Yumuşak ve kalın tabakalar halinde çok geniş alanlar kaplayan yumuşak killer üzerine inşa edilecek yapıların dizayn ve inşası, son yıllarda geoteknik mühendisliğinin en önemli problemlerinden biri haline gelmiştir (Albayrak 2004).

1. GİRİŞ

Yumuşak ve kalın tabakalar halinde çok geniş alanlar kaplayan yumuşak killer üzerine inşa edilecek yapıların dizayn ve inşası, son yıllarda geoteknik mühendisliğinin en önemli problemlerinden biri haline gelmiştir (Albayrak 2004).

Yumuşak killerin yük taşıma kapasiteleri düşük ve aşırı konsolidasyon oturmaları yaptıklarından dolayı bu tür zeminler üzerine yapılacak inşaatın safhalar halinde yapılması ve belirli safhalarda konsolidasyon için beklemeye bırakılması gerekir. Bu şekilde zeminin o yük altında yapabileceği oturmalar tamamlandığı gibi, zeminin taşıma gücüde arttırılmış olur (Albayrak 2004).

Bütün mühendislik yapılarında olduğu gibi, zeminlerin tasarım problemi stabilite ve deformasyon olarak iki ana başlık altında incelenmektedir.

Uygulamalarda bu iki problemin çözümü, daha çok laboratuar verilerine dayanılarak modelleme yapılmasına rağmen arazide karşılaşılan doğal olayların zemine etkisi pek incelenmemektedir. Jips içerikli yumuşak kil zeminlerde, jips daneli bir yapı olarak zemine kohezyon kazandırmakta, dolayısıyla taşıma gücünü arttırmakta fakat zemin yüklendiği zaman jips çözünerek zeminin taşıma gücünü azaltmakta ve oturma potansiyelini arttırmaktadır (Albayrak 2004). Bu tür zeminlerin üzerine herhangi bir önlem alınmadan inşa edilecek olan yapılarında gerek inşa sırasında gerekse inşa tamamlandıktan sonra ciddi oturma hasarları görülebilir.

Bu çalışma kapsamında Konya ili II. ve III. Organize Sanayi Bölgesi’nin zeminlerinin önemli bir kısmını oluşturan jips içerikli yumuşak killi zeminin geoteknik özelliklerinin bilimsel yöntemlerle araştırılması ve bölgedeki jips içerikli yumuşak killi zeminin kireç kolonları tekniği kullanılarak mukavemet ve sıkışma özelliklerini iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Kireç kolonu tekniğindeki temel amaç zemin içerisine açılan deliklere sönmüş veya sönmemiş kireç yerleştirilerek kolonun içerisindeki kirecin zamanla difüzyon ile etrafındaki zemini iyileştirmesidir. Kirecin zamanla difüzyon etkisi ile çevresindeki zemine yayılmasıyla kil-kireç reaksiyonu sonucunda, zeminin mukavemet ve sıkışma özelliklerinde iyileşme hedeflenmiştir.

Kireç kullanılarak killi zeminlerde iyileştirme (stabilizasyon)

çalışmaları eski çağlardan beri uygulanmakta olan bir yöntemdir. Bell(1996), eski

Mezopotamya’da ve Mısır’da toprak yolların kireçle stabilize edildiğini, Yunanlıların ve Romalıların zemin-kireç karışımını zemin stabilizasyonunda kullandıklarını belirtmektedir. Çağdaş inşaat uygulamalarında kireç, ilk kez 1924 yılında kullanılmıştır. 1930’lu yılların başlarında motorlu araç trafiğinin artmasıyla genişleyen ve doğrudan killi zeminler üzerine inşa edilen yolların stabilizasyonu amacıyla kireç kullanımı artmaya başlamıştır. Çağdaş anlamdaki kireç stabilizasyonu, İkinci Dünya Savaşı sırasında inşa edilen karayolları ve demiryollarında yoğun olarak kullanılmış ve günümüzde ise; temel ıslahı kapsamında otoyollarda (dolgularda), demiryollarında ve havaalanlarında, killi zeminin dayanımını ve taşıma kapasitesini arttırmak, ayrıca şişme potansiyelini en aza indirmek amacıyla kireç kazıkları, kireç kolonları, kireç enjeksiyonu ve zeminin belirli oranlarda kireçle karıştırılması şeklindeki uygulamaları kullanılmaktadır.

Konuyla ilgili araştırmalara göre; iyileştirme (stabilizasyon) amacıyla killi zemine karıştırılacak kireç miktarı, kilin minerolojisi ile yakından ilgili olup; standart bir oran verilememektedir. Çünkü killi zemine karıştırılacak kirecin etkisi, zeminin içerdiği kilin minerolojisi, içerdiği kil türleri ve miktarları, iklimsel koşullar gibi birçok etken tarafından birlikte denetlenmelidir. Bu nedenle, kireç stabilizasyonunun uygulanacağı her bir kil türü için ayrı ayrı bir araştırma gerekmektedir.

1. 1. İyileştirme ve Stabilizasyon Kavramı

Stabilizasyon; ‘ sağlamlık derecesi’ veya ‘malzemenin bazı maddeler karıştırılarak düzeltilmesi’ şeklinde tanımlanmaktadır.

Önalp(1982), stabilizasyon terimini zemin kitlesinin kayma direncini, dayanıklılığını arttıran, geçirimlilik ve hacimsel değişim yeteneğini azaltan her türlü işlem olarka tanımlamaktadır.

Zemin üzerinde yapılan işlemler sonucunda önemli sayılacak dayanım artışı

olmadığı halde diğer mühendislik özelliklerinde olumlu gelişmeler elde edilmesine

iyileştirme adı verilir. Plastisite indisinin düşmesi, sıkıştırma işleminde optimum su

muhtevası, süspansiyonlarda defolikülasyona karşı direnç ve kohezyonun artması

iyileştirmeyi karakterize eden özellikler arasındadır. Bunların yanında dayanımda da önemli bir artış olursa bu iyileştirmeden öteye gidildiğini gösterir ki bu durum

‘stabilizasyon’ olarak anılır ( Tüdeş 1996).

1. 2. Stabilizasyonun Amacı ve Geçmişi

Geçmişten günümüze kadar insanoğlu barınma, savunma vb. ihtiyaçları için gerekli yapıları zemin üzerine inşa etmiştir.

Mühendisler ise genel olarak yapıları sağlam zeminler üzerine inşa etmeyi tercih etmişlerdir. Bir zemini, çeşitli nedenlerle problemli olarak değerlendiren mühendis bu durumu giderebilmek için 3 yoldan birini seçer:

1. Problemli zemini, özellikleri daha iyi olan zeminle değiştirmek : Bunun için problemli olan zemin kazılarak ortamdan uzaklaştırılır, yerine özellikleri daha iyi olan zemin tekniğe uygun olarak yerleştirilir. Hacim büyüdükçe bu yöntem oldukça pahalı olmaktadır.

2. Yapısal elemanları zeminin durumuna uygun olarak boyutlandırmak veya kötü zemini aşarak yapıyı alttaki sağlam tabakaya taşıtmak. (Bu tedbir de bazen ekonomiklikten uzaktır.)

3. Zemin özelliklerini arzu edilen yönde değiştirmek. İnsanlar bu tür denemeleri yüzyıllardır yapmışlar, zemine eskiden olduğu gibi saman veya günümüzde olduğu gibi kimyasal maddeler kadar çok çeşit maddeleri eklemek, zemini ısıtmak, dondurmak, kurutmak, sıkıştırmak vb. gibi işlemlere tabi tutarak ıslah etmeye çalışmışlardır (Tüdeş 1996).

Birinci yol oldukça pahalı olduğu için çok az uygulama görmüştür. İkinci yol

için en iyi örneklerden birisi, Orta Çağ’da Venedik kentinin Vandal hücumlarından

korunması için bataklık içine yapılmasıdır. Ayrıca Osmanlı döneminde Haliç ve

çevresinde görülen yapım şekli bize ikinci yolu anımsatmaktadır. Örneğin Yeni

Camii’nin temelleri, zayıf zemine önceden yerleştirilen tomrukların üzerine

oturtulmuştur. İlk ve Orta Çağ’da Roma İmparatorluğu’nda stabilizasyon

tekniklerine özellikle karayolu yapımında başvurulmuştur. Stabilizasyon teknikleri

içinde en çok başvurulan yöntem zeminin yerinde yapılan işlemlerle

sağlamlaştırılmasıdır (Tüdeş 1996).

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI

Kireç stabilizasyonu konusunda uluslararası alanda birçok çalışma yapılmış ve yeni teknikler uygulanmıştır. Bu çalışmalarla ilgili ulaşılabilen literatür derlenmiş ve tez konusunu doğrudan ilgilendiren hususlara aşağıda özetle değinilmiştir.

