ÇELİK CÜRUFUNUN ESNEK ÜSTYAPININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE ARAŞTIRILMASI

Abstract

Doğal agrega kaynaklarının azalması ve sürdürülebilir malzeme ihtiyacının artması, çelik cürufunu yol mühendisliğinde önemli bir alternatif haline getirmiştir. Bu tezde, çelik cürufunun esnek üstyapı sistemlerinde kullanılmasının mekanik performans üzerindeki etkileri sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, farklı oranlarda çelik cürufu içeren temel ve asfalt tabakalarının gerilme, deformasyon ve gerinim davranışlarını inceleyerek üstyapı performansına katkısını ortaya koymaktır. Bu kapsamda oluşturulan modellerde, değişen cüruf yüzdelerine bağlı olarak tabaka özellikleri tanımlanmış ve yükleme koşulları altında oluşan mekanik tepkiler değerlendirilmiştir. Analizlerde, hem temel hem de asfalt tabakalarında artan cüruf oranının dayanım ve deformasyon direnci üzerinde belirgin etkiler oluşturduğu görülmüştür. Bulgular, özellikle yüksek cüruf oranlarının gerilme dağılımını iyileştirdiğini, deformasyonları azalttığını ve yorulmaya bağlı yük tekrar sayısını artırdığını göstermektedir. Ayrıca yüzey yanıt yöntemi ile yapılan istatiksel analiz sonucunda yorulma ve tekerlek izine bağlı göçme yük tekrar sayılarının maksimum olduğu duruma göre optimizasyon yapıldığında yaklaşık olarak %70 temel tabakasında ve %42 asfalt tabakasında çelik cürufu kullanımıyla en yüksek dayanım ortaya çıkmıştır. Elde edilen sonuçlar, çelik cürufunun uygun oranlarda kullanılması halinde esnek üstyapıların servis ömrünü artırabileceğini, bakım maliyetlerini azaltabileceğini ve sürdürülebilir malzeme kullanımına katkı sağlayabileceğini göstermektedir.

The depletion of natural aggregate resources and the increasing need for sustainable materials have made steel slag an important alternative in road engineering. In this thesis, the effects of using steel slag in flexible pavement systems on mechanical performance were investigated using the finite element method. The main objective of the study is to reveal the contribution of steel slag to pavement performance by examining the stress, deformation, and strain behavior of base and asphalt layers containing different proportions of steel slag. In the models created for this purpose, layer properties were defined based on varying slag percentages, and the mechanical responses under loading conditions were evaluated. The analyses revealed that increasing slag content in both base and asphalt layers had significant effects on strength and deformation resistance. The findings indicate that high slag content, in particular, improves stress distribution, reduces deformation, and increases the number of load cycles associated with fatigue. Additionally, statistical analysis using the surface response method showed that when optimized for the maximum number of fatigue and wheel trackrelated settlement load cycles, the highest strength was achieved with approximately 70% steel slag usage in the base layer and 42% in the asphalt layer. The results obtained indicate that the use of steel slag in appropriate proportions can increase the service life of flexible pavements, reduce maintenance costs, and contribute to sustainable material use.