YÖNTEMLERİ. ZM 11 Karadeniz Teknik Üniversitesi TRABZON

ZEM ZEM İ İ N N İ İ Y Y İ İ LE LE Ş Ş T T İ İ RME RME Y Y Ö Ö NTEMLER NTEMLER İ İ

Neyi Nas

Neyi Nas ı ı l Ne kadar l Ne kadar İ İ yile yile ş ş tiriyoruz? tiriyoruz?

Prof.Dr

Prof.Dr. Ahmet . Ahmet Sa Sa ğ ğ lamer lamer , , İ İ T T Ü Ü

ZM 11 Karadeniz Teknik Üniversitesi TRABZON

Zemin iyileştirme yöntemlerinde temel amaç, mekanik araçlarla zeminin boşluk oranının azaltılması veya zemin boşluklarının çeşitli bileşimdeki karışımlarla doldurulması işlemidir.

Zemin iyileştirme yöntemleri aşağıdaki amaçlarla yapılır:

z Zayıf zeminin taşıma kapasitesini artırmak,

z Toplam oturmayı azaltıp konsolidasyonu hızlandırmak,

z Dolgu ve şevlerin stabilitesini sağlamak,

z İstinat duvarlarını desteklemek

z Zeminin potansiyel sıvılaşma riskini azaltmak

Zemin ıslah yöntemleri uygulandığında zeminin

z Kayma mukavemeti artar,

z Kumlu zeminlerin sıkılığı, killi zeminlerin kıvamı iyileşir,

z Sıkışabilirliği azalır,

z Şişme ve büzülme potansiyeli düşer,

z Permeabilitesi azalır,

z Borulanmaya karşı mukavemeti artar,

z Sıvılaşma potansiyeli azalır.

Zemin iyileştirme yöntemleri başlıca üç ana grupta toplanabilir:

z Sadece inşaat aşamasında uygulanan geçici iyileştirme yöntemleri

z Zemine herhangi bir malzeme karıştırmadan uygulanan kalıcı iyileştirme yöntemleri

z Zemine çeşitli malzemeler karıştırarak uygulanan iyileştirme yöntemleri

Zemin iyileştirme yöntemleri, uygulama derinliğine bağlı olarak sınıflandırılabilir:

z Derin iyileştirme yöntemleri

z Yüzeysel iyileştirme yöntemleri

z Patlatma ile sıkıştırma (Blasting): Zemin tabakaları içine yerleştirilen patlayıcılarla şok dalgaları oluşturarak gevşek granüler zemini, başlangıçtaki durumuna oranla daha kompakt hale getirme işlemidir.

z Dinamik kompaksiyon (Dynamic compaction): Büyük ağırlıkların (10-200 ton) 40 m’ye varan yüksekliklerden düşürülmesiyle kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin iyileştirilmesidir.

z Düşey drenler (Vertical drains): Konsolidasyonu hızlandırmak amacıyla, yumuşak kil zeminlere plastik veya kum drenler yerleştirilmesi ve ön yükleme yapılması.

DER DER İ İ N N İ İ Y Y İ İ LE LE Ş Ş T T İ İ RME Y RME Y Ö Ö NTEMLER NTEMLER İ İ

D D İ İ NAM NAM İ İ K KOMPAKS K KOMPAKS İ İ YON YON

z Granüler ve dolgu zeminlerde uygundur

z Zemine büyük ağırlıklar düşürülerek enerji verilmesi ve zeminin boşluk oranının

azaltılmasıdır

D D İ İ NAM NAM İ İ K KOMPAKS K KOMPAKS İ İ YON YON

D D İ İ NAM NAM İ İ K KOMPAKS K KOMPAKS İ İ YON YON

z Elektro-osmoz (Electro-osmosis): Kohezyonlu yumuşak zeminlerin mukavemet ve deformasyon özelliklerini ıslah için zemine doğru akım uygulayarak yer altı suyunun indirilmesi ve konsolidasyonun hızlandırılması işlemidir.

z Isıtma – dondurma (Heating and Freezing): Kil zeminin ısıtılması veya zemin suyunun dondurulması suretiyle geçici olarak zeminin kayma mukavemetini ve deformasyon modülünü arttırmak. Özellikle dondurma işlemi yaygın olarak kullanılmaktadır.

z Enjeksiyon teknikleri (Grouting): Temel zemininin veya kayanın kayma mukavemetini ve deformasyon modülünü arttırmak ve permeabilitesini azaltmak için çeşitli bileşimdeki karışımların zemin içine basınçla basılması işlemidir.

