Gev ek veya yumu ak zemin üzerine in a edilecek yap / dolgu temelleri için çe itli iyile tirme

(1)

1.Giri

G

evekveyayumuakzeminüzerineinaedile- cekyap/dolgutemelleriiçinçeitliiyiletirme yöntemleriilezemingüçlendirmesiiineduyu- lanihtiyaçgeçmitengünümüzekadargeçen süreçtedevametmektedir.Zeminiyiletirmesiyöntemleri arasndayeralantakolonuygulamas1950’densonra Avrupa’da,1970’densonraiseAmerika’dayaygnolarak kullanlmayabalanmtr.stenilenözellikleresahipol- mayanzeminüzerineoturtulacakyaplariçinderintemel- leryadaskabilirzemininkazlarakyerinedahanitelikli malzemedoldurulmasgibimevcutyöntemlerinuygula- magüçlüüve/veyapahalolduudurumlarda,darbeli krmatakolonuygulamasbuyöntemlerealternatifbir çözümsunmaktadr.1980’liyllardaAmerika’daDr.Fox tarafndangelitirilenDarbeliKrmataKolonlar(DKK)ile oturmalarnuygunseviyelereindirilmesivetemelaltnda- kiyumuak/gevekzeminlerintamakapasitesininartt- rlmashedeflenmektedir(LawtonveFox,1994;Lawton vedi.,1994;Wissmannvedi.,2001).

SenteznaatolarakDarbeliKrmataKolon^®(DKK)sistem- lerinden Impact^® sistemini Türkiye’de ilk kez 2005 ylnda BoaziçiTersanecilikA..’yeaittersanesahasnniyiletiril- mesiamacylauygulayaraktoplamda512.000metreimalat

baaryla tamamlam bulunmaktayz. 2005 ylndan günü- müze kadarki 10 yllk süreçte Geopier Foundation Com- pany(GFC)lisansylaRammedAggregatePier^®(RAP)(Dar- beliKrmataKolon-DKK)Sistemlerinintasarmveuygula- masnTürkiye,FasveAzerbaycaniçinyapmaktayz.

Firmamz bünyesinde, Geopier Impact^® Sistemi (forajsz), GeopierGP3^®Sistemi(forajl),GeopierGroutedImpact^®Pi- er–GIP(çimentoluImpact^®DKK),GeopierGeoConcrete^TM Column–GCC(forajszdonatszbetonkazk),kumkolonve DeepSoilMixinggibiimalatteknolojileriileuygulamaalan- larmzgeniletmidurumdayz.

Buçalmakapsamnda;darbelikrmatakolon(DKK)veta

rijitlii üzerindeki etkisi Lüleburgaz’da yaplan arazi testleri ilearatrlmtr.Çalmannyapldbölgedeüçfarkltipte- kiimalatyöntemiiledörtadediDKKelemanvedörtadedi iseTKelemanolmaküzeretoplamdasekizadetkolonimal edilmitir.50cmçapndave6,5mboyundaimaledilenbu kolonlarüzerinde,kolonlaraaittasarmparametrelerinin(ko- lontamakapasitesi,kolonrijitlikmodülü,vb.)belirlenebil- mesiamacylasekizadettamölçekliyüklemetestigerçek- letirilmitir.

2.Deneyselçalıma 2.1.Temsilizeminprofili

Darbelikrmatakolon(DKK)vetakolon(TK)imalatlarnn yapld,Krklarelili,Lüleburgazlçesi’ndeyeralançalma alan için mevcut zemin durumunun ve mühendislik para- metrelerinin belirlenebilmesi amacyla 10,0 m uzunluunda üçadetaratrmasondajnaveikiadetCPTçalmasnada- yalbirzeminetüdüyaplmolup,0,0-1,2metrelerarasnda yeralandolgutabakasaltnda5,0mderinliklerekadarince çakllkat-çokkatkvamdaolduuanlalankilbirimininyer ald görülmütür. Bu tabakann devamnda ise, yaklak 1,0 m kalnlnda orta sk-sk, az killi kum-çakl tabakas

geçilmitir. Bu tabakann altnda ise çok kat-sert çakll, kumlu kil tabakas devam etmektedir. ekil 2.1’de temsili zeminprofiliileberabertakolonvedarbelikrmatakolon elemanlarematikolarakgösterilmitir.