Handy ve Williams(1967), 150 mm çapındaki sönmemiş kireç kazıklarını kil dolgulu şevin duraylılığını sağlamak amacıyla kullanmışlardır. Kireç kazıkları 1,5m arayla aktif kayma zonunu kesecek şekilde inşa edilmiştir. Kazıkların inşasından 2 yıl sonra kazık çevresinden alınan örneklerin kayma dayanımı parametrelerindeki artışın yanı sıra şevin duyarlılığının da sağlandığı gözlenmiştir.

Tystovich ve diğ.(1971), sönmemiş kireç kullanılarak inşa edilen kireç kazıklarının doygun killi zeminlerin sıkıştırılmasına katkıda bulunduğunu belirtmişlerdir. Araştırmacılar tarafından yapılan uygulamalarda sönmemiş kireç kullanılarak inşa edilen kazıkların çaplarında zamanla %26–60 oranında ve hacimlerinde %160–260 oranında artış olduğu gözlenmiştir. Kireç kazığının hacminin artmasıyla kazık çevresindeki killi zeminde radyal çatlaklar meydana gelmiş ve bu durum zeminlerin daha kolay sıkıştırılabilmesine olanak sağlamıştır.

Birçok araştırmacı (örneğin; Broms ve Boman, 1976 ve 1979; Holm ve

Broms,1981; Ayyar ve Ramanatha,1989; Rogers ve Glendinning,1997) killi toprak

zeminlerin iyileştirilmesinde kireç kolonlarının kullanılmasıyla kolon çevresinde

meydana gelen yanal genişleme mekanizmasını tanımlamalarına rağmen, bu

konunun daha önceki savunucuları Japonlar olmuştur. Kitsugi ve Azakami(1982),

kimyasal kireç kolonu yöntemini tanımlayarak, kireç kolonlarının inşasında taneler

halinde sönmemiş kireç kullanmışlardır. Stabilizasyon süresince kireç kolonu

çevresinde dehidratasyon ve yanal genişleme meydana geldiği Kitsugi ve

Azakami(1982) tarafından belirtilmiştir.

Holm ve Broms(1981), bazı yapıların temel sistemi için kireç kolonu tekniğini önererek, kireç kolonlarının zaman zaman beton kazık temeller yerine kullanılabileceğini belirtmişlerdir.

Ruenkrairegsa ve Pimsan (1982), Tayland’daki killi-şeyl dolguların stabilizasyonu üzerinde çalışmışlardır. Bu çalışmada 150 mm çaplı, 3 metre arayla açılan kuyulara kireç ve su karışımı konulmuştur. Uygulama sonrası kuyu çevresinden alınan zemin örneklerinin kayma dayanım parametrelerinde artış gözlenmiştir.

Abduljauwad(1991), Suudi Arabistan’ın Doğu eyaleti’ndeki Al-Qatif bölgesindeki şişen killer üzerinde çalışmış ve bu bölgedeki killerin yüksek şişme potansiyeline sahip olduğunu belirterek, ağırlıkça %2–8 oranlarında kullanılacak ticari kirecin, Al-Qatif killerinin inşaat öncesi iyileştirilmesi açısından tercih edilebileceğini önermiştir.

Güler ve Edinçliler (1993), yaptıkları çalışmada killerin kireç ile karıştırıldığında reaksiyona girerek kayma mukavemetinde artış olmasının yanı sıra, kil numunelerinin üzerine yüzeyden kireç serpilmesi sonucunda kireç difüzyonu ile kilin üst kısmında taşıyıcı bir kabuk tabakası oluşturularak taşıma gücünün artırılmasını incelemişlerdir. Yazarlar kayma mukavemetindeki artışın derinliğin bir fonksiyonu olarak aşağılara doğru azaldığını saptamışlardır. Araştırmacıların yaptıkları laboratuar çalışmalarında ise kilin kayma mukavemeti değerindeki artışın, kilin su muhtevasına, serpilen kireç miktarına ve zaman bağlı olarak değişiklik gösterdiğini belirlemişlerdir.

Güler ve Avcı (1993), değişik kireç yüzdelerine sahip numuneler hazırlayarak

bu numunelerin permeabilite değerlerini ölçmüşlerdir. Çalışmadan %6 kireç

katılması permeabilite değerini yaklaşık 1000 misli artırdığı, ancak kireç miktarının

daha fazla artırılması permeabilite değerini tekrar düşürdüğü tespit etmişlerdir.

Ünsal (1993), yaptığı çalışmada 8 katlı ve 3 bloktan oluşan Manisa öğretmen evinin altındaki zemini sönmüş kireç kullanarak iyileştirmiştir.

Basma ve Al-Sharif (1994), yaptıkları çalışmada, killi zemine %6 kireç eklenmesiyle zeminin şişme basıncını 0,4 MPa’dan sıfıra indirmişlerdir.

Araştırmacılar killi zemine karıştırılacak kireç miktarının sınır değerinin, sıfır şişme basıncına ulaşıldığı andaki değer olduğunu vurgulamışlardır.

Indraratna ve ark. (1995), kireç-uçucu kül karışımının Bangkok kilinin dayanımı üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Araştırmacılar, %18 uçucu kül ile %5 kireç karıştırılması sonucunda iki hafta küre tabi tutulan örneklerde, doğal örneklere göre 2 ila 3 kat daha yüksek tek eksenli sıkışma dayanımı elde etmişlerdir.

Bell (1996), stabilizasyon konulu çalışmasında killi zemine belli yüzdelerde kireç eklemiştir. Araştırmacı, en uygun kireç yüzdesini %4–6 olarak belirlemiş ve kirecin killi zeminin likit limitini ve plastisite indeksini azalttığı, plastik limitini ise arttırdığını saptamıştır. Araştırmacı ayrıca çeşitli kireç içeriklerinde ve kür sürelerinde tek eksenli sıkışma dayanımını da belirlemiştir. Buna göre, %4 kireç içeriği ve 28 gün kür süresinde en yüksek tek eksenli sıkışma dayanımına ulaşılmıştır.

Popescu ve ark. (1997), Uluslararası Bükreş-Otopeni Havaalanı’nın platformunun inşası sırasında şişen temel toprak zemininin kireçle stabilizasyonunu incelemişlerdir. Stabilizasyon sonucu, kireç oranı arttıkça plastisite indeksinin azaldığı, tek eksenli sıkışma dayanımının arttığı saptanmıştır.

Basma ve ark. (1998), Çalışmalarında Umman’da Al-Khad bölgesinde yüksek oranda şişme potansiyeline sahip killi zeminlerin şişme miktarını azaltmayı amaçlamışlardır. Bu amaçla, değişik miktarlardaki kum, kireç, çimento ve tuz, 10 no’lu elekten geçirilmiş killi zeminle ayrı ayrı doğal su içeriğinde karıştırılmıştır.

Elde edilen “ nemli killi zemin+stabilizasyon” malzemeleri, örnek halkasına uygun

olacak şekilde kalıpların içine yerleştirilmiş ve sıkıştırılmıştır. Tuz dışında kullanılan

bütün iyileştirme amaçlı malzemeler, killi zeminin şişmesini farklı miktarlarda azaltmışlardır. Ancak killi zeminin şişme davranışını en fazla azaltan, dolayısıyla en uygun stabilizasyon malzemesinin kireç olduğu belirlenmiştir.

E.Güler ve İ.Sargın (1998), kirecin ve artan sıkıştırma enerjisinin kilin hidrolik geçirgenliği üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Yazarların yaptığı çalışmada üç değişik kil, kireç karışımı; iki değişik sıkıştırma enerjisi ile sıkıştırılmış, bir grup numune bir gün süre ile ve 50

C’ de kür edilmiş, diğer bir grup ise kür edilmeden hidrolik geçirgenlik deneylerine tabii tutulmuştur. Hidrolik geçirgenlik deneyleri rijit duvarlı sıkıştırma kalıbı permeabilite düzeni ve musluk suyu kullanılarak yapılmıştır. Yazarların yaptıkları çalışma sonucunda, sıkıştırılma enerjisinin artırılması, hidrolik geçirgenlik değerlerini azaltmış, gerekli kürün sağlanması durumunda kireç ilavesi ile hidrolik geçirgenlik değerlerinin aynı kaldığı görülmüştür.