DER DER İ İ N N İ İ Y Y İ İ LE LE Ş Ş T T İ İ RME Y RME Y Ö Ö NTEMLER NTEMLER İ İ

DER DER İ İ N N İ İ Y Y İ İ LE LE Ş Ş T T İ İ RME RME Y Y Ö Ö NTEMLER NTEMLER İ İ

•

yüküne eşdeğer bir dolgu yüküyle yumuşak kil zeminin yüklenerek zeminin konsolide edilmesidir.

• Kompaksiyon kazıkları (Compaction piles)

•

•

•

Y Y Ü Ü ZEYSEL ZEYSEL İ İ Y Y İ İ LE LE Ş Ş T T İ İ RME RME Y Y Ö Ö NTEMLER NTEMLER İ İ

z Kompaksiyon (Compaction): Statik, vibrasyonlu ve darbeli aletlerle zeminin mekanik olarak sıkıştırılması, zemin boşluklarındaki havanın atılması ve dolayısıyla zeminin kayma mukavemetinin ve borulanmaya karşı direncinin artırılması, permeabilitesinin ve sıkışabilirliğinin azaltılması, sıvılaşma riskinin düşürülmesi işlemidir.

z Kireçle stabilizasyon (Lime stabilization): Kil zeminlerde kireç katkısıyla plastisite indisi düşürülür, kuru birim hacim ağırlığı arttırılır.

z Çimento stabilizasyonu (Cement stabilization) : Organik zeminler hariç tüm zemin cinslerinde uygulanır.

z Bitümle stabilizasyon (Bituminous stabilization): Granüler malzemeye kohezyon verir.

z Her üç yöntemle (kireç, çimento ve bitümle stabilizasyon) kireç, çimento ve bitüm vb maddeler zeminle üniform şekilde karıştırılıp sıkıştırılarak yoğrulmuş zeminin mekanik özellikleri ıslah edilmektedir.

KOMPAKS

KOMPAKS İ İ YON YON

KOMPAKS

KOMPAKS İ İ YON YON

D D İĞ İĞ ER Y ER Y Ö Ö NTEMLER NTEMLER

z

Geotekstil kullanılarak zeminin iyileştirilmesi

z

Hidro kompaksiyon

z

Zemin yerdeğiştirilmesi

Ta Ta ş ş Kolon Uygulamalar Kolon Uygulamalar ı ı

z Kohezyonsuz Zeminler (% F <20)

Amaç: Kolon etrafındaki zemini sıkıştırmak

z Kohezyonlu Zeminler

Amaç: KİL zemin içerisinde nispeten rijit kolonlar oluşturmak

Vibrat

Vibrat ö ö r r boy: 2

boy: 2 - - 3m 3m

ç ç ap:0.2 ap:0.2 - - 0.3m 0.3m

k k ü ü tle: 2 tle: 2 - - 3ton 3ton

Genel G

Genel G ö ö r r ü ü n n ü ü m m

Ta Ta ş ş kolon kolon yap yap ı ı m m ı ı nda nda ü ü stten stten besleme i besleme i ş ş lemi lemi

Ta Ta ş ş kolonun kolonun dikey kesitte ve dikey kesitte ve ü ü stten stten g g ö ö r r ü ü n n ü ü ş ş ü ü

Denizdeki uygulamalar

Denizdeki uygulamalar

Kohezyonlu zeminlerde

Kohezyonlu zeminlerde v v ibro ibro - - yerde yerde ğ ğ i i ş ş tirme tirme

( ( vibro vibro - - replacement replacement ) )

Kohezyonsuz zeminlerde

Kohezyonsuz zeminlerde v v ibro ibro - - kompaksiyon kompaksiyon

K K olon uygulamas olon uygulamas ı ı sonras sonras ı ı kum kum zeminin zeminin SPT diren

SPT diren ç ç lerindeki art lerindeki art ış ış

JET GROUTING JET GROUTING

z

Jet grouting yöntemi, tüm zemin tipleri ve dane çaplarında uygulanabilen ve çimento bazlı

enjeksiyon karışımlarının kullanıldığı bir yöntemdir.

z

Bu yöntemde, çok yüksek basınçla (300 – 600 bar) zemine enjekte edilen bir stabilize malzeme

(çimento-su karışımı) ile zemin karıştırılır.

