Mevcut zeminin yapıyı destekleyebilecek kapasitede olmaması durumunda zemin iyileştirmesi uygulanır.
Granüler zeminlerde: gevşek olmaları büyük elastik oturmalara yol açabilir. Bu durumda birim hacim ağırlığı ve kesme dayanımını arttırmak için zemin sıkıştırılır.
Üst zeminin çok kötü olması durumunda, bu zemini kaldırılıp yerine daha iyi kalitede bir zemin serilmesi daha uygundur. Serilen zemin iyi sıkıştırılmalıdır. Bu işlem kotu yükseltmek için düşük kotlu alanlarda da uygulanabilir.
Yumuşak doygun killer yapı yüküne bağlı olarak büyük konsolidasyon oturmaları yapabilirler. Bu tür problemler için özel zemin iyileştirme teknikleri gereklidir.
Genleşebilir zeminlerin ıslahı içinse kireç gibi bazı pekiştirici malzemeler kullanılması uygundur.
Zemin iyileştirmesi şu amaçlarla yapılır:
ó Yapılarda meydana gelecek oturmaları azaltmak
ó Zeminin kesme dayanımını arttırarak sığ temelin dayanma kapasitesini yükseltmek
ó Dolgularda ve barajlarda şev kaymalarını önlemek için güvenlik sayısını arttırmak
ó Zeminin şişme ve büzülme özelliklerini azaltmak
SIKIŞTIRMA / KOMPAKSİYON:
Maksimum kuru birim hacim ağırlığa ulaşmak için optimum su muhtevasında zeminin sıkıştırılması gerekir. Su, zemin taneleri arasında yağ görevi görür ve sıkıştırma işlemi sırasında tanelerin birbirinin üstünden kayarak daha sıkı bir şekilde yeniden düzenlenmelerine yardımcı olur. Optimum su muhtevasından daha az veya daha fazla su eklenmesi, zeminin kuru birim hacim ağırlığında azalmaya sebep olur.
Bu optimum su muhtevası, laboratuarda standart veya modifiye proktor deneyleriyle elde edilir. Standart proktor deneyi önem katsayısı çok yüksek olmayan hafif vasıta yolu, az katlı binalar gibi yapıların inşa edileceği zeminlerde uygulanır. Moldda belli bir yükseklikten düşürülen belli ağırlıktaki bir çekiçle, malzeme 3 katman halinde 25’er vuruş yapılmak suretiyle sıkıştırılır. Modifiye proktorsa önem katsayısı yüksek olan ağır vasıta yolu, baraj, sanayi yapısı gibi yapıların inşa edileceği zeminlerde uygulanır. Aynı moldda standart proktora nazaran daha yüksekten düşürülen daha ağır bir çekiçle, malzeme 5 katman halinde 25’er vuruşla sıkıştırılır. Kompaksiyon enerjisi de standart proktor deneyine nazaran daha fazladır.
Proktor deneyi için şunları söylemek mümkündür:
ó Maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su muhtevası, kompaksiyon enerjisinin seviyesine bağlıdır.
ó Kompaksiyon enerjisi arttıkça maksimum kuru birim hacim ağırlık artar.
ó Kompaksiyon enerjisi arttıkça optimum su muhtevası azalır.
ó Kompaksiyon eğrisinin hiçbir kısmı, sıfır hava boşluğu çizgisinin sağ kısmına geçemez. Bu eğri bütün boşlukların suyla dolduğu γd’nin teorik en büyük değeridir.(γsav)
γsav=γw/((1/Gs)+w)
Burada γw: suyun birim hacim ağrılığı
Gs: spesific gravity (özgül ağırlık)
w: su muhtevası
ó Kompaksiyon sonrası maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su muhtevası zeminden zemine değişiklik gösterir.
Rölatif kompaksiyon: RC= γd(arazi) / γd(maksimum)
Rölatif sıkılık: Dr=[( γd– γd(min)) / (γd(max)– γd(min)].(γd(max)/ γd)
Granüler zeminler için rölatif kompaksiyon, rölatif sıkılığa bağlı olarak ölçülür:
Rölatif kompaksiyon: RC=A/[1-Dr(1-A)] A= γd(min)/ γd(max)
Rölatif sıkılık: Dr(%)=( RC–80) / 0,2
γd(maksimum) DEĞERINI ELDE ETMEK IÇIN ONE-POINT
METODU:
Bu yöntemde ilk olarak ilgili zemin için standart proktor deneyi yapılarak ıslak birim hacim ağırlık ve su muhtevası belirlenir. Belirlenen değerlere uygun olarak çizilen eğriden, zeminin one-point metodu için hazırlanan grafikteki zeminlerden hangisi olduğu tespit edilip buna göre verilen tablodan zeminin optimum su muhtevası ve maksimum kuru birim hacim ağırlığı hesaplanır. Eğer eğri tablodaki ana eğrilerden ikisinin arasında kalıyorsa iki değerin ortalaması alınır.
Bu yöntem bütün zeminler için uygun değildir. Bu yönteme uygun olan zeminler, likit limiti 30~70 arasında olan ve kuru birim hacim ağırlık-su muhtevası grafiği çan şeklinde çıkan zeminlerdir. Likit limiti 30’dan küçük zeminlerde bu grafik bir buçuk veya iki pik yapar. Likit limiti 70’ten büyük zeminlerdeyse iki pik yapar veya pik bulunmaz.
EK BİLGİ: LL 80~90 arasındaysa yağlı kildir, yapışır. Örn: Sodyum montmorillonit gibi. LL arttıkça kıvam artar, azaldıkça azalır. Kumun LL’i yoktur çünkü kohezyonlu değildir. Siltin içinde kil varsa (killi silt) LL 20~30 arasındadır. (LL:Likit Limit)
ARAZİ KOMPAKSİYONU:
Arazi kompaksiyonu silindirler yardımıyla yapılır. Bu işlem için kullanılan silindirler aşağıda sıralanmıştır:
I. Dolu gövdeli silindirler (Sıkıştırma enerjisi 300~400kN/m2)
II. Pnömatik silindirler (Sıkıştırma enerjisi 600~700kN/m2)
III. Keçi ayaklı silindirler (Sıkıştırma enerjisi 1500~7500kN/m2) Bu tip
silindirler kohezyonlu zeminlerde kullanılır. Granüler zeminlerde aklar kırılır.
IV. Vibratörlü silindirler
Arazi kompaksiyonu aşağıda belirtilen değişkenlere bağlıdır:
ó Kompaksiyon aletinin tipi
ó Zemin cinsi (dane çapı dağılımı)
ó Su muhtevası
ó Tabaka kalınlığı
ó Pas sayısı
ó Kompaksiyon aletinin geçiş hızı
Sıkıştırma sonucu zeminde meydana gelen yoğunluk artışı, belli bir miktardan sonra (yaklaşık 15 pas) azalır ve belli bir pas sayısından sonra zeminin yoğunluğunda değişim olmaz. Sıkışma miktarı aynı zamanda belli bir derinliğe kadar artar (yaklaşık 0,5m fakat deneyle bulunması uygundur) ve bu derinliğin altında zemin sıkışmadığı gibi gevşer. Bunun sebebi de zemin yüzüne yakın yerlerde çevreleyen gerilmenin (confining pressure) az olmasıdır.
DİNAMİK KOMPAKSİYON:
100~200kg ağırlığında bir çekiç ≈40m’den zemine düşürülerek zeminin sıkışması sağlanır. Yol, baraj vb yapımında kullanılır. Bu uygulamanın yapılacağı arazinin yakınlarında yapı olmamalıdır. Güçlü titreşimler mevcut yapılara zarar verebilir.
VİBROFLOTASYON (YÜZEN TİTREŞİM):
Vibroflatasyon kalın tabakalı gevşek granüler zemin depozitlerinde uygulanır. Taşkolona benzer. Fark, taşkolonda çakıl-balast gibi daha kaba malzeme kullanılırken bu yöntemde kum kullanılmasıdır. (Taş kolonda basınç soğanlarının kesişmesi gibi bir problem yoktur. Ne kadar sık yapılırsa o kadar iyidir) Bu yöntemin uygulanışını maddeler halinde yazarsak:
I. Vibroflot aletinin ucundaki su jeti açılarak vibroflot zeminde ilerletilir.
II. Su jeti titreşim ünitesinin zemine batmasını sağlayacak şekilde zeminde yer açar. (Eğer zemin su jetiyle çukur açılamayacak türdense, o zaman sondaj kuyusu açılmalıdır. Bu yöntem granüler zeminlerde uygulandığı için açılacak sondaj kuyusu kılıflanmalıdır.)