Açımuz (1998), geliştirdiği yöntemde örselenmiş olan kazık çukur cidarını , kireç bulamacı ile stabilize etmişler ve sonra beton dökmüşlerdir. TUBİTAK ve NSF tarafından desteklenen araştırmada Houston Üniversitesi ile ortak kazık deneyleri yapılmış ve geliştirilen bu yöntem arazide denenmiştir. Araziden alınan doğal zemin üzerinde kireç bulamacı uygulandıktan sonra beton-zemin ara yüzey kesme deneyleri yapılmış ve arazide kullanılacak parametreleri saptamışlardır. Laboratuar deneyleri sonucunda kireç stabilizasyonunun beton-zemin ara yüzeyinde adezyonu azalttığı ve sürtünme açısını artırdığını göstermiştir.. Arazi deneyi sonuçlarına göre de beton- zemin ara yüzeyi stabilizasyonunun mevcut durum için kazık şaft kapasitesini yüzde yirmi artırdığını göstermiştir.

H.Tosun ve M.Türköz (2000), Yaptıkları çalışmada temel zemininin diğer

bazı özeliklerinin iyileştirilmesinde olduğu gibi şişme potansiyelinin de kontrol

edilmesinde, kireç, çimento, tuz, uçucu kül ve bazı organik bileşikler gibi katkı

maddeleri kul1anılabileceğini söylemişlerdir. Yazarlara göre bu maddeler arasında

sönmüş veya sönmemiş halde bulunan kireç katkısı; etkili kullanımı nedeniyle

yaygın uygulama alanı bulmuştur. Yazarların yaptığı çalışmada; Eskişehir

Osmangazi Üniversitesi kampus alanında yer alan yüksek şişme potansiyeline sahip Meşelik killerinin kireç katkısı ile stabilizasyonu araştırılmıştır. Araştırmada sönmüş kireç katkısı-şişme yüzdesi ilişki ile şişme yüzdesinin zamanla değişimi incelenmiştir. Bu amaçla üç ayrı lokasyondan yazarlar tarafından alınan, standart ve modifiye sıkışma koşullarında ve farklı sönmüş kireç katkı seviyelerinde (% 0, 1, 3 ve 5) hazırlanmış 88 ayrı numune üzerinde klasik ödömetre cihazı ile serbest şişme yüzdesi deneyleri yapılmıştır. Deneyler sonunda, sönmüş kireç katkısının killerin şişme potansiyelinin kontrolünde başarıyla kullanılabileceği, bu katkının % 3 seviyesinden sonra etkili olduğu ve etkinin yüksek enerji seviyesinde nispi olarak daha yüksek görüldüğü belirlenmiştir.

M.C. Tonoz, C.Gökçeoğlu, R.Ulusay (2003), Ankara kiline kireç kolonlarının etkisini araştırmışlardır. Bu çalışma sonucunda araziden alınan örselenmemiş numunelere kireç kolonlarını uygulayarak kilin şişme basıncını, mukavemet parametrelerini ve oturmalarını incelemişlerdir. Çalışma sonucunda kireç difüzyonunun en etkili olduğu bölge kolon çapının iki katı mesafede ve 28 günlük kür süresinde olduğu, uygulamadan sonrada dayanımda %40-%80 arasında, ön konsolidasyon basıncında bir artma ve konsolidasyon özelliklerinde bir azalma görülmüştür. Bunun yanında kireç kolonlarının şişme basıncını da %40 ile %75 arasında azalttığı görülmüştür.

A.Kavak ve E Keskin (2003), yaptıkları çalışmada su muhtevası ve kil oranı

yüksek bir zeminin kireç stabilizasyonu ile iyileştirilmesi ve bu iyileştirmenin bir yol

kesiti üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Yazarların yaptığı çalışma sonucunda,

kireçle stabilize edilen kilin optimum su muhtevası %23 olmasına karşılık arazide

kilin su muhtevasının ise %35 olduğu görülmüş, inşaat sahasındaki kireçle stabilize

edilen zeminin yaş CBR değerleri 5’den 28 gün içerisinde 40’a çıkmış ve su

muhtevası optimumdan %12 fazla olmasına rağmen, 8 kata varan artışlar meydana

gelmiştir. Kireç stabilizasyonunun yüksek su muhtevası içeren killerde de iyi sonuç

verebileceği görülmüştür.

Konya II. Organize Sanayi Bölgesinde daha önce yapılan çalışmalar;

Akçelik (1986), Konya II.Organize Sanayi Bölgesinin zemininden alınan örnekler üzerinde yaptığı laboratuar çalışmaları sonucunda, zeminin genel olarak yüzeyden itibaren 6 m derinliğine kadar c= 5t/m

, φ =0

olan kahverengi orta plastisiteli siltli kil olduğu, bu zeminin kohezyonu ve bu tabakanın yer yer siltli bantları ihtiva ettiğini belirlemiştir. 6 m.’den sonra ise bol jips ihtiva eden gri renkli siltli kilin 12,5 m.’ye kadar devam ettiği, jips ihtiva eden bu derinliklerde zemin;

mukavemet özellikleri bakımından üstteki tabakaya nazaran oldukça zayıf ve yumuşak olup siltinde etkisiyle kolayca akıcı hale gelebilen yapıda olduğu ve ayrıca yapılan deneyler sonucunda bu zeminin kohezyonunun c= 1,2 t/m

, içsel sürtünme açısının φ =0

ve serbest basınç direncinin qu=3~4 t/m

civarında olduğunu belirlemiştir.

Ağacık (1986), bölgede yaptığı çalışmada; bölge zemininde sülfat miktarı 5000 mg/kg, zemin suyunda sülfat miktarının 3000 mg/l, magnezyum miktarını ise 1500 mg/l’ nin üzerinde olduğu ve ortamın beton ve donatı üzerine çok kuvvetli zararlı etki yapacağını belirtmiştir.

Yılmaz(1989)’a göre bölge yeraltı suyunda ve bölge zemininde bulunan sülfat, magnezyum ve klor iyonlarının standartlarda belirtilen değerlerin çok üzerinde olduğu ve bölgede drenaj sorunu çözülmediği takdirde fiziki yapıların inşaatında çeşitli sorunlarla karşılaşacağını bildirmiştir.

Onüçyıldız(1991) yaptığı çalışmada bölge yeraltı suyu ve bu suyun etkisinde uzun yıllar kalan bölge zemininin bileşiminde bulunan sülfat ve klor iyonu beton ve donatı üzerine çok şiddetli zararlı etki yapacak düzeyde olduğunu saptamıştır.

Sevimli (1991) yaptığı çalışmada Konya II. Organize Sanayi Bölgesi zemin

suyunun hem betona hem de beton içindeki çeliğe şiddetli korozif etkiler yapabilecek

kadar tuzluluk problemi ihtiva ettiği; bu durumun bölgede daha önceden inşa edilen

yapıların bu suyun oluşturduğu etkiler bakımından ileride istenmeyen durumlara maruz kalacağını bildirmiştir.

Yıldız ve Demiröz (2001) Konya II. Organize Sanayi Bölgesinde yaptığı zemin etüt çalışmalarında bu bölgedeki zeminin 0.00~5.00 m arasında jips içerikli yumuşak siltli kil içerdiğini, jips içerikli zeminlerin bazen daha alt derinliklerde de devam ettiğini, bazı yerlerde jips içeriğinin azaldığını ve bölgede yer altı su seviyesinin yüzeye yakın olduğunu, yaklaşık 3 m, belirtmişlerdir. Bu bölgenin yapılar için oturma ve taşıma gücü problemleri içerdiğini, bu problemler için bazı tedbirlerin alınması gerektiğini ifade etmişlerdir.

Acar, ve diğ. (2001) Konya II. Organize Sanayi Bölgesinde yaptığı çalışmada bölgenin oturma ve taşıma gücü problemine değinmişler, bölge zemininin taşıma gücünün düşük ve oturma potansiyellerinin yüksek olmalarından dolayı bu bölgede yapılacak çok katlı yapılar ve silo inşaatlarına başlamadan önce ön yükleme veya kum drenleri ile bir ön yükleme yapılarak bu killi zeminin taşıma gücünü artırmak dolayısıyla konsolidasyon oturmalarının izin verilebilir seviyelere çekmek gerektiği sonucuna varmışlardır.

Jips ile ilgili Daha Önce Yapılan Çalışmalar;

Alagöz (1967)’e göre anhidrit suyla girdiği etkileşim sayesinde jips’e

formasyonuna dönüşür. Anhidrit veya kalsiyum sülfat, tuz kadar olmamakla beraber

suya karşı hassastır. Bileşime kattığı iki molekül suyla hidratlaşmış kalsiyum sülfata

çevrilir. Anhidritin su ile temas eden bölgeleri jipse çevrilir. Diğer kısımlar olduğu

gibi kalır veya nemin gelişine göre değişir. Hidratlaşma çabuk meydana gelir. Çünkü

su, anhidritin küçük kristalleri arasına kolayca girebilir. Anhidrit jipse çevrilirken

hacmi %33, boyu da %10 oranında artar. Yukarıda belirtildiği gibi iki hacim su ile

kalsiyum sülfatın bileşiminden meydana gelen jips çeşitli billurlar halinde katılaşır.

Gümüşoğlu (1985)’na göre jipsin kütle veya zemin içinde parçacıklar şeklinde bulunması halinde, bu durum yapı inşaatları için tehlikeli bir temel zemini oluşturmakta ve daha dikkatli çalışmaları gerektirmektedir. Jipsin ve buna bağlı olarak içinde bulunduğu zeminin mukavemet değerleri çeşitli ortam koşullarının etkisiyle değişebilmektedir. Kütle veya ayrık haldeki jips eriyerek temel zemininde büyük boşluklar, mağaralar meydana getirmekte ve üzerindeki yapının stabilitesini bozabilmektedir.

Gümüşoğlu (1985) jipsin geoteknik özellikleri konusunda yaptığı çalışmada;

1) Jipsin çok fisürlü olması ve yer altı suyu akımının etkisi ile erimenin büyük boyutlara ulaşabileceği, zamanla temel zemininde erime boşluklarının oluşabileceği ve bazı durumlarda üzerindeki yapının stabilitesini bozabileceği;

2) Değişik ortam koşulları etkisine bırakılmış numuneler üzerinde yapılan serbest basınç deneylerinde, jipsin mukavemet özelliklerinin su, basınç ve ısı etkilerine bağlı olarak azaldığı;

3) Jipsli numuneler üzerinde yapılan konsolidasyon deneylerinde numunelerin önemli mertebede oturma yaptığını;

4) Jips içerikli zeminler temel betonuna olan olumsuz etkisini önlemek için temellerde sülfata dayanıklı çimento kullanılması gerektiğini ifade etmiştir.

Özalp ve Baltacı (1993), Jipsin doğada renksiz, saydam, beyaz, kirli sarı, gri, siyah renklerde, şekilsiz veya güzel kristaller halinde bulunduğunu, suda %2 oranında çözündüğünü ve genellikle sığ deniz ve göllerde buharlaşma ile meydana geldiğini, tortul kütleler içinde kalın tabakalar ve dizilişler halinde; tuz, kil, marn, killi şist veya kalkerlerle karışık olarak bulunduğunu belirtmiştir. Ayrıca jipsli zeminlerde zemin suları fazla miktarda kalsiyum sülfat içerdiği için betonla temas ettiği zaman betona zararlı etki yaptığı sonucuna varmıştır.

Özalp ve Baltacı (1993), yaptıkları çalışmada jipsli zeminlerdeki beton ile

temas eden sular sülfat korozyonuna neden olarak betona zararlı etki yaptığı, jipsli

zeminlerde bulunan beton yapıları sülfatlı sular ile etkileştiğinde şişerek, yüzeyi

beyaz, yumuşak ve hamur gibi yapışkan bir görünüm aldığı, sülfat korozyonuna uğrayan bir betonda yer yer çatlamalar görüldüğü, çimentonun bağlayıcılık özelliğini kaybettiği, bunun sonucu olarak betonun dayanımı ve dayanıklılığı azaldığı sonuçlarını elde etmişlerdir.

Alnourı ve Saleam (1994), yaptıkları çalışmada jipsin (hidro kalsiyum sülfat)

suyu bünyesine alarak stabil olmayan duruma geçtiğini, jipsin normal haldeki

çözünürlüğü %2 civarında olduğunu fakat bu değer sulu ortamda ve suyun tuz

içeriğiyle doğru orantılı şekilde arttığı, jipsli zeminlerde bu çözünme nedeni ile

zeminde boşluklar meydana geldiği ve yapı yüklerinden dolayı zeminde oturmalar

oluştuğu sonuçlarına ulaşmışlardır.

3. MATERYAL VE METOT

3. 1. Jipslerin Oluşumu ve Özellikleri

3. 1. 1. Jipsin Oluşumu

Jips ve anhidrit kurak iklim bölgelerindeki göllerde veya içdenizlerde, açık denizle bağlantıları zaman zaman setlerle kesilen sığ denizlerin koy ve körfezlerinde, buharlaşma hızının yüksek düzeylere erişmesi sonucu oluşan, yaygın evaporitik minerallerdir. Bu mineraller diğer evaporitik minerallerle birlikte Kambriyen'den günümüze kadar tüm jeolojik zamanlarda oluşmuşlardır. Jeolojik açıdan önemli sayılabilecek evaporitik istiflerin çökelebilmesi için aşağıda belirtilen dört temel koşulun sağlanması gerekmektedir (Schmalz, 1969). Bunlar:

1. Ortamın kuru ve genellikle yüksek net buharlaşma hızına sahip sıcak bir iklimle karakterize edilmesi,

2. İçinde tuzlu suların yoğunlaşabileceği kapalı veya yarı sınırlanmış bir havzanın olması,

3. Devamlı veya belirli aralıklarla sağlanan deniz suyunun bu alana girmesi,

4. Biriken tuzların fiziksel uyumuna izin veren mekanizmanın gelişmesidir.

Bu koşulların sağlandığı bir ortamda kalsiyum (Ca) sülfat (SO

) ve diğer iyonlar yeterli bir doygunluğa eriştiğinde kimyasal sedimanter olarak jips (CaSO

.2H

O) veya anhidrit (CaSO

) ve diğer tuzlar oluşmaktadır. Buharlaşmakta olan bir sudan, jipsin mi yoksa anhidritin mi oluşacağını ortamın fizikokimyasal koşulları belirlemektedir.

Evaporitik oluşum ortamları konusunda çoğu jeologlar tarafından kabul

edilmekte olan iki teori vardır.

Bunlar;

a) Sınırlanmış okyanus alanları veya iç denizler (Bar teorisi) b) Sabka ortamları (Sabka teorisi)

1. Kıyı Sabkaları 2. Kıtasal Sabkalar

Ancak son yıllarda "Bar(set)" teorisi yerini tamamen Sabka teorisine bırakmış durumdadır. Bunun nedeni bugün yeryüzünde, içerisinde yaygın evaporit minarelerin çökeldiği setli bir çanak örneğinin olmayışıdır. Evaporitilerin çökelme ortamları basenler, kıyı sabkaları ve kıta (kara) sabkalarından oluşmaktadır (Kinsman, 1969).

Son yıllarda evaporitler konusunda yapılan çalışmalara göre; evaporitler oluşum ortamları bakımından denizel ve denizel olmayanlar; oluşum durumlarına göre; birincil, ikincil; taşınıp taşınmama durumuna göre de yerli (otokton) ve taşınmış (allokton) şeklinde sınıflara ayrılabilmektedir (Hardie, 1984)

Evaporitlerin oluşum ortamlarının belirlenmesinde; fosil türleri, ilgili tuzsuz fasiyeslerin sedimantolojisi, birincil tuz minarelerinin türleri, kalitatif ve kantitatif olarak tuz mineralleri birliği ve bu tuz minerallerinin iz element, izotop ve sıvı kapanımı jeokimyası yöntemleri kullanılmaktadır. Evaporitleri oluşturabilecek su kaynaklan ise; deniz suyu, meteorik su, hidrotermal reaksiyon suları, diyajenetik reaksiyon suları, volkanik kökenli sular ve bu suların karışımından oluşmuş karışık sular olabilmektedir (Hardie, 1984).

Evaporitik çökelme ortamlarında sıcaklık ve buna bağlı olarak da buharlaşma

hızının artması sonucu, minareler çözünürlüklerine göre, çözünürlüğü az olan önce

çok olan sonra olacak şekilde sıra ile çökelmektedirler. 25°C sıcaklıkta yoğunluğu

1,025 gr/cm

olan bir deniz suyunda buharlaşma başlarken hemen kalsiyum karbonat

(CaCO

) çökelmektedir. Su yoğunluğu 1.10 gr/cm

'e çıktığında (derişiklik beş kat

arttığında) jips, 1,13 gr/cm

(derişiklik sekiz kat arttığında) olduğunda anhidrit

çökelmektedir. Halit (NaCl) tuzlu su yoğunluğu 1,215 gr/cm

'e (derişiklik on kat

artıncaya kadar) erişinceye kadar çökelmeye başlamaz. Tuzlu suyun yoğunluğu l,26

gr/cm

'e eriştiği zaman (derişiklik yüz kat arttığında) Halit'in %80'den fazlası çökelir

ve bu yoğunlukta yüksek çözünürlüğe sahip K ve Mg’lu tuzlar çökelmeye başlar

(Schmalz, 1969).

Yukarıda belirtildiği gibi çökelecek kalsiyum sülfat minarelinin jips mi anhidrit mi olacağını ortamın tuzluluğu ve sıcaklığı belirlemektedir. Su derişiminin beş kat artması jips, sekiz kat artması durumunda ise anhidrit çökelmektedir. Murray (1964) olağan deniz suyunda 34°C sıcaklığa kadar jipsin, daha yüksek sıcaklıklarda ise anhidritin çökeleceğini belirtmektedir.

Murray (1964) jipsin doğada en yaygın orijinal kalsiyum sülfat minareli olduğunu belirterek, bunun yaklaşık 610 m'lik bir gömülme derinliğine kadar kararlığını koruyabildiğini ve bu derinlikten sonra anhidrite dönüştüğünü, gömülmüş anhidrit kütlelerinin yüzeye çıkmaları durumunda ise, yüzey sularının etkisi ile zamanla tekrar jipse dönüştüklerini belirtmektedir.

3. 1. 2. Jipsin Fiziksel Özellikleri

Doğal haldeki jipsin Mohs derecesine göre sertliği 1,5-2,5 arasındadır. Jips monoklinik sistemde kristalleşir. Özgül yoğunluğu 2,31–2,33 değerleri civarındadır.

En saf ve temiz halinde renksiz, saydam veya kar beyazı rengindedir, fakat içindeki yabancı maddelere de bağlı olarak gri, sarı, kahverengi, pembe renklerde de görülebilir. Doğada jips, iri veya küçük kristalli, telsel veya şekilsiz (amorf) olabilmektedir (Othmer, 1964).

3. 2. İncelenen Faktörler ve Materyal

Bu tez çalışması kapsamında Konya ili II. – III. Organize Sanayi Bölgesi’nin

zeminlerinin önemli bir kısmını oluşturan jips içerikli yumuşak killi zeminin

geoteknik özelliklerinin bilimsel yöntemlerle araştırılması ve bölgedeki jips içerikli

yumuşak killi zeminin kireç kolonları tekniği kullanılarak mukavemet özelliklerini

iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Kireç kolonu tekniğindeki temel amaç zemin içerisine

açılan deliklere sönmüş veya sönmemiş kireç katılarak, kolonun çevresinden kirecin

zamanla difüzyon ile etrafındaki zemini iyileştirmesidir. Kirecin zamanla difüzyon etkisi ile etrafındaki zemine yayılmasıyla kil-kireç reaksiyonu sonucunda, zeminin mukavemet özelliklerinde iyileştirilme hedeflenmiştir. Bunun için arazide daha önceden yapılmış sondaj logları toplanmış ve gözden geçirilmiştir.

3. 2. 1. Numune Alınan Bölgedeki Zemininin Geoteknik Özellikleri

Çalışma alanı Konya ili merkez kuzey doğusunda Aksaray Devlet Yolu üzerinde yer almaktadır. Bu alan Konya Ovası üzerinde yer almakta olup morfolojik olarak düz bir topografyaya sahiptir. Bölge zeminini daha önce yapılan çalışmalara göre 120-130m derinliğe kadar killi-silt, siltli-kil olarak devam etmektedir. Bu seviye boyunca yer yer jipsli katmanlar yer almaktadır.

Konya II.-III. Organize Sanayi bölgesi zemininin indeks ve mühendislik özelliklerini belirlemek için araziden örselenmiş ve örselenmemiş numuneler alınmıştır.

Zeminin fiziksel özelliklerini belirlemek için örselenmemiş numunelerden doğal birim hacim ağırlık ve örselenmiş numunelerden de piknometre ile dane birim hacim ağırlığı, doğal su muhtevası, jips içerikleri ve serbest basınç mukavemetleri belirlenmiştir (Tablo 3.1).

Tablo 3.1. Zeminin indeks özellikleri

Doğal su muhtevası (w %) 30–39 Doğal yoğunluk(γ

-g/cm

) 1,81–1,91 Dane yoğunluğu(γ

-g/cm

) 2,63–2,69 Kuru yoğunluk (γ

-g/cm

) 1,32–1,40

Boşluk Oranı (e %) 99

Porozite (n %) 50

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm

) 0,4–0,8

Jips içeriği (%) 5–10

Elek analizi, hidrometre yöntemiyle ıslak analiz, kıvam (atterberg) limitleri olarak Casagrande metoduyla likit limit (w

) ve plastik limit (w

) değerleri tayin edilmiştir (Tablo 3.2 ve Tablo3.3).

Tablo 3.2. Kıvam limitleri

Likit limit (%w

)

Plasitk limit (%w

)

Plasitisite indisi (%I

)

62 30 32

Tablo 3.3. Elek analizi ve hidrometre deney sonuçları

Çakıl(jips)(%) Kum(%) Silt(%) Kil(%)

5–10 3–4 30–40 50–70

Zemini sınıflandırmak için yapılan elek analizi, hidrometre analizleri ve atterberg limitleri deneyleri sonucunda birleştirilmiş zemin sınıflandırma sistemine göre (USCS) zemin sınıfı CH (Yüksek plastisiteli kil) olarak tayin edilmiştir.

Örselenmiş numuneler üzerinde yapılan standart proctor (kompaksiyon) deneyi sonuçlarına göre maksimum. kuru yoğunluğu γ

= 1,6 g/cm

ve optimum su içeriği w

%17 olarak elde edilmiştir.

3. 3. Kireç İle Zemin Stabilizasyonu

Kireç ile zemin iyileştirme yöntemi, killerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini

iyileştirmek için yaygın olarak kullanılmakta ve etkili olmaktadır. Bu yöntemle

iyileştirilmiş bir zemin elde etmek için, kireç ile arazideki zemin karıştırılır veya

zemin içerisinde kireç kolonları oluşturulur (Tüdeş 1996).

3. 3. 1. Kireç Üretimi ve Kireç Çeşitleri

Kireç üretiminde hammadde olarak kireç taşı olan kalker (CaCO

) ve dolomit (CaCO

+MgCO

) kullanılır. Kireç üretimine, kalker ve dolomitin saflık derecesi ve boyutu ile üretimde kullanılan fırın tipi ve yakıt cinsi etki eder (Tüdeş 1996).

Sanayide kireç üretiminde tekneli, Hoffman ve dönel fırınlar kullanılır.

Kalker veya dolomit, bu özel fırınlarda 900–1000

C ısıtılarak sönmemiş kireç elde edilir. Elde edilen sönmemiş kirece su ilave edilirse ısı açığa çıkar, hacim büyümesi çok fazla olur ve ince daneli sönmüş kireç elde edilir ( Tüdeş 1996).

Sönmüş kireç toz bir malzeme, sönmemiş kireç ise granüler bir malzemedir.

Kalker ve dolomitten elde edilen kireçler aşağıda özetlenmiş, ticari kireçlerin özellikleri ise Tablo 3. 4 ve Tablo 3. 5 ’de verilmiştir.

• Sönmemiş Kalsitik Kireç CaO

• Sönmüş Kalsitik Kireç CaO (OH)

• Dolomatik Sönmemiş Kireç CaO + MgO

• Monohidratlı Dolomatik Kireç CaO (OH)

+ MgO

• Dihidratlı Dolomitik Kireç CaO (OH)

+ Mg (OH)

Tablo 3.4. Ticari Sönmemiş Kireçlerin Özellikleri (Tüdeş 1996).

Sönmemiş Kireç

Kimyasal Bileşimi Kalsitik Kireç Dolomitik Kireç CaO (%)

MgO (%) CO

(%) SiO

(%) Fe

O

(%) Al

O

(%) H

O (%) Yoğunluğu (t/m

) Kaba Yoğunluğu (t/m

)

92.25–98.00 0.30–2.50 0.40–1.50 0.20–1.50 0.10–0.40 0.10–0.50 0.10–0.90 3.2–3.4

0.89

55.50–57.20 37.60–40.80 0.40–1.50 0.10–1.50 0.05–0.40 0.05–0.50 0.10–0.90 3.2–3.4

0.89

Tablo 3.5. Ticari Sönmüş Kireçlerin Özellikleri ( Tüdeş 1996).

Sönmüş Kireç Yüksek

Kalsiyumlu

Monohidratlı

Dolomitik Dihidratlı Dolomitik Kimyasal Bileşimi

Yoğunluğu (t/m

) Kaba Yoğunluğu (t/m

)

Ca (OH)

2.3–2.4 0.40–0.56

CaO (OH)

+ MgO CaO (OH)

+ Mg (OH)

2.4–2.6

0.48–0.64

3. 4. Kirecin Zemin Mukavemet Özelliklerine Etkisi

Zeminlerin kireç ile iyileştirilmesi işleminde kimyasal ve fiziksel olmak üzere iki olay vardır. Kimyasal olaylar, iyon değişimi, çimentolaşma ve karbonatlaşma olmak üzere üç farklı aşamada gerçekleşmektedir. Fiziksel olaylar ise folikülasyon, plastisite indisi ve hacim değişimi, maksimum kuru birim hacim ağırlıkta düşme ve optimum su muhtevasında artma, boşluk suyu basıncı, don ve rutubet ve mukavemet ile ilgili özelliklerde etkilidir ( Tüdeş 1996).

• Kimyasal Olaylar: İyon değişimi aşamasında, kil partiküllerindeki

katyonlar, kireçteki kalsiyum katyonu ile yer değiştirir ve kil partikülleri

foliküle olarak boşluk oranının artmasına neden olmaktadır. Bu aşama,

karışım işlemi sonrasında hemen gerçekleşmektedir. Çimentolaşma

reaksiyonu için zaman gereklidir. Bu aşamada, kireçten gelen kalsiyum

katyonları kildeki alüminyum ve silisyum alüminat ile kasiyum silikat jeli

oluşturur. Bu jel zamanla büyüyerek zemindeki boşlukları bloke etmekte ve

çimentolaşma sağlanmaktadır. Karbonatlaşma aşaması kirecin havadan

karbondioksit emmesidir. Karbondioksit, kalsiyum karbonat oluşturmak

üzere kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girer. Zemin- kireç karışımlarında

kalsiyum karbonatın meydana gelmesi çimentolaşma olayını etkilemekle beraber puzolonik reaksiyona ve karışımın mukavemet kazanmasına engel olur. Bu olayı önlemek için kireç, hava ile fazla temas etmeden karıştırma işlemine geçilmelidir (Tüdeş 1996).

• Kireç-Zemin Reaksiyonu: Killi zeminlere kireç ilavesi ile zemine Ca

ve Mg

iyonları verilmiş olur. Bu iyonlar kilin içindeki Na

veya K

ile yer değiştirme eğilimindedir. Bu olaya katyon değişimi denilir. Zemin pH değeri kireç ilave edildikçe artar ve buna bağlı olarak da silis ile alüminyum çözünürlüğü artar. Önemli zemin-kireç reaksiyonları aşağıda verilmiştir ( Tüdeş 1996).

Ca (OH)

Ca

+ 2(OH)

Ca

+ 2(OH)

+ SiO

CaO.SiO

.H

O Ca

+ 2(OH)

+ Al

O

CaO.Al

O

.H

O

• Fiziksel Olaylar: Zemin-Kireç karışımlarında aşağıda belirtilen fiziksel olaylar meydana gelmektedir.

Folikülasyon (topaklanma): İnce daneli zeminlere kireç ilave edilmesi ile zeminde bir topaklanma meydana gelmektedir.

Plastisite İndisi ve Hacim Değişmesi: Kireç zeminlerin hem likit

limitine hem de plastik limitine etki etmektedir. Zemin-kireç karışımı

ile likit limitte azalma plastik limitte artma dolayısı ile plastisite

indisinde azalma meydana gelmektedir. Kireç ilavesi zeminin pH’ını

dolayısı ile bu da kilin katyon değiştirme kapasitesini arttırır. Sodyum

ve potasyum iyonlarının kalsiyum iyonu ile değişimi sonucu zeminin

plastisitesi %50–80 oranlarında azalmakta ve arazideki çalışma

koşullarını kolaylaştırmaktadır. Kireç ile lem gibi ince daneli

zeminlerin işlemi süresince likit limit artarken montmorillonit, illit

gibi şişen killerde likit limit azalır. Plastisite indisinin azalması ile

hacim değişimlerinde azalma meydana gelmektedir. Bunun sonucu

olarak büzülme limiti artar ve büzülme oranı azalır.

Maksimum kuru birim hacim ağırlıkta düşme ve optimum su muhtevasında artma: Zeminlere kireç ilave edilmesi ile oluşan zeminler doğal zeminden daha düşük yoğunlukta fakat daha fazla optimum su muhtevasında sıkışırlar. Zemine ilave edilen kireç yüzdesi artması halinde maksimum kuru yoğunluk düşmektedir.

Boşluk Oranı: Kireç-zemin karışımı boşluk suyu basıncının azalmasını sağlamaktadır. Kireç katkı maddesi genellikle killi zemin ile dolgu yapımında kullanılır.

Don ve Rutubet: Yol inşaatında kullanılacak olan malzemelerin donma-çözünme ve ıslanma-kuruma gibi doğal olaylara karşı dayanıklı olması gerekir. Yapılan çalışmalar temel altı malzemelerinin kireç ile iyileştirilmesi sonucunda don ve rutubete karşı dayanıklılığının arttığı gözlenmiştir.

Mukavemet: İnce daneli zeminlere kireç ilave edilmesi ile oluşan puzolonik reaksiyonlar sonucu meydana gelen çimentolaşma nedeni ile zeminin mukavemeti artmaktadır.

3. 5. Araziden Örselenmemiş Örneklerin Alınması

Yapılan bu çalışmada Konya II.-III. Organize Sanayi bölgesi zemininin kireç kolonları tekniğiyle mukavemet özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla araziden 10 adet örselenmemiş blok küp numunesi alınmıştır. Bu numuneleri almak için et kalınlığı 4 mm olan ve 30x30x30 cm boyutlarında 10 adet sac kalıp yaptırılmıştır.

Sac kalıpların alt ve üst kısımları boştur (Şekil 3.1, 3.2).

Şekil 3.1. Arazide numune almada kullanılan sac kalıplar

Şekil 3.2. İç boyutları 30 cm x 30 cm x 30 cm olan kalıplar

Çalışma kapsamında belirlenen arazide yaklaşık 3m derinliğinde bir çukur açtırılmıştır. Konya II.-III. Organize Sanayi Bölgesinden alınan numuneler Ulusan Alüminyum A.Ş. fabrika arazisi içerisinden alınmıştır. Numunelerin 3m derinlikten alınmasının nedeni ise bölgede inşa edilen yapıların temel taban kotunun yaklaşık olarak bu seviyede olmasındandır.

Arazide bir kepçe yardımıyla 3m derinliğinde genişçe bir çukur açtırılmıştır.

Çukur açıldıktan sonra kalıplar çukurun içine indirilmiş ve daha sonra kepçe yardımıyla kalıplar zeminin içerisine itilerek çakılmıştır. Bu işlem kalıpların herhangi bir zarar görmemesi için yavaş yapılmıştır. Zeminin yumuşak olması nedeniyle kalıpların zemin içine girmesi çok kolay oluştur. Kalıplar zemine çakıldıktan sonra yine kepçe yardımıyla zeminden çıkarılmıştır. Çıkarılan kalıpların alt ve üst tarafları büyük bir spatula yardımıyla düzlenmiştir (Şekil3.3-3.11).

Şekil 3.3. Arazide bir kepçe yardımıyla numune almak için çukur açtırılması

Şekil 3.4. Arazide bir kepçe yardımıyla çukur açtırılması

Şekil 3.5. Açılan çukurun derinliği (3m)

Şekil 3.6. Açılan çukurun taban seviyesi görünümü

Şekil 3.7. Açılan çukura numune kalıbın konması

Şekil 3.8. Diğer kalıpların kazılan çukura yerleştirilmesi

Şekil 3. 9. Kalıpların kepçe yardımıyla zemine itilmesi

Şekil 3.10. Kalıpların üstünün bastırılarak düzlenmesi

Şekil 3.11. Çukurdan çıkarılan numunelerin alt ve üst yüzlerinin düzlenmesi

Araziden özenle alınan örselenmemiş küp şeklindeki zemin örnekleri Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Geoteknik laboratuarına nakledilmiştir.

Geoteknik laboratuarında numuneler için özel bir yer daha önceden hazırlanmıştır.

Numunelerin yaklaşık 5–6 ay laboratuarda kalacağı düşünülerek numunelerin doğal su muhtevalarını kaybetmemesi için numuneler laboratuarda bir nem odası bölgesi oluşturularak bu bölgede muhafaza edilmiştir. Ayrıca numuneler çift kat kalın bir naylon ile etrafı sarılarak su muhtevaları korunmuştur (Şekil 3.12, 3.13.).

Şekil 3.12. Numunelerin laboratuardaki saklama koşulları

Şekil 3.13. Numunelerin laboratuardaki saklama koşulları

3. 6. Deney Programı

“Yumuşak killi zeminlerin kireç kolonlarıyla mukavemet özelliklerinin iyileştirilmesi” adlı tez çalışmasında zemini temsil edecek şekilde numuneler alınmış ve bu numuneler laboratuarda ideal şartlar altında korunmuştur. Bu çalışma kapsamında zemininin doğal haldeki mukavemet parametreleri ve sıkışma özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra alınan 10 adet örselenmemiş 30cmx30cmx30cm boyutlarında küp zemin numuneleri üzerinde hazırlanan deney programına göre kireç kolonları uygulanarak belirli süreler boyunca küre bırakılmıştır.

Kireç kolonu tekniğinde zemine değişik çaplarda, değişik aralıklarda ve değişik derinlikte delikler açılarak, bu deliklere sönmüş veya sönmemiş kireç sıkıştırılarak yerleştirilmiş, daha sonra sistem kür için bekletilmiştir.

Bu çalışmada araziden alınan örselenmemiş numunelerin boyutları 30x30x30cm’dir. Kireç kolonu çapı olarak da 20mm ve 38mm seçilmiştir. Bunun için özel olarak istenilen çaplarda el burguları yaptırılmıştır. Kür süresi olarak da 7, 14, 28, 56 ve 112 gün seçilmiştir. Kireç kolonunun derinliği ise 200mm olarak belirlenmiştir. Yapılan çalışmada 2 farklı kireç kolonu yerleşim planı seçilmiştir.

Daha önce çeşitli araştırmacılarla yapılan çalışmalara göre kireç kolonunun etkili olduğu mesafe, kireç kolonunun çapının 2 katı olduğu görülmüştür (Tonoz ve diğ.

2003).

Alınan bu örselenmemiş numuneler üzerinde kireç kolonları oluşturulduktan sonra, deney programına göre kür süresi bitiminde kireç kolonları civarından numuneler alınmış bu numuneler üzerinde kirecin etkisini belirlemek amacıyla serbest basınç deneyi ve konsolidasyon deneyleri yapılmıştır.

Araziden alınan 10 adet örselenmemiş blok numuneye 1’den 10’a kadar

numara verilmiştir. Her numune kireç kolonları oluşturulduktan sonra farklı kür

süresine tabi tutulmuştur. Farklı kür süreleri, değişik kireç kolonu çapları ve farklı

dizilimlere göre numuneler Şekil 3.14–3.18 da verilmiştir.

1,2,3,5 No'lu Numuneler

5 10 10 5

510105

7gün-14gün-56gün-112gün kür süresi D=20mm Kireç kolonu

Konsolidasyon deneyleri

Serbest basinç deneyleri D=20mm Kireç kolonu

30

30

için örnek alma bölgesi için örnek alma bölgesi

Şekil 3.14. 1,2,3 ve 5 No’lu numunelerde (20mm) kireç kolonu yerleşimi ve numune alma yerleri

4 No'lu Numune

7,5 7,5 7,5 7,5

7,57,5

112gün kür süresi D=20mm Kireç kolonu

Serbest basinç deneyleri D=20mm Kireç kolonu

30

30

için örnek alma bölgesi için örnek alma bölgesi

15

Şekil 3.15. 4 No’lu numunede (20mm) kireç kolonu yerleşimi ve numune alma

yerleri

7,5 7,5 7,5 7,5

7,57,5

28gün-56gün-112gün kür süresi D=38mm Kireç kolonu

Serbest basinç deneyleri D=38mm Kireç kolonu

30

30

için örnek alma bölgesi için örnek alma bölgesi

15

6,7,8 No'lu Numuneler

Şekil 3.16. 6, 7 ve 8 No’lu numunelerde (38mm) kireç kolonu yerleşimi ve numune alma yerleri

9 No'lu Numune

7,5 7,5 7,5 7,5

7,57,5

112gün kür süresi D=38mm Kireç kolonu

Serbest basinç deneyleri D=38mm Kireç kolonu

30

30

için örnek alma bölgesi

Şekil 3.17. 9 No’lu numunede (38mm) kireç kolonu yerleşimi

10 No'lu Numune Dogal Numune

30

(Islem görmemis)

30

Şekil 3.18. 10 No’lu referans numune- işlem görmemiş (doğal) numune

Tablo 3.6. ‘de toplu olarak deney programı görülmektedir.

Tablo 3. 6. Deney programı

7 günlük kür süresi

14 günlük kür süresi

28 günlük kür süresi

56 günlük kür süresi

112 günlük kür süresi

D=20 mm Kireç Kolonu

Çapı

1 No’lu Numune

2 No’lu

Numune - 3 No’lu

Numune

4 No’lu ve 5 No’lu Numune

D=38 mm Kireç Kolonu

Çapı

- - 6 No’lu

Numune

7 No’lu Numune

8 No’lu ve

9 No’lu

Numune

3. 6. 1. Serbest Basınç Deneyleri

Serbest basınç deney aleti ile serbest basınç mukavemetinin belirlenmesi ASTM D2166 standardına göre yapılmıştır. Deneylerde serbest basınç deney aleti, numune alıcılar, 0,1g hassasiyetli elektronik tartı, 105±5

C’ de sabit sıcaklık sağlayabilen zaman ayarlı etüv kullanılmıştır.

Serbest basınç aleti ASTM D2166 standardına uygun olup, eksenel boy kısalmasını 0,01mm hassasiyetle belirlenebilmektedir. Eksenel yükleme düzeneği deformasyon kontrollüdür (Şekil 3.19).

Şekil 3.19. Deneylerde kullanılan serbest basınç deney aleti

Serbest basınç mukavemeti belirlenecek olan numuneler, ASTM D2166 standardında serbest basınç deneyine tabi olacak numune çapının en az 30mm olması ve yükseklik/çap oranının ise 2–2,5 arasında olması gerektiği belirtilmektedir.

Numunedeki maksimum dane çapının ise numune çapının 1/10’undan daha az olması istenmektedir. Yüksekliği 72mm’den daha büyük olan numunelerde ise maksimum dane çapının ise numune çapının 1/6’sından daha az olması gerekmektedir. Serbest basınc deneyine tabi tutulacak numuneler, 38mm çapındaki paslanmaz çelik silindirik numune alıcıların küp bloklara örselenmeye meydan vermeden itilmesiyle elde edilmiştir (Şekil3.20).

Şekil 3.20. Serbest basınç deneylerinde kullanılan standart numune alıcılar

3. 6. 2. Konsolidasyon Deneyleri

Konsolidasyon deneyi ile zemin numunelerinin sıkışma parametreleri belirlenmesi ASTM D2435–03 standardına göre yapılmıştır. Deneylerde tek yönlü konsolidasyon aleti, konsolidasyon hücresi, poroz taşı, 0,1g hassasiyetli elektronik tartı, damıtık su ve spatula kullanılmıştır.

Konsolidasyon aleti ASTM D2435–03 standardına uygundur. Eksenel boy kısalması 0,002mm hassasiyetle belirleyebilmektedir. Eksenel yükleme düzeneği deformasyon kontrollüdür.

Sıkışma paremetreleri belirlenecek deney numuneleri araziden getirilen numunelere bir ucu keskin olan bir ringin zemine itilmesi ile elde edilmiştir. Bu ring içindeki zeminin alt ve üst tarafı spatula ile tıraşlanarak tam düz hale getirilerek deneye hazır hale getirilir.

Hazırlanan numuneler konsolidasyon ringine yerleştirildikten sonra numunenin altına ve üstüne birer filtre kağıdı konarak konsolidasyon hücresinin altına koyulan poroz taşının ortasına yerleştirilir.

Bu işlemden sonra numune konsolidasyon hücresine yerleştirilir ve

dengelenmiş yükleme kolu, yatay duruma getirilip yükü numuneye aktaran parçası

yükleme plakasına değecek biçimde ayarlanır. Göstergeli mikrometre, konsolidasyon

hücresinin tabanı ile yükleme plakası arasındaki bağıl hareketi ölçecek biçimde tesbit

edilir. Deney süresince yükleme sırası 0,25; 0,5; 1; 2; 4 ve 8 kg/cm

olarak

belirlenmiştir. Her yükleme kademesinde 24 saat beklenmiştir ve 0,25; 0,5; 1, 2, 4, 8,

15, 30 dakika; 1; 2; 4; 8 ve 24 saatte düşey deformasyonlar kaydedilmiştir.

3. 7. Numunelerin Hazırlanması

Hazırlanan deney programına göre 20mm ve 38mm olmak üzere 2 tip kireç kolonu oluşturulmuştur. Ayrıca 2 tip yerleşim seçilmiştir.

Kireç kolonlarının oluşturulmasında sönmemiş kireç (kafa kireç) kullanılmıştır. Kafa kireçler öğütülerek 40 no’lu elekten (0,425mm) elenmiştir (Şekil 3.21).

Şekil 3.21. Sönmemiş kirecin öğütülmesi

Kireç kolonlarını oluşturmadan önce numunelerin üst tarafı düzgün bir mala

yardımıyla tesviye edilmiştir. Kireç kolonlarını tam olarak kendi koordinatlarında

oluşturmak için 5’er cm lik ve 7,5 cm lik karelajlar oluşturulmuştur (Şekil 3.22-

3.23).

Şekil 3.22. Küp numunelere kireç kolonları için karelaj yapılması

Şekil 3.23. Küp numunelere kireç kolonlarını oluşturmak için kullanılan burgular

Karelajlar oluşturulduktan sonra el burgularıyla 20cm derinliğinde kolonlarda delik açma işlemi yapılmıştır. Kolonların delik açma işleminden sonra içerisine öğütülmüş sönmemiş kireç sıkıştırılarak yerleştirilmiştir. Sönmemiş kirecin deliklere yerleştirilmesi sırasında ara ara su da verilerek sönmemiş kirecin sönme işlemi hızlandırılmıştır. Kolonların oluşturulmasından sonra, kolanların merkezinde 3mm çapında bir delik açılarak kolonların bu delikten sulanması sağlanmıştır.

Numuneler üzerinde kireç kolonlar hazırlandıktan birkaç gün sonra kireç kolonlarının radyal yönde çapının arttığı ve etrafındaki zemine basınç yaparak çatlattığı gözlenmiştir. Numunelerin hepsine ortalarındaki delikten aynı miktarda su verilmiştir (Şekil 3.24- 3.32)

Şekil 3.24. Küp numune üzerinde D=20mm çapındaki kireç kolonunun deliğinin

açılması

Şekil 3.25. Küp numune üzerinde D=20mm çapındaki diğer kireç kolonlarının deliklerinin açılması

Şekil 3.26. Küp numune üzerinde D=20mm çapındaki kireç kolonlarının delikleri

açılmış hali

Şekil 3.27. Küp numune üzerinde D=20mm çapındaki kireç kolonları ve etraflarındaki radyal çatlaklar

Şekil 3.28. Küp numune üzerinde D=38mm çapındaki kireç kolonlarının deliklerinin

açılmış hali

Şekil 3.29. Küp numune üzerinde D=38mm çapındaki kireç kolonlarının oluşturulmuş hali ve ortalarındaki 3mm çapındaki sulama amaçlı açılmış delik

Şekil 3.30. Küp numune üzerinde D=38mm çapındaki kireç kolonunu deliği- 9

No’lu numune

Şekil 3.31. Küp numune üzerinde 9 No’lu numunenin kireçlenmesi

Şekil 3.32. Küp numune üzerinde 9 No’lu numunede oluşan radyal çatlaklar

Yukarıda bahsedildiği gibi 9 adet örselenmemiş blok küp numuneler üzerinde kireç kolonları hazırlandıktan sonra, her numunenin kür süresi dolduğunda kireç kolonlarının etrafından deney için örselenmemiş örnekler alınarak serbest basınç ve konsolidasyon deneyleri yapılmıştır. Sırasıyla 1., 2., 3. ve 5. numuneler kendi arasında, 6., 7. ve 8. numuneler kendi arasında, 4. ve 8. numuneler kendi arasında karşılaştırılmıştır. Son olarak da 9 no’lu numuneden kireç kolonunun etrafından belirli mesafelerden alınan numunelerin serbest basınç mukavemetleri karşılaştırılmıştır.

1., 2.,3. ve 5. numunelerde kireç kolonları 20 mm çapında oluşturulmuştur.

Ancak her numune sırasıyla 7gün, 14gün, 56gün ve 112 gün boyuna küre tabi

tutulmuştur. 6., 7. ve 8. numunelerde ise kireç kolonları 38 mm çapında

oluşturulmuştur. Bu numuneler sırasıyla 28gün, 56gün ve 112gün boyuca küre tabi

tutulmuştur. 4. ve 8. numunelerde ise sırasıyla 20 mm ve 38 mm çapında kireç

kolonları oluşturulmuştur. Bu iki numune de aynı kür süresine yani 112 gün boyunca

küre bırakılmıştır. 9. numunede ise sadece 1 adet 38 mm çapında kireç kolonu

oluşturulmuştur. Bu kireç kolonu numunenin tam ortasında oluşturulmuştur.

4. BULGULAR

4. 1. Serbest Basınç Deney Sonuçları

D=20mm’lik kireç kolonu uygulamasında 7, 14, 56 ve 112 günlük kür süreleri sonunda blok küp numunelerden kireç kolonlarından belirli mesafeden alınan örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan serbest basınç deney sonuçları Şekil 4.1- 4.5’de verilmiştir.

Serbest Basınç Deneyi 7 Günlük Kür D=20mm 1 No'lu Numune

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti(kg/cm2)

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Şekil 4.1. 1 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi 14 Günlük Kür D=20mm 2No'lu Numune

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

0 2 4 6 8 10 12

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

Şekil 4.2. 2 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi 56 günlük kür D=20mm 3 No'lu Numune

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

0 2 4 6 8 10 12

Birim Deformasyon (%)

Sebest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Şekil 4.3. 3 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi 112 günlük kür D=20mm 4 No'lu Numune

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

4.1 4.2

Şekil 4.4. 4 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi 112 günlük kür D=20mm 5 No'lu Numune

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

0 2 4 6 8 10 12

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

5.1 5.2 5.3

Şekil 4.5. 5 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

D=38mm’lik kireç kolonu uygulamasında 28, 56 ve 112 günlük kür süreleri sonunda blok küp numunelerden alınan örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan

kg/cm2 ) kg/cm2 )

serbest basınç deney sonuçları ise Şekil 4.6- 4.9’da verilmiştir. İşlem görmemiş (doğal) numunelere ait serbest basınç deney sonuçları ise Şekil 4.10’da verilmiştir.

Serbest Basınç Deneyi 28 Günlük Kür D=38mm 6No'lu Numune

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2

0 2 4 6 8 10 12

Birim deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

6.1 6.2 6.3

Şekil 4.6. 6 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi 56 Günlük Kür D=38mm 7 No'lu Numune

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

0 2 4 6 8 10 12

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Şekil 4.7. 7 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi 112 Günlük Kür D=38mm 8 No'lu Numune

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

8.1 8.2 8.3 8.4

Şekil 4.8. 8 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi D=38mm 112 Günlük Kür 9 No'lu Numune

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

0 2 4 6 8 10 12

Birim Deformasyon (%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

Kolona en yakın alınan örnek Kolona yakın alınan örnek Kolona uzak alınan örnek

Şekil 4.9. 9 No’lu numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

Serbest Basınç Deneyi (İşlem görmemiş numune) 10 No'lu Numune

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0 2 4 6 8 10 12

Birim Deformasyon(%)

Serbest Basınç Mukavemeti (kg/cm2)

10.1 10.2 10.3 10.4

Şekil 4.10. 10 No’lu doğal numuneye ait serbest basınç deney sonuçları

4. 2. Konsolidasyon Deney Sonuçları

D=20mm’lik kireç kolonu uygulamasında 7, 14, 56 ve 112 günlük kür süreleri sonunda blok küp numunelerden alınan örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan konsolidasyon deney sonuçları Şekil 4.11- 4.15’de verilmiştir.

kg/cm2 )

D=20mm 7 Günlük kür 1 No'lu Numune

0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.11. 1 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.2353

D=20mm 14 Günlük kür 2 No'lu Numune

0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.12. 2 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.1867

D=20mm 56Günlük kür 3 No'lu Numune

0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.13. 3 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.1561

D=20mm 112 Günlük kür 4 No'lu Numune

0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.14. 4 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.1367

D=20mm 112 Günlük kür 5 No'lu Numune

0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.15. 5 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.1424

D=38mm’lik kireç kolonu uygulamasında 28, 56 ve 112 günlük kür süreleri sonunda blok küp numunelerden alınan örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan konsolidasyon deney sonuçları ise Şekil 4.16- 4.18’da verilmiştir. İşlem görmemiş (doğal) numunelere ait konsolidasyon deney sonuçları ise Şekil 4.19’da verilmiştir.

D=38mm 28 Günlük kür 6 No'lu Numune

0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.16. 6 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.1723

D=38mm 56 Günlük kür 7 No'lu Numune

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

0.10 1.00 10.00 100.00

Log (P) (kg/cm2)

e (%)

Şekil 4.17. 7 No’lu numuneye ait e-Log(P) eğrisi

Cc=0.1330