Yüksek Plastisiteli Kilin Esneklik Modülünü Tahmin Etmek için Yeni Bir Yapısal Model Geliştirme


Fedakar H. İ.

2nd International Conference on Access to Recent Advances in Engineering and Digitalization, Kayseri, Türkiye, 10 - 12 Mart 2021, ss.161-175

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Kayseri
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.161-175

Özet

Esneklik modülü (Mr), yol temel malzemelerinin tekrarlı trafik yükleri altındaki şekil değiştirme davranışını tahmin

etmek için yaygın olarak kullanılan bir malzeme özelliğidir. Bundan dolayı bu parametrenin doğru tahmini yol

tasarımlarında (özellikle esnek yollar) büyük öneme sahiptir. Bu amaçla zeminlerin esneklik modülünü tahmin etmek

için gerilme parametrelerini kullanan farklı yapısal modeller geliştirilmiştir. Ancak önceki çalışmalar net bir şekilde

gösterdi ki, bu modellerin tahmin yeteneğini iyileştirmek için zemin fiziksel özellikleri gerilme parametreleri ile

birlikte ele alınmalıdır. Bu çalışmada, zemin fiziksel özelliklerini ve gerilme parametrelerini kullanarak yüksek

plastisiteli kilin esneklik modülü için yeni bir yapısal model geliştirilmiştir. Bu modelin parametreleri 200 nolu elekten

geçen dane yüzdesi (P200), silt yüzdesi (SP), kil yüzdesi (CP), likit limit (LL), plastisite indeksi (PI), maksimum kuru

yoğunluk ((ρdry)max), optimum su içeriği (wopt), çevre gerilmesi (σc) ve tekrarlı eksenel gerilmedir (σcyc). Bu modeli

geliştirmek ve bu modelin görünmeyen veri üzerindeki tahmin yeteneğini test etmek için uzun-dönem yol performansı

(LTPP) veriseti kullanılmıştır. Daha sonra bu modelin tahmin performansı ortalama karekök karesel hata (RMSE),

ortalama mutlak hata (MAE) ve determinasyon katsayısı (R2) kullanarak 15 farklı yapısal modelin tahmin

performansları ile kıyaslanmıştır. Sonuçlara göre önceki yapısal modeller yüksek plastisiteli kilin esneklik modülünü

tahmin etmede başarısız olmuşlardır (daha yüksek RMSE (≥35.96 MPa) and MAE (≥30.34 MPa) and daha düşük R2

(≤0.1078)). Diğer yandan bu çalışmada önerilen yeni yapısal model yüksek plastisiteli kilin esneklik modülü için daha

iyi tahminler yapmıştır (RMSE≤10.39 MPa, MAE≤8.64 MPa ve R2≥0.9370). Bundan dolayı yüksek plastisiteli kili

taban zemini olarak kullanan yol yapılarının ön tasarımlarında bu modelin kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Resilient modulus (Mr) is a material property that is widely used to predict the strain behavior of pavement foundation

materials under repeated traffic loads. Thus, an accurate prediction of this parameter is of great importance in

pavement designs (particularly flexible pavements). For this purpose, various constitutive models were developed

based on stress parameters to predict Mr of soils. However, previous studies clearly indicated that soil physical

properties should also be considered together with stress parameters to improve the prediction capability of these

models. In this study, a new constitutive model for the Mr of high plasticity clay was developed based on stress

parameters and soil physical properties. The parameters of this model were the percent of particles passing #200 sieve

(P200), silt percent (SP), clay percent (CP), liquid limit (LL), plasticity index (PI), maximum dry density ((ρdry)max),

optimum moisture content (wopt), confining stress (σc), and cyclic axial stress (σcyc). A long-term pavement

performance (LTPP) dataset was used to develop this model and to test its prediction capability on unseen data. Then,

the prediction performances of this model were compared with those of fifteen different constitutive models using

root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and determination coefficient (R2). According to the

results, the previous constitutive models failed to predict the Mr of high plasticity clay (i.e., yielding higher RMSE

(≥35.96 MPa) and MAE (≥30.34 MPa) and lower R2 (≤0.1078)). On the other hand, the new constitutive model

proposed in this study gave better predictions (RMSE≤10.39 MPa, MAE≤8.64 MPa, and R2≥0.9370) for the Mr of high

plasticity clay. Therefore, it is concluded that this model can be used for preliminary designs of pavement structures

using high plasticity clay as subgrade soil.