri altında malzemenin gradasyonu zarar görebilir.

Vibrasyonlu Silindirler :

Farklı marka ve modellerdeki silindirlerin değerlendirmesinde en gerçekçi verileri saha uygulamalarında yapılan test ve ölçümler belirleyecektir. Ancak coğrafi, mevsimsel ve projenin kendine has farklılıkları nedeniyle objektif değerlendirmeler yapmak çok zordur. Bu amaçla CECE (Committee for European Construction Equipment) ve CIMA (Construction Industry Manufacturing Association) bazı standartlar yayımlamışlardır.

Bir silindirin sıkıştırma performansını belirleyen üç kritik değer vardır :

· Statik lineer yük (kg/cm veya N/mm cinsinden verilir)

· Frekans (Hz veya vpm cinsinden verilir)

· Genlik (mm cinsinden verilir)

Bir diğer değişle silindirin sıkıştırma etkisini : Santimetreye kaç kilogramlık bir kütleyi, saniyede kaç defa, ne kadar yükseklikten vuruyoruz? Sorusunun cevabı sıkıştırma gücünü belirleyecektir. Bazı sohbetlerde santrifüj kuvvetin de doğrudan sıkıştırma göstergesi gibi anıldığına şahit oluyoruz. Aslında bu değer silindirdeki diğer onlarca sistem gibi yukarıda anılan üç büyüklüğü elde etmek için bir yardımcı araçtır. Dolayısıyla santrifüj kuvveti “.... ton vuruyor” şeklinde müşteriye yansıtmak yanıltıcı sonuçlar verebilir. Şimdi sözü edilen üç parametreyi inceleyelim :

Statik lineer yük : tambur ağırlığının tambur boyuna bölünmesinden elde edilen büyüklük olup toprak sıkıştırma etkisini arttıran ve geçilecek pas sayısını azaltan en önemli göstergelerdendir. Birimi Kg/cm veya N/mm olarak anılan bu büyüklük hesabında CECE normuna göre tambur, tamburun bağlandığı şasi ve operatörün ağırlığı da ağırlığa dahildir. Bir toprak silindirinin toplam ağırlığı sıkıştırma performansı açısından net bilgi veremez. Bu nedenle karşılaştırmalarda statik lineer yük değerini incelemek daha doğrudur. Bazı uygulamalarda (özellikle patinaj riskinin arttığı durumlarda) kullanılan arka lastiklere sıvı doldurma yoluyla silindirin ağırlığını arttırmak sıkıştırma performansında hiçbir artış sağlayamadığı gibi, motora binen yükün de artmasına sebep olur.

Frekans ve Genlik : Frekans sıkıştırmayı yapan tamburun birim zamandaki vuruş sayısıdır. Birimi Hz (saniyedeki vuruş sayısı veya vpm/rpm (dakikadaki vuruş sayısı) olarak anılır. Genlik ise tamburun eksenindeki yer değiştirmedir. Dolayısıyla tamburun toplam hareketi nominal genliğin iki misline eşittir. Birimi mm olarak anılır. Bu iki büyüklüğün kombinasyonu vibrasyon tekniğinin ilk uygulandığı günden beri tartışılmaktadır. Yapılan çeşitli testler en ideal sıkıştırmanın 25-40 Hz arasında oluştuğunu göstermiştir. Bu sınırlar arasında frekanstaki değişiklikler sıkıştırma etkisini hemen hemen hiçi değiştirmese de genlik üzerindeki farklılıklar sıkıştırma etkisini ve derinliğini çok etkilemektedir. Yüksek genlikler (1,5-2,0 mm) genelde kaya dolgu, kuru killi toprak gibi büyük sıkıştırma kuvvetleri isteyen malzemelerde uygulanır. Düşük genlikler ise (0,8-2,0 mm) stabilize malzemeler ile alt temel uygulamalarında tercih edilir. Asfalt uygulamalarında ise bu değerler 0,4-0,8 mm lere kadar inmektedir. Dynapac silindirlerlerindeki çift genlik/frekans seçeneği alınan ekipmanın çok farklı projelerde verimli kullanılabilmesini sağlar. Bazen granule malzeme sıkıştırırken yüksek genlikle çalışmaya başlamak tamburun zıplamasına yol açar ki bu durumda malzemenin sıkıştırılması da mümkün değildir. Böyle hallerde önce alçak genlikle işe başlayıp, malzeme belli bir yoğunluğa ulaştıktan sonra yüksek genliğe geçmek gereklidir.

Toprak Silindirinde Diğer Parametreler

Çalışma hızı : Çalışma hızındaki artış belli bir sınıra kadar pas sayısıyla dengelense de, tecrübeler ideal hızın 3-6 km/h olduğunu göstermiştir. Hız konusunda asıl önemli nokta çalışma boyunca süratin sabit tutulmasıdır. Homojen bir sıkıştırma için operatörün silindir hızına özen göstermesi şarttır.