Darbeli Kırmataş Kolonların Taş Kolonlara kıyasla rijitlik açısından üstünlüğü nedir?

ekil2.1Temsilizeminprofilivegeoteknikparametreler SenteznaatIGeopier^®Foundations

(2)

2.2.DarbeliKırmataKolonve

TaKolonmalatları

Çalmakapsamnda,üçfarklyöntem ile sekiz adet kolon imalat yaplm

olup, bu kolonlara ait yerleim plan

ekil2.2’degösterilmitir.

Tip-1 olarak adlandrlan imalatlarda krmatan düey yönde ve çevredeki zeminin de yatay yönde sktrld

Impact Sistemi ile Darbeli Krmata

Kolonimalatgerçekletirilmitir.Tip-2 veTip-3olarakadlandrlanimalatlarda isesktrmannyatayvibrasyonileya- pld klasik ta kolon imalatlarndan farklolaraksadecetitreimilesktr- ma yaplmtr. Bu yöntemlerin detay- laraadaaçklanmveayrcaimalat bilgileriTablo2.1’deözetlenmitir.

Tip-1:Impactyöntemiileimaledilen darbelikırmatakolonimalatı

malata,altnasarfplakasyerletirilen 36cmçaplkafavemandrelintasarm derinliine indirilmesi ile balanmtr.

Mandrel ve haznenin krmata ile dol- durulmasnnardndan,100cmyukar/

67cmaayöntemiiledarbelemei- lemiyaplarak50cmçaplImpactDKK elemannninaattamamlanmtr.

Tip-2:Ötelemeyöntemiileimal

edilentakolonimalatı

malata,altnasarfplakasyerletirilen 50cmçaplkafavemandrelintasarm derinliine indirilmesi ile balanmtr.

Mandrel ve haznenin krmata ile dol- durulmasnnardndan,mandrelindar- beleme yaplmadan titreim ile yukar

çekilmesiyle 50 cm çapl TK elemannninaattamamlanmtr.

Tip3:Öndelgiyöntemiileimal

edilentakolonimalatı

malata, 50 cm çapndaki auger (bur- gu) yardmyla tasarm derinliine kadar kuyu oluturulmas ve mandrelin tasarmderinliinekadarindirilmesiile balanmtr.Mandrelvehazneninkr- mata ile doldurulmasnn ardndan, mandrelin düey darbeleme yaplmadan titreim ile yukar çekilmesiyle 50 cmçaplTKelemannninaattamam- lanmtr.

Tip-1,Tip-2veTip-3olarakgrupland- rlanimalatlarsrasyla,Impactyöntemi

ekil2.2Testkolonlarıyerleimplanı

ekil2.4ÖtelemeyöntemiileTKelemanıimalataamaları

ekil2.3ImpactyöntemiileDKKelemanıimalataamaları

ekil2.5ÖndelgiyöntemiileTKelemanıimalataamaları

(3)

ileimaledilenDKKelemanlarn,ötele- meyöntemiileimaledilenTKeleman- larnveöndelgiyöntemiileimaledilen TK elemanlarn göstermektedir. Üç yöntemdedekolonboylar6,5molup, bitmikolonçaplar50cm’dir.

Darbeli krmata kolon (DKK) ve ta

kolon(TK)inaatiçinincedaneoran<

%5,maksimumdaneçap38mmve minimum dane çap 13 mm olan krmata kullanlm olup, darbelemeden öncevedarbelemedensonraaraziden alnan numuneler üzerinde malzeme- nindanedalmnnbelirlenmesineyö- nelik olarak elek analizi deneyleri ger- çekletirilmi ve sonuçlar ekil 2.6’da gösterilmitir.

2.3.Darbelikırmatakolonveta

kolon üzerine uygulanan yükleme testleri

Çalma kapsamnda, üç farkl imalat yöntemiileimaledilenkolonlarüzerin- derijitlikvetamakapasitesininbelir- lenmesine yönelik olarak tam ölçekli yükleme testleri yaplm olup, yükle- me testlerine ait fotoraflar ekil 2.7’de gösterilmitir. Yükleme testleri, ASTM D-1143 standartnda tanmlan- m olan kazklarn basnç altndaki davranlarn ölçen test aamalarna benzerekildeyaplmaktadr.Testyü-

kü dorudan kolon üzerine uygulana- bildii gibi, zemin ve kolondan tekil

edilen birim hücre üzerine de uygula- nabilmektedir.

Tablo2.1Tip-1,Tip-2veTip-3içinimalatbilgileri

ekil2.7DKKveTKelemanlarıüzerindeuygulananyüklemetestleri

ekil2.6malatlardakullanılankırmataındarbelemeöncesive

sonrasıdaneçapıdaılımı

TipNo malatYöntemi KolonNo Açıklama Kolon

Boyu(m)

Kolon

Çapı(cm)

Tip-1 Impactyöntemiileimaledilen

DKKeleman

Tip-1/1

36cmçaplmandrelkafaskullanlarak100cm

yukar/67cmaaimalatyöntemiiledüey

darbelemeyapld

6,5 50

Tip-1/2 Tip-1/3 Tip-1/4

Tip-2 Ötelemeyöntemiileimaledilen

TKeleman

Tip-2/1 50cmçaplmandrelkafaskullanlaraktitreim

ileimalatyapld(darbelemeyaplmad) 6,5 50 Tip-2/2

Tip-3 Öndelgiyöntemiileimaledilen

TKeleman

Tip-3/1 50cmçaplaugerkullanlaraktitreimileimalat

yapld(darbelemeyaplmad) 6,5 50

Tip-3/2

(4)

Araziyüklemetestlerisrasndayüklemekademelerine%5 artilebalanmolup,buarttasarmyükünün%150’si- nekadardevamettirilmitir.Dahasonraboaltmakademe- leriiledevamedilerek,ilgilitestlersonlandrlmtr.Yüköl- çümü kolon üzerinde yaplm olup, gerilmenin büyüklüü manometresi kalibre edilmi hidrolik kriko ile kontrol edilmitir. Deformasyon, enine kirie balanm üç adet kom- paratörileölçülmütür.Testkolonlarnnüstseviyesine,ge- rilmeleriaktarmakamacyla50cmçaplbalkbetonuyer- letirilmitir.

3.Yüklemetestisonuçlarınındeerlendirilmesi

Deformasyonölçümleriiçin,herkomparatördekigerçekde-

erlerdikkatealnmolup,yüklemetestleriiçineldeedilen gerilme-oturmagrafikleriekil3.1’degösterilmitir.Impact yöntemi ile imal edilen darbeli krmata kolon elemanlar

üzerine13,5tonolantasarmyükünün%150’siyaniyakla-

k 20 ton mertebelerine kadar yük uygulanm olup, bu mertebelerdebileDKKelemanlarnnhalenlineerbirdavra- n gösterdii ve ölçülen oturma miktarlarnn 15 mm’den küçükolduugörülmütür.Ötelemeyöntemiileimaledilen takolonelemanlarüzerine7tonolantasarmyükünün%

150’siyani10,5tonyükuygulanm,buyükaltndaölçülen

oturmamiktarlarnn40-50mmmertebelerindeolduugö- rülmütür.Yerdeitirmeyöntemiileimaledilentakolon elemanlarüzerineise7tonolantasarmyükünün%150’si yani10,5tonyükuygulanm,buyükaltndaölçülenotur- ma miktarlarnn 110-140 mm mertebelerinde olduu gö- rülmütür.

ekil3.2’de,kyaslamayaplabilmesiaçsndantümkolon-

ekil3.1Üçfarklıtiptekiimalatlariçingerilme-oturmagrafikleri

ekil3.2Üçfarklıtiptekiimalatlariçinyük-oturmagrafikleri

ekil3.3Üçfarklıtiptekiimalatlariçingerilme-rijitlikgrafii

Kaymamukavemetiparametreleri

D

arbelikırmatakolonvetakolonelemanlarının içsel sürtünme açılarının aratırılmasına yönelik yapılançalımalarmevcuttur.GeopierDKKele- manıüzerindeuygulanantamölçeklikesmedene- yisonuçları;incedaneoranı%0olanmalzemeileimaledil- mikolonlarınbulunduubölgedeiçselsürtünmeaçısının 49°,incedaneoranı%5-10olanmalzemeileimaledilmi

kolonlarınbulunduubölgedeiseiçselsürtünmeaçısının 52° civarında olduunu göstermektedir (Fox ve Cowell, 1998).IowaÜniversitesi’ndegerçekletirilenküçükölçekli üçeksenlibasınçdeneyisonuçlarıise,incedaneoranı%5- 10olanmalzemeileimaledilmikoloniçiniçselsürtünme açısının51˚olduunugöstermektedir(White,2001).Ta

kolonelemanlarıiçinkaymamukavemetiaçısıkullanılan granülermalzemeyebalıolmaküzere40˚ile45˚arasında- dır(Bell,1975).Ancak,tasarımaamasındagüvenlikfaktö- rünündikkatealınmasıylakaymamukavemetiaçısının38˚

olarakkullanılmasıönerilir(Besancon,1982).

(5)

lariçin8tonyükaltndaoluandefor- masyonmiktarlargösterilmitir.

Tablo 3.1’de sunulduu üzere 8 ton yükleme altnda; Impact yöntemi ile imaledilendarbelikrmatakolonele- manlar(Tip-1)içinölçülenoturmamik- tarlar 3-5 mm mertebelerinde iken, ötelemeyöntemiileimaledilentako- lonelemanlar(Tip-2)içinölçülenotur- mamiktarlarnn29-32mmveöndelgi yöntemi ile imal edilen ta kolon elemanlar (Tip-3) için ise ölçülen oturma miktarlarnn85-92mmmertebelerinde olduugörülmütür.

ekil 3.3’de darbeli krmata kolon ve takolonelemanlariçingerilme-rijitlik arasndaki iliki gösterilmitir. Burada rijitlik, ekil 3.1’de gösterilen gerilme- oturmaerisinineimiolaraktanmlan- mtr. TK elemanlar için düük geril- meseviyelerindeölçülen20-40MN/m³ deerindekirijitlik,400kPagerilmede-

erlerinde 10 MN/m³ mertebelerinde ölçülmütür. DKK elemannn rijitlii ise, düük gerilme seviyelerinde 180 MN/m³ deerinde ölçülmü iken, 800 kPa gerilme deerlerinde 80 MN/m³ olarak ölçülmütür. Özetle, DKK elemanlarnn rijitliinin TK elemanlarnn rijitliindenyaklak2,2ile8,8katfaz- laolduunusöylemekmümkündür.

4.Sonuçlar

Bu çalmada, darbeli krmata kolon (DKK) ve ta kolon (TK) sistemleri ile imal edilen kolonlarn rijitlik açsndan karlatrlmas hedeflenmitir. Bu kapsamda, Krklareli li, Lüleburgaz l-

çesi’ndeyeralanincelemealanndaüç farkl tipte imalat yöntemi kullanlarak dörtadetDKKelemanvedörtadetTK eleman olmak üzere toplamda sekiz adet kolon imal edilmitir. 50 cm ça- pndave6,5mboyundaimaledilenbu kolonlarüzerinde,tamölçekliyükleme testleri gerçekletirilmitir. Yaplan analizlersonucunda;

• Çalma alannda gerçekletirilen arazi deneylerinin deerlendirilmesi sonucunda, bölgeye ait temsili zemin profilininyeryer5,0mile6,0mderin- liklerarasndaortask-skkum/çakl bantlarilekesilenüstseviyelerikatk- vamda, alt seviyeleri ise çok kat-sert kvamdaolduuanlalançakll,kum- lukilbirimlerdenolutuugörülmütür.

• Öteleme yöntemi ile imal edilen TK elemanrijitliinin,öndelgiyöntemiile imal edilen TK eleman rijitliine oran

yaklak 4 olarak elde edilmitir. Im- pact yöntemi ile imal edilen DKK eleman rijitliinin, öteleme yöntemi ile imaledilenTKelemanrijitliineoran- nn ise 2,2-8,8 arasnda deitii gö- rülmütür.

• Ön delgi yöntemi ile imal edilen TK elemanlarnda ölçülen oturmann, öte- leme yöntemi ile imal edilen TK elemanlarnda ölçülen oturmaya orannn 2, ön delgi yöntemi ile imal edilen TK elemanlarnda ölçülen oturmann, Im- pact yöntemi ile imal edilen DKK elemanlarnda ölçülen oturmaya orannn ise5olduugörülmütür.

• Impact yöntemi ile imal edilen DKK elemaniçinekildeitirme%1mer-

tebelerinde iken, öteleme ve ön delgi yöntemi ile imal edilen TK elemanlar

içinekildeitirme%7-%15mer- tebelerindedir.

Sonuç olarak, Darbeli Krmata Kolon elemanlar, Ta Kolon elemanlarndan gerek bu çalma sonucuna göre 2,2- 8,8katrijitolmas,gereksedeliteratü- re göre 3-7 kat rijit (White ve di., 2002) olmas sebepleri ile uygulama kolaylnn yan sra ucuz ve etkili bir zeminiyiletirmeyöntemiolarakgünü- müz koullarnda sklkla tercih edil- mektedir.

5.Kaynaklar

•BellF.G.,1975.MethodsofTreatmentofUnstableGro- und,Newnes-Butterworths:London.

•Besancon,G.,Pertusier,E.,1982.SoilImprovementby DeepVibration.Proc.ASCESymposiumonRecentDeve- lopments in Ground Improvement Techniques. Bangkok, 1982.

•Lawton,E.C.andFow,N.S.,1994.SettlementofStruc- tures Supported on Marginal on Inadequate Soils Stiffe- ned With Short Aggregate Piers. ASCE. Geotechnical SpecialPublicationNo.40:VerticalandHorizontalDefor- mations of Foundations and Embankments Volume II, CollegeStation,Texas.

•Lawton,E.C.,Fox,N.S.andHandy,R.L.,1994.Control ofSettlementandUpliftofStructuresUsingShortAggre- gatePiers.ProceedingsofIn-SituDeepSoilImprovement.

ASCENationalConvention,Atlanta,Georgia.

•Wissmann,K.J.,Moser,K.andPando,M.A.,2001.Re- ducingSettlementRisksinResidualPiedmontSoilsUsing Rammed Aggregate Pier Elements, Proceedings ASCE SpecialtyConference,Blacksburg,VA.

• Fox, N.S., Cowell, M., 1998. Geopier Foundation and Soil Reinforcement Manual. Published by Geopier Foun- dationCompany,Inc.,Mooresville,NC.

•White,D.J.,Wissmann,K.J.,Barnes,A.G.andGaulA.J., 2002.EmbankmentSupport:AComprasionofStoneCo- lumn and Rammed Aggregate Pier Soil Reinforcement, Transportation Researh Board, 81st Annual Meeting, WashingtonD.C.

•White,D.J.andSuleiman,H.T.,2006.FullScaleDirect ShearTestsforRammedAggregatePiers,IowaStateUni- versity.

•KurtE.,2011.DarbeliKrmataKolonveTaKolonEle- manlarnaaitYüklemeTestlerininsaysalanalizivesonuç- larnnkarlatrlmas,MSc,FenBilimleriEnstitüsü,TÜ.

•Kurt,E.andTeymur,B.,2012.Comparisonoftheresults ofloadtestdoneonstonecolumnsandrammedaggre- gatepiersusingnumericalmodelling,InternationalConfe- renceonGroundImprovementandGroundControl(ICGI 2012),Vol.1,pp.787-794.

•ASTMD-1143,2009.StandardTestMethodsforDeep FoundationsUnderStaticAxialCompressiveLoad.

Tablo3.1Üçfarklıtiptekiimalatlariçinhesaplananrijitlikmodülüdeerleri

TipNo malatYöntemi Yük

(ton)

Oturma

(mm)

Rijitlik

(MN/m³) Tip-1 ImpactyöntemiileimaledilenDKKeleman 8 3-5 88-190 Tip-2 ÖtelemeyöntemiileimaledilenTKeleman 8 29-32 10-40 Tip-3 ÖndelgiyöntemiileimaledilenTKeleman 8 85-92 ≤10

(6)

ncedaneoran%20’denküçükolankohezyonsuzze- minlerdekolonetrafndakizemininskmasn,kohez- yonluzeminlerdeisezeminiçerisindenispetenrijitkolon- larn oluturulmasn salayan Darbeli Krmata Kolon (DKK)veTaKolon(TK)sistemleri,projenintürüveçallan bölgeninzeminkoullardagözönündebulundurularakfark- limalatyöntemleriiledeiikçapveboylardauygulanabil- mektedirler.

1.DarbeliKırmataKolon(DKK)SistemiNedir?

DKKsistemleri,zemininyerinialarakdüeydarbelemeener- jisiilekrmatansktrlmasileminedayanmaktadr.Proje ihtiyaçlarna göre çimento groutlu krmata karmnn da kullanldbirçokimalatyöntemiilefarklekillerdeimaledi- lebilenbusistemlerdenbazlaraadaaçklanmtr.

1.1.GeopierGP3^®Sistemi(Forajlı)

Oturmaya hassas yaplarn desteklenmesi amacyla verimli veekonomikbirOrtaDerinlikteTemelçözümüsunan,iyiile zayfzeminleriniyiletirilmesindekullanlandarbelikrmata

kolon(DKK)sistemidir.Burguileöndelgiyaplmasvedüey darbelemeenerjisiilekrmatansktrlmasileminedaya-

sinde ve proje ihtiyaçlar dorultusunda zemin tama kap- asitesininarttrlmasndaoldukçaetkilidir.

1.2.Impact^®Sistemi(Forajsız)

Buyöntemde,itmekuvvetivevibrasyonludarbeiletasarm derinliinekadarindirilenmandrelinkrmatailedoldurulma- sylaimalatabalanr.Dahasonra,mandrelyukaryakaldr- lrveaaitmebasncylasktrlmbirtabakaoluturulur veanlatlanbuprosedürdorultusundakolonunüstkotuna kadar sktrlm tabakalar oluturulur. Sktrma; statik kuvvetvevibratöründinamikenerjisiilegerçekletirilir.Dar- betokma,krmatadüeyyöndeveçevredekizeminide yatay yönde sktrr. Bu çift yönlü sktrma ile; zeminin salamlartarveoturmalarkontrolaltnaalnr.Busistem içinimalataamalarekil1’degösterilmitir.

2.TaKolonSistemiNedir?

Gevekgranülerzeminlerinsktrlmasveyeraltsuyualtn- dakikohezyonluzeminleriniyiletirilmesiamacylakullanlan takolonelemanlar,farklimalatyöntemleriiledeiikçap veboylardauygulanabilmekteolup,buyöntemlerdenbazla- rnaadakigibiözetlemekmümkündür(ekil2).Buimalat

ekil1.Impactsistemi(forajsız)imalatadımları

Darbeli Kırmataş Kolon ve Taş Kolon sistemleri

SenteznaatIGeopier^®Foundations

(7)

yaplmasna dayanmaktadr. Baz ta

kolon imalat yöntemlerinde ise yatay vibrasyonun dahi yaplmad görül- mekteolup,budergidesunulandeney- sel çalma kapsamnda ayrca yatay vibrasyon yaplmad durum için de kolonrijitliiaratrlmtr.

2.1.Vibro-Kompaksiyon

Temiz kohezyonsuz zeminlerin derinlik vibratörleri kullanlarak skln arttrl- masamacylakullanlanbuyöntemde, titreim ve su/hava jeti kullanlarak tasarm derinliine indirilen probun geri çekilmesi ile imalata balanr ve kompaksiyon tepeden veya geri dolgu ile tamamlanr.

2.2.Vibro-YerDeitirme

ÜsttenBeslemeliSistem(IslakveKuru):

Sujetiyadabasnçlhavavetitreimile istenilen derinlikte kuyu açlmas ile imalatabalananbuyöntemde,tako- lonyüzeydentaeklenerekoluturulur.

Bu yöntemde, yumuak malzemeleri kaldrmakveaçlançukurunstabilizas- yonunusalamakamacylasujetikulla- nlr.

AlttanBeslemeliSistem(Kuru): Basnçl

havavetitreimileistenilenderinliein- dirilen probun uç ksmna ta aktarla- rak,vibrasyonluekildetakolonolu- turulur. Bu yöntemde, zemine yanal yönde yer deitirtmek ve probun zemin içerisinde ilerlemesini salamak amacylabasnçlhavakullanlr.

ekil2-TaKolonimalatsistemleri (yanda)

a)Vibro-kompaksiyonsistemi

b)Vibro-yerdeitirmeüsttenbeslemeli sistem(ıslak)

c)Vibro-yerdeitirmeüsttenbeslemeli sistem(kuru)

d)Vibro-yerdeitirmealttanbeslemeli sistem(kuru)

(Kaynak:ICEmanualofgeotechnical

engineering,2012)