JET GROUTING JET GROUTING

z Bu yöntemde, yüksek hızla enjekte edilen karışım zeminin doğal yapısını bozmakta ve zemin ile enjekte edilen

malzemenin karışımıyla yeni bir malzeme (soil – crete) oluşmaktadır.

z Böylece, zeminin taşıma gücü ve elastisite modülü artarken permeabilitesi azalmaktadır. Homojen ve sürekli yapıdaki bu yeni malzemenin karakteristik özellikleri önceden

belirlenebilmektedir.

z Jet grout yöntemi, zemine malzeme karıştırılarak yapılan derin ve kalıcı bir zemin iyileştirme yöntemidir.

Jet Grouting

Jet Grouting Y Y ö ö nteminin nteminin Uygulama Uygulama Alanlar Alanlar ı ı

z Temel takviyesi,

z Kazı yüzeylerinin desteklenmesi,

z Zemin iyileştirmesi,

z Tünel inşaatlarında tünel aynasının ve tünel tavanının desteklenmesi,

z Kazı çukurlarına gelen yeraltı sularının azaltılması,

z Şev ve heyelan stabilizasyonu,

z Geçirimsizlik perdeleri,

z Atık sahalarında geçirimsizliğin sağlanması

Çimento Silosu

Karıştırma Ünitesi Yüksek Basınç Pompası

Su Pompası Kompresör

Delgi Makinesi

JET GROUT

JET GROUT EK EK İ İ PMANLARI PMANLARI

JET GROUT

JET GROUT EK EK İ İ PMANLARI PMANLARI

JET GROUT

JET GROUT YAPIMI YAPIMI

JET GRO

JET GRO UT Y UT Y Ö Ö NTEMİ NTEM İN N İ İ N N İ İ UYGULANAB

UYGULANAB İ İ LD LD İĞİ İĞİ ZEM ZEM İ İ NLER NLER

JET GRO

JET GRO UT KOLONLARI UT KOLONLARI

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ

z Jet 1 Tek Akışkanlı Sistem

z Jet 2 Çift Akışkanlı Sistem

z Jet 3 Üç Akışkanlı Sistem

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ JET 1

JET 1 – – Tek Ak Tek Ak ış ış kanl kanl ı ı Sistem Sistem

Zemine gönderilen tek akışkan çimento su karışımıdır.

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ JET 2

JET 2 – – Ç Ç ift Ak ift Ak ış ış kanl kanl ı ı Sistem Sistem

Zemine gönderilen akışkanlar çimento su karışımı ile havadır. Yüksek hıza sahip enjeksiyon jeti, 2-15 barlık sıkıştırılmış ve enjeksiyonu

çevreleyen hava konisi ile birlikte püskürtülmektedir.

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ JET 3

JET 3 – – Üç Üç Ak Ak ış ış kanl kanl ı ı Sistem Sistem

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ JET 3

JET 3 – – Üç Üç Ak Ak ış ış kanl kanl ı ı Sistem Sistem

Zemine gönderilen akışkanlar çimento su karışımı, hava ve sudur.