III. Kuyunun üst kısmından granüler malzeme dökülür. Su jeti titreşim aletinin uç kısmından üst kısmına aktarılır. Bu şekilde su jeti yardımıyla granüler malzemenin çukurun dibine ilerlemesi sağlanır.
IV. Titreşim ünitesi yaklaşık 0,3m aralıklarla kademeli olarak geri çekilerek her kademeye yaklaşık 30 saniyelik titreşimler uygulanarak zeminin sıkışması ve istenilen kuru birim hacim ağırlığa ulaşması sağlanır.
Yerinde sıkıştırma işleminin kapasitesine etki eden en önemli faktörler şöyledir:
ó Zeminin granülometrisi
ó Açılan kuyuya doldurulan malzemenin yapısı
ó Vibrasyon aletinin gücü
ó Uygulanan vibrasyon süresi
ó Vibrasyon uygulanan tabaka kalınlığı
Granülometrisi çok düşük olan ince taneli granüler zeminlerde bu yöntem uygulanırken sıkıştırma zordur ve çok dikkatli olunması gerekir. Kaba taneli zeminlerdeyse kuyu açmak ve sıkıştırmak uzun sürer ve ekonomik değildir. Vibroflatasyon için en uygun zemin, mümkün olduğunca az çakıl ve ince kum içeren, ağırlıklı olarak kaba kumdan oluşan zeminlerdir.
Uygunluk sayısı: SN=1,7 √[(3/D502) + (1/D202) + (1/ D102)]
Burada Dx, mm cinsinden malzemenin %50’sinin geçtiği çaptır.
SN küçüldükçe dolgunun uygunluğu artar.
| SN aralığı | Dolgunun uygunluğu |
| 0~10 | Mükemmel |
| 10~20 | İyi |
| 20~30 | Orta |
| 30~50 | Zayıf |
| >50 | Uygun değil |
ÖN SIKIŞTIRMA / ÖN YÜKLEME:
Belli derinlikteki su içeren yüksek sıkışabilirlikli normal konsolide killerde, inşaat yapımından sonra meydana gelebilecek büyük çaplı oturmaları engellemek için sürşarj yükü yardımıyla kil zeminin yapımdan önce konsolide olması sağlanabilir.
Boşluk oranı e0, sıkışma indeksi Cc, kalınlığı Hc olan
normal konsolide bir kil tabakasında p0 temelin yapımından
önce zemine etkiyen ortalama efektif basınç,
Δpp ise temel yapımından dolayı zeminde oluşacak ortalama
basınç artışı olmak üzere oturma formülü şu şekildedir:
S(p)=[Cc.Hc/(1+e0)]log[(p0+ Δp(p))/p0]
Fakat zemine Δp(p)+ Δp(f) kadar bir sürşarj yükü uygulanırsa
oturma formülü şu hali alır:
S(p+f)=[Cc.Hc/(1+e0)]log[(p0+ (Δp(p)+ Δp(f)))/p0]
Δp(f)=γ.H
Sürşarj yükünün miktarına bağlı olarak aynı oturmanın meydana gelme süresi ilk durum için t1, ikinci durum için t2 olmak üzere t2 t1’den çok daha kısadır. İstenilen oturma meydana geldikten sonra dolgudan Δp(p) kadar yük kaldırılıp bunun yerine inşaat yapıldığı takdirde ciddi boyutta bir oturma meydana gelmeyecektir.
KUM DRENLERİ:
Normal konsolide kil tabakasının kalınlığı 5m’den fazlaysa, drenaj mesafesini arttırmak için düşey drenajın yanında yatay(radyal) drenaj da sağlamak amacıyla belli aralıklarla kuyular açılarak bu kuyular yüksek permeabiliteli malzemeyle doldurulur ve sürşarj yükü etkitilir. Sürşarj yükü kildeki boşluk suyu basıncını arttırarak suyun kil zeminden hem yatay hem düşey doğrultuda drene olmasını sağlar.
Bu drenlerde en uzun yatay drenaj yolu, en uzun düşey drenaj yolundan daha azdır.
Bu drenlerin yapımı sırasında kılıf kullanılmazsa kil kuyulara akar.
Bu drenler açılırken kuyu çevresindeki zemin örselenir ve örselenme yatay permeabiliteyi azaltır.
Sadece Radyal (Yatay) Drenaja Bağlı Ortalama Konsolidasyon Miktarı:
n=dc/2rw
Burada rw kum drenin çapı, dc ise bir drenin drenaj sağlayabildiği çaptır.
m=[{n2/(n2-1)}.ln(n)]–[(3n2-1)/4n2]
Cvr=kh/[Δe/{Δp(1+eav)}]γw
Burada kh yatay permeabilite katsayısıdır.
Tr=[ Cvr.t2/dc2]
Bu verilere bağlı olarak sadece radyal drenaja bağlı konsolidasyon miktarı şu şekilde hesaplanır:
Ur=1-exp(-8Tr/m)
Sadece Düşey Drenaja Bağlı Ortalama Konsolidasyon Miktarı:
Tv=Cv.t2/H2
Burada Cv düşey drenaj konsolidasyon katsayısı,
H maksimum drenaj mesafesidir. Buna göre aşağıda iki farklı
durum için Uv hesabı verilmiştir:
Uv %0~%60 arası için: Tv=(p/4)[Uv(%)/100]
Uv > %60 durumu için: Tv=1,781-{0,933log[100- Uv(%)]}
Yatay Düşey Drenaja Bağlı Ortalama Konsolidasyon Miktarı:
Uv,r=1-[(1-Ur)(1-Uv)]
BORU DRENLER:
Uzun bir tüp içerisinde zemine plastik ya da kağıt borular sokularak tüpler geri çekilir. Zeminde kalan borular yardımıyla drenaj sağlanır. Kum drenlere göre avantajları, kuyu açmak gerekmediği için daha ucuz ve hızlı olmalarıdır fakat uygulaması çok azdır.
KATKI MADDELERİ YARDIMIYLA ZEMİN ISLAHI:
Genellikle kireç, uçucu kül, çimento ve asfalt kullanılarak zeminler stabilize edilir. Katkı maddesi kullanılmasının başlıca amaçları şöyledir:
ó Zemini iyileştirmek
ó Yapımı hızlandırmak
ó Zeminin dayanımını arttırmak
Kireçle Stabilizasyon:
Genellikle ince-taneli zeminlerde uygulanır. Zemine kireç eklendiğinde kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Bunlar katyon değişimi ve flokülasyon-aglomerasyondur ve bunlar puzolonik reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlar sırasında genellikle zemindeki tek değerlikli katyonlar, kireçteki iki değerlikli kalsiyum iyonlarıyla yer değiştirir. Bu katyon değişimi reaksiyonlarıyla killer daha büyük boyutlu parçacıklar oluştururlar. Zemin sertleşerek plastik kıvamdan katı kıvama geçer. (kuruma) Bu sayede de zeminde şu değişiklikler görülür:
ó Likit limit azalır
ó Plastik limit artar
ó Plastisite indisi azalır
ó Rötre limiti artar
ó Çalışabilirlik artar
ó Zeminin dayanım ve deformasyon özellikleri gelişir
Kireç katkısı aynı zamanda malzemenin sıkışma karakteristiklerinde de değişimlere yol açar. Maksimum sıkıştırılmış kuru birim hacim ağırlık azalırken, optimum su muhtevası artar. Zeminin tek eksenli dayanımıysa %6lık bir kireç ilavesiyle yaklaşık olarak 6 kat artar.
Zeminde organik madde bulunması puzolonik reaksiyonları etkilemez ve yaklaşık %2’lik kireç katkısıyla organik malzemenin temel değişim kapasitesi doyurulabilir.
Arazide kireçle stabilizasyon üç şekilde yapılabilir:
1) Mevcut veya dolgu yapılacak zemin, inşaat alanında uygun miktarda kireç katılarak ve su eklenerek karıştırılıp sıkıştırılabilir.
2) Zemin, kireç ve suyla başka bir yerde karıştırılarak dolgu yapılacak yere getirilip sıkıştırılabilir.
3) Sulu kireç 2~2,5m mesafelerle 2~3,5m derinliğe kadar belli bir basınçla enjekte edilebilir. Bu, genleşebilen zeminlerdeki şişmeyi kontrol edebilmek ve mevcut zeminin özelliklerini iyileştirmek için kullanışlı bir tekniktir. Bu yöntem uygulandıktan sonra üst kısımdaki 0,25m’lik zemin uygun tekniklerle sıkıştırılmalıdır.
Çimentoyla Stabilizasyon:
Çimento stabilizasyonu daha çok ağır vasıta yolları ve toprak dolgu barajlarında uygulanır. Kumlu ve düşük plastisiteli killi zeminler için uygun bir yöntemdir. Çimento stabilizasyonu için kalsiyum killeri daha uygundur. Genleşebilir yapıdaki sodyum ve hidrojen killeri kireçle stabilizasyonda daha iyi sonuçlar verir. Çimento zemine şu yararları sağlar:
ó Likit limiti azaltır
ó Plastisite indeksini arttırır
ó Killerde çalışabilirliği arttırır
ó Zeminin dayanımını arttırır (kür süresi arttıkça dayanım artar)
Killi zeminler için, 200 No.lu elekten geçen malzeme miktarı %40’tan az, likit limit 45~50’den az ve Plastisite indeksi 25’ten az olduğu durumlarda çimento stabilizasyonu etkilidir.
Kireç stabilizasyonunda olduğu gibi zemin bulunduğu yerde çimentoyla karıştırılabilir veya başka bir alanda karıştırılıp inşaat sahasına getirilerek uygun su muhtevasında sıkıştırılabilir. Bunun yanında zemine çimento enjeksiyonu da mümkündür ve bu yöntemle (grouting) mukavemet ve dayanma kapasitesi arttırılır. Düşük titreşimli makinelerin kullanılacağı türden yapılarda, zeminin titreşim sıklığını azaltmak için de çimento enjeksiyonu uygulanabilir.
Organik zeminlerde çimento bağ yapmayacağı için bu yöntem uygulanamaz. Killerde çimento oranı %10’u aştığı takdirde katyon yığılmasından dolayı itme kuvvetleri meydana gelir ve mukavemet düşer.
Uçucu Külle Stabilizasyon:
Uçucu kül alüminyum, silisyum, çeşitli oksitler ve alkaliler içeren puzolonik yapıda bir malzeme olup sönmüş kireçle reaksiyonunda çimentolaşma görülür. Bu yüzden çimentoyla beraber (%10~35 uçucu kül, %2~10 kireç) kullanılarak etkili karışımlar elde etmek mümkündür. Bunun yanında yapısında kireç içeren uçucu küller de vardır ve bunlar normal uçucu küllerle karıştırılarak, kirece ihtiyaç duyulmadan aynı etkiyi gösterecek karışım elde edilebilir. Maliyeti önemli ölçüde azalttığı için tercih edilir.
Geotekstiller:
Zeminde donatı olarak kullanılan, petrolden yapılan, polyester, polietilen ve polipropilen gibi geçirimli dokumalardır. Özellikle otoyol ve toprak dolgularda kullanılırlar. Dört ana kullanım amacı vardır:
1) Drenaj: Bu dokuma, suyu zeminden drene ederek zeminin kesme dayanımını ve stabilitesini arttırır.
2) Filtrasyon(Süzme): Biri kaba taneli diğeri ince taneli iki zemin arasına serildiğinde, suyun bir tabakadan diğerine geçişine izin verirken, ince taneli zeminin kaba taneli zemine akmasını önler.
3) Ayırma: Örneğin killi bir üst dolguyu granüler bil taban dolgusundan ayırmayı sağlar.
4) Donatı: Geotekstillerin çekme dayanımı, zeminin dayanma kapasitesini arttırır.
Bir geotekstilin maruz bırakılabileceği çekme gerilmesi(tr)
ağırlıklı olarak Eg modülüne bağlıdır.(εg:şekil değiştirme/zorlama):
tr=εg.Eg
Bu modülse listedeki geotekstil türlerinden ikisi için şu şekilde verilmiştir:
Mirafi 140 için: Eg=524N/m (% gerilme başına)
Mirafi 500X için: Eg=1926N/m (% gerilme başına)
Hizmet Nimettir…Kürşat ASLANTAŞ