Tambur sayısı : Ülkemizde toprak sıkıştırma için genelde tek tamburlu modeller tercih edilmektedir. Çift tamburlu (tandem) silindirler asfalt sıkıştırmada kullanılmaktadır. Kapasitenin önem kazandığı durumlarda tandem silindirler de toprak sıkıştırmasında kullanılabilirler. Elbette tandem silindirler asfalt sıkıştırma için tasarlandığından yüksek genlikte bile (0,8 mm) söz konusu toprağın ihtiyacı olan etkiyi veremeyebilirler. Ayrıca toprak sıkıştırmada malzeme tamburlar üzerinde kalıcı deformasyonlara sebebiyet verebilir ki bu durum silindiri asfalt sıkıştırmada kullanılamaz hale getirebilir.

Silindir ağırlığı : Belli bir sınıra kadar silindirin toplam ağırlığı tamburun dinamik kuvvetini azami miktarda toprağa aktarmasını sağlasa da, gereksiz ağırlık artışı vibrasyonların sönümlenmesine ve motorun gereksiz yüklenmesine sebebiyet verecektir.

Tambur Genişliği : Toprak silindirlerinde tambur genişliğinin artması kapasiteyi yükseltir. Ancak asfalt silindirlerinde önde giden finişerin tabla genişliği dikkate alınması gereken bir parametredir. Zira finişerin peşinden gelen silindirlerin belli bir üst üste binme oranıyla bu genişliği tam kaplamaları gereklidir.

Tambur çapı : Çap büyüdükçe yuvarlanma direnci de azalacağından, bu konu daha çok yüzey çatlaklarının önemli olduğu asfalt sıkıştırmada önemlidir.

Tambur Et kalınlığı : Özellikle iri taş veya kaya tarzı aşındırıcı malzemelerle çalışılan projelerde silindir ömrünü etkileyen parametrelerden bir de et kalınlığıdır. Maalesef bu konuya yeterince önem verilmediğini bazı kataloglarda et kalınlığına hiç yer verilmemesinden yada bazı silindirlerde tamburun iki ucuna nispeten kalın çember kaynatılarak müşterinin yanıltılmasına çalışıldığından anlamaktayız. Tamburun yüzey düzgünlüğü özellikle asfalt lekelerinin önlenmesinde değer kazansa da toprak sıkıştırmalarında makinenin dengesi (dolayısıyla yatakların ömrü) üzerinde de etkili olmaktadır.

Tambur yatakları : Özellikle yüksek genliklerde şaftın esnemesini karşılamak için dörtlü yatak sistemi kullanılmalıdır. Aksi halde tamburun çalışma ömrü ciddi biçimde azalacaktır.

Sıkıştırma Kapasitesi : Silindirin performansını belirleyen etkenlerden birisi de kapasitesidir. Kapasite hesabında kullanılan değerler şunlardır :

• Tambur genişliği (W) [mm]
• Silindir hızı (v) [km/h]
• Sıkışmış tabaka kalınlığı (H) [m]
• Pas sayısı (n)
• Verim katsayısı (c)

Burada verim katsayısı silindirin yakıt, bakım, operatör ihtiyaçları ve tabakaların çakışması nedeniyle teorik zamandan ne kadar az çalıştığını gösterir. Tecrübeler bu değerin toprak işlerinde %75, asfalt işlerindeyse %50-60 arası seçilmesinin uygun olacağını göstermiştir.

Yukarıdaki parametreler ışığında yüzey kapasitesi (A) yı veren ifade :

c x W x v x 1000

A= ------------------------------ [m2/h]

Hacimsel kapasiteyi (Qs)veren ifadeyse :

c x W x v x H x 1000

Qs = -------------------------------- [m3/h]

Kolayca görüleceği üzere yukarıdaki ifadelerde W, c değerleri aynı silindir için sabit kalacağından, kapasiteyi arttırmanın yolu hız, tabaka kalınlığı ve pas sayısını değiştirmekten geçer.

Tırmanabilirlik : Bir silindirin farklı koşullarda performansını koruyabilmesi için çeki ve tırmanabilirlik değerlerinin yeterince büyük olması beklenir. Aksi takdirde eğimli arazide, yağışlı havada yada kaygan topraklarda istenilen sıkıştırma sağlanamaz. Silindirin tırmanabilirlik değerini etkileyen 5 önemli parametre vardır :

Tamburdan çekiş : silindirin arka tekerleklerine ilaveten ön tamburunda da yürüyüş mekanizması olması ağırlığın dengeli biçimde toprağa aktarılmasını sağlar. Bu durum özelliklekalın tabakalarla veya düzensiz karışımda malzeme ile çalışırken kendini gösterir.

Tambur çapı ve Statik Lineer Yük : Tambur çapı arttığında veya lineer yük azaldığında sıkıştırılacak malzeme ile tambur arasındaki atak açısı küçülür. Dolayısıyla yuvarlanma direnci azalır. Böylece çekiş artar.

Tambur/Traktör modül oranı : Eğer tamburdan çekiş yoksa, silindirin arka modülünün daha ağır olması çekişi arttırır. Hatta bu uğurda bazen arka latiklere sıvı doldurulur. Ancak toprak silindirlerinde sıkıştırma görevini yapan bölüm sadece ön tambur olduğundan üretici firmalar, tasarım değişiklikleriyle, ön modülü olabildiğince arttırmaya çalışırlar. Bu nedenle Dynapac belli ağırlığın üzerindeki modellerinde tamburdan çekişi de standart hale getirmiştir.

Lastik ebadı ve tipi : çalışılan sahanın özelliklerine göre traktör dişli veya normal lastikler kullanılabilir.

Tahrik mekanizması : Bir silindirin eğimli arazideki performansını etkileyen en önemli parametreleri hidrolik motorun güç/tork değerleri, dişli oranları ve aks karakteristikleridir (anti-spin diferansiyel ve tahrik sistemi)Özellikle killi zeminlerde kullanılan bir başka yöntem de “keçi ayağı” ataşmanını kullanmaktır. Ön tambur sökülerek, yerine üzerinde metal takozlar bulunan bir tambur konulur. Pek çok firma tamburu komple değiştirmek yerine daha ucuz bir çözüm olan “kabuk ataşman”ı önermektedir. Dynapac bu yöntemi aşağıdaki üç önemli sakıncası nedeniyle kesinlikle kullanmamaktadır :

1. Kabuk montaj gereği 2-3 parçalı yapılır ve cıvata+somunlarla birleştirilir. Bu işlem sanıldığı kadar hızlı ve kolay değildir. Dynapac tamburlarının gövdeye montaj detayı özel olup, çok hızlı şekilde tamburu (yuvarlayarak) değiştirmeye imkan verir. Üstelik, ağır şantiye koşullarında bu kabuk atamanların deforme olması, cıvataların kilitlenmesi, nakliye sırasında kaybolması vb pek çok olumsuzluk riski de vardır.

2. Silindirin tasarımı düz tambura göre yapılır. Sonradan eklenen kabuk ataşmanın tırnakları 100 mm civarında yatayda sapmaya sebep olurlar. Bu tarz ağır ve vibrasyonlu çalışan makineler için böylesi bir dengesizlik performansı düşürebilir.

3. Silindirin vibrasyon karakteristikleri (genlik+frekans) düz tambura göre tasarlanmıştır. Bu tamburun üzerine geçirilen metal kabuğun ağırlığı son derece hayati önemdeki bu parametreleri bozabilir.

Manevra yeteneği : Özellikle dar alanlarda çalışırken silindirin iç dönüş çapı değeri büyük önem kazanır. Ayrıca silindirin gövdesinden dışarı çıkan cıvata, somun, egzost borusu vb fazlalıklar manevra yeteneğinin gizli düşmanlarıdır. Bunun yanında operatörün çevresini rahatça gözleyebileceği tasarım iş kazalarını da minimuma indirecektir. Silindirin hızı şantiye içinde yer değiştirirken önem kazanır. Geri gitme hızı ilk bakışta önemsiz gibi gözükse de bazı uygulamalarda silindirin manevra yapamadan ileri geri hareket etme zorunluluğu doğduğunda kapasiteyi ciddi biçimde etkiler.

Diğer parametreler : Motor, operatör konforu, iş güvenliği, yedek parça desteği, satış sonrası servis desteği, farklı işlerde kullanılabilme yeteneği bir silindir seçiminde gözden kaçırılmaması gereken parametrelerdir.

Yorumlar (2)

...
Yorumu Yazan Utku KARAPINAR , Ocak 20, 2012

Buradaki kullanılan silindir sıkıştırma kapasitesi formulu ile ilgili kaynak nedir acaba ögrenebilir miyim? Bir de formulde pas sayısı ve silindir ağırlığı hiç kullanılmamaktadır. Bunlar sıkıştırma kapasitesini etkilemiyor mu acaba? Bir analizde silindir kapasitesini kullanmamız gerekiyor da başka bir formul yada kaynak soyleyebilir misiniz acaba? Saygılarımla.

Utku KARAPINAR
İnşaat Mühendisi

...
Yorumu Yazan turan batmaz , Nisan 14, 2016

Baraj dolgularinda bir pas ,silindirin govde uzerinde bir gidisemi denilir yoksa silindirle bir gidis ve bir donusemi bir pas denilir