Sistemde zeminin sökülmesi, sıkıştırılmış hava konisi tarafından çevrelenmiş su jeti ile yapılmakta ve bu jetten birkaç desimetre

aşağıda yerleştirilmiş olan püskürtme ağzından çimento enjeksiyonu tek başına püskürtülmektedir. Bu sayede, sistemin aşındırma enerjisi ve verimi artmakta, kohezyonlu zeminlerde 150 cm, kohezyonsuz zeminlerde 300 cm çapa kadar kolon oluşturulabilmektedir

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ

KAR KAR Ş Ş ILA ILA Ş Ş TIRMA TABLOSU TIRMA TABLOSU

Zemin Cinsi Kolon Çapı JG Kolon Dayanımı

Jet 1

Kum ve Çakıl Kil

60 cm – 90 cm (up to 110 cm) 60 cm – 90 cm

70 – 250 kg/cm² 20 – 100 kg/cm²

Jet 2

Kum ve Çakıl Kil

90 cm – 180 cm (up to 300 cm) 90 cm – 150 cm

35 – 140 kg/cm² 10 – 70 kg/cm²

Jet 3

Kum ve Çakıl Kil

150 cm – 240 cm 90 cm – 180 cm

35 – 105 kg/cm² 10 – 50 kg/cm²

T T İ İ P P İ İ K JG KOLONU DAYANIMLARI K JG KOLONU DAYANIMLARI

•JET SİSTEMİ (JET-1, JET-2, JET-3)

• ENJEKSİYON BASINCI (bar)

• NOZUL SAYISI VE ÇAPI (adet, mm)

SİSTEM

ENJEKSİYON

TİPİ BASINÇ

NOZUL ADEDİ VE

ÇAPI

ÇEKME HIZI

DÖNME HIZI

SU/ÇİMENTO ORANI

POMPA KAPASİTESİ JET 1 ÇİMENTO 400 - 550 1-2 X 2-5 15 -100 5 - 15 1.0 - 1.5 70 - 600 JET 2 ÇİMENTO 400 - 550 1-2 X 2-5 10 - 30 4 - 8 1.0 - 1.5 70 - 600

HAVA 10 - 12 - 10 - 30 - - 4000 - 10 000

JET 3 ÇİMENTO 50 - 100 1-2 X 4-5 6 - 15 4 - 8 1.2 - 1.5 80 - 200

HAVA 10 -12 - 6 - 15 - - 4000 - 10 000

SU 6 - 15 - - 40 - 100

•TİJ DÖNME HIZI (rpm)

• TİJ ÇEKME HIZI (cm/dak)

• SU / ÇİMENTO ORANI

• POMPA KAPASİTESİ (lt/dak)

JET GROUT S

JET GROUT S İ İ STEMLER STEMLER İ İ

İ İ MALAT PARAMETRELER MALAT PARAMETRELER İ İ

JET GROUT

JET GROUT ’ ’ I I N N AVANTAJLARI AVANTAJLARI

z Klasik enjeksiyon yöntemlerine göre daha hızlı ve ekonomiktir.

z Monitör ve püskürtme ağızlarının tasarımındaki esneklik sayesinde farklı geometride elemanlar imal edilebilir. Yatay, eğimli ve düşey duvarlar rahatlıkla yapılabilmektedir.

z Klasik enjeksiyona göre kontrolü daha kolaydır.

z Kimyasal açıdan zemine hiçbir zararı ve kirletici etkisi yoktur.

z Kullanılan ekipmanın boyutları sayesinde kapalı, dar ve sıkışık ortamlarda dahi çalışılabilmektedir.

z Bütün zemin cinslerinde kullanılabilmektedir.

z İmalata istenilen derinlikten başlanabilir ve istenilen derinlikte son verilebilir.

z Vibrasyonsuz bir yöntemdir.

JET GROUT

JET GROUT ’ ’ IN IN DEZAVANTAJLARI DEZAVANTAJLARI

z Yöntem henüz gelişme aşamasındadır.

z Teknolojisinin yeni oluşu ve teorik bilgi eksikliği nedeniyle mühendislik tasarımında yararlanılacak kurallar henüz kesinleşmemiştir. Bu nedenle, benzer koşullarda yapılmış olan tecrübeler ile uygulama sırasında yapılan gözlemlere dayalı tasarım yapılmaktadır.

z Zemin içinde enjeksiyonun dağılımını ve oluşan geometriyi belirlemek zordur. Bu nedenle, dikkatli ve detaylı gözlem ve kontrol testleri yapmayı zorunlu kılmaktadır.

KALİTE KONTROL

Jet grout kolonlarının performanslarını etkiliyen parametreler:

– Zemin/çimento karışımının kalitesi – Yapılmış kolonun bