Sıkılaştırma teknikleri

Belirli bir zemini oluşturan partiküllerin çok değişik şekilde dizilmeleri söz konusudur ancak partiküllerin sıkı bir şekilde dizildiği durumdaki zemin dayanımı ve rijitliği, gevşek şekilde dizildiğindekinden daha yüksektir. Ayrıca, zemin sıkı olduğu zaman tekrarlı gerilmeye maruz kaldığında pozitif boşluk suyu basıncı oluşturma eğilimi, gevşek olduğu zamandakinden daha düşüktür. Bunun sonucu olarak sismik tehlikeleri azaltmada yaygın olarak kullanılan en etkin zemin iyileştirme yöntemlerinden biri sıkılaştırmadır (densification). Sıkılaştırma işleminde en yaygın olarak kullanılan yaklaşımlar; Vibro teknikleri, dinamik kompaksiyon, patlatma ve kompaksiyon enjeksiyonudur. Bunlar arasında ilk üçü, granüle zeminlerin titreşimlere maruz kaldığında sıkılaşma eğiliminden yararlanılır. Bu sebepten dolayı, bunların en verimli sonuçlar verdiği zeminler, temiz kum ve çakıllardır. (Kramer, 1996)

5.2.1.1.Vibro teknikleri

Vibro tekniklerinde bir zemini tüm kalınlığı boyunca ve bir ağ şeklinde sıkılaştıran bir prob kullanılır. Vibro teknikler, yatay titreşime (vibroflatasyona) ve düşey titreşime (Vibro tij sistemlerine) dayalı olmak üzere iki gruba ayrılabilir.

Bu yöntemde zeminin içine indirilen özel bir vibratörün titreştirilmesiyle zeminin dane yerleşim yapısı bozulmakta ve daneler bir araya gelmeye zorlanarak zeminin sıkılaşması sağlanmaktadır. Uygulamada 30 m kadar bir derinliğe inilebilmekte ve belirli aralıklarla sıkıştırma işlemi yapılmaktadır [83].

Vibroflotasyonda bir zemin çökelini sıkılaştırmak için, bir vince asılan ve torpidoya benzer bir prob (Vibroflot) kullanılır. Genellikle 30 ile 46 cm çapında ve yaklaşık 3,0 ve 4,9 m uzunluğundaki vibroflotlar, elektrik ve hidrolik güç ile sürülen merkezi bir şafta eksantrik olarak monte edilmiş bir ağırlık içerirler. Vibroflot dönerek ve basınçlı su fışkırtarak zeminin içine batırılmakta ve uygulanan yatay titreşimler altında zeminin sıkışması sağlanmaktadır. Sıkışma sonucu genişleyen tüpün etrafındaki oyuk, üstten granüle (temiz kum veya çakıl) malzeme ilave edilerek doldurulmaktadır. Böylece vibroflot çekilirken geride sıkılaşmış bir zemin kolonu bırakır.

Vibroflotasyonun en etkin olduğu zeminler, ince tane oranının %20’den ve kilin de %3’den az olduğu temiz granüle zeminlerdir. Bir sahanın tamamını sıkılaştırmak için; vibroflotasyon işlemi, aralığı zemin şartlarına ve vibroflotun gücüne bağlı olan bir ağ şeklinde gerçekleştirilir. En çok kullanılan aralıklar 2 ile 3 m civarındadır. Sıvılaşma olan bölgede 10 metre derinliğe kadar titreşimle ıslah yapılabilir. Vibroflotasyon tekniği deprem bölgelerindeki zemin davranışları dikkate alındığında derin temellere göre daha ekonomiktir, yapım süresi kısadır. Dinamik kompaksiyondaki gibi şok dalgaları ile zemin iyileştirmesi yapılmadığından etraftaki mevcut yapılara zarar vermez.

Şekil 5.10.Vibroflatasyon Tekniği

b.Vibro tij

Vibro Tij sistemlerinde uzun bir probun zemin içinde titreşmesi için titreşimli kazık çakma çekici kullanılmaktadır. Prob daha sonra yukarı doğru çekilmekte ve bu esnada titreşmek suretiyle zemini sıkıştırmaya devam etmektedir. Sıkıştırmadan kaynaklanan oturmayı önlemek için, zemin yüzeyinde veya altında ilave zemin kullanılabilir.

5.2.1.2.Dinamik kompaksiyon

Bu yöntem, Şahmerdan adı verilen, genellikle çelik levhalardan veya donatılı betondan yapılan, çoğu zaman 5,5 ile 27 ton arasında değişen, bazı durumlarda 155 tona kadar çıkabilen bir ağırlığın, 10 ile 30 m yüksekliklerden art arda düşürülerek, zeminin darbe etkisiyle sıkıştırılması esasına dayanır. Ağırlıklar ağ üzerindeki bir noktaya genellikle 3 ile 8 arasında değişen sayılarda düşürülür. Bu amaçla iyileştirilecek zeminin yüzeyi kare şeklinde alanlara bölünür ve her karenin içinde kalan alandaki zemine darbe uygulanır. Yöntem, kum zeminlerin sıvılaşmaya karşı direncinin arttırılmasında en ekonomik yöntem olarak kabul edilmektedir. Dinamik yüklemeden dolayı zemindeki aşırı gözenek suyu basıncı kaybolduğunda, zeminde ek bir sıkışma meydana gelir. Bununla birlikte, zeminin içerdiği ince tane miktarı fazla ise sıkışma zorlaşır. Killi zeminlerde uygulamaya başlamadan önce sahaya 1m kadar daneli malzeme serilmektedir. Plastik ve doygun killerde genellikle bu yöntem uygun değildir.

Dinamik kompaksiyon genellikle 9 – 12 m’ler arasında etkili olmaktadır. İşlem önemli ölçüde gürültü, toz ve titreşim ortaya çıkardığından meskûn bölgeler ve titreşime hassas yapılar yakınında çok ender kullanılınır.

5.2.1.3.Patlatma

Patlatma sıkılaştırması, sondajla veya basınçlı suyla açılmış kuyularda düşey olarak 3 ile 6 m aralıklarla yerleştirilmiş çoklu patlayıcıların patlatılması şeklinde yapılır. Kuyular arası mesafe genellikle 5 ile 15 m arasında olup, patlatmadan önce arka dolgusu yapılır. Sıkılaştırma sürecinin etkinliğini arttırmak için, farklı seviyelerdeki patlayıcılar küçük zaman aralıklarından oluşan gecikmelerle patlatılabilir. Patlamadan hemen sonra zemin yüzeyi yükselir ve çatlaklardaki su ve gaz dışarı itilir. Aşırı gaz ve su basıncı sönümlenirken, zemin yüzeyi de oturur.

Patlama sıvılaşmaya yol açar ve zeminin gevşek yapısı göçerek boşluk suyu basınçlarının düşmesiyle sıkışır, su ve gaz çıkışı olur. Bu yöntemin üstün yanı diğerlerinde mümkün olmayan derinliklerde etkin olabilmesidir. Derinliği 40 m’yi bulan noktalarda 30 kg’lik yüklerle atım yapılmakta ve başarılı sonuçlar alınabilmektedir. Patlatmanın en etkili olduğu zeminler, % 20'den az silt ve % 5'den az kil içeren gevşek kumlardır. Çok az miktardaki kil veya ince bir kil damarı bile, patlatmanın etkinliğini önemli derecede azaltabilmektedir.

5.2.1.4.Kompaksiyon enjeksiyonu

Kompaksiyon enjeksiyonu, yumuşak veya zayıf zeminlerin yüksek basınç altında zemine çok düşük slamp (genellikle 2,5 cm'den az) enjekte etmek suretiyle yoğunlaştırılmasıdır. Şerbet su, kum ve çimentonun karıştırılmasıyla elde edilen ve akıcılığı düşük (viskoz) olduğundan, nüfuz ettiği zeminin tanelerini öteleyerek sıkıştırır ve çevreleyen zemini yoğunlaştıran bir ampul veya kolon oluşturur. Kompaksiyon enjeksiyonu bir ağ şeklinde veya bir hat boyunca dizili noktalara, aralıkları 1,0 ile 4,5m arasında değişecek şekilde uygulanabilir. Yüksek örtü basınçları büyük enjeksiyon basınçlarının kullanımına izin verdiğinden, derin zeminleri iyileştirmede daha geniş enjeksiyon aralıkları kullanılır. Sığ derinliklerde yapılan kompaksiyon enjeksiyonuyla, oturmuş blokları veya yapıları kaldırmak mümkün olabilir. Kompaksiyon enjeksiyonunun belki de en yaygın uygulama alanı, temel oturmasının giderilmesidir, bu avantajla yöntem mevcut yapıların temellerine uygulanabilmektedir. Titreşimle bir ilgisi olmadığından, kompaksiyon enjeksiyonu

her çeşit zeminde kullanılabilmektedir. En çok kumlarda ve plastik olmayan siltlerde kullanılmaktadır [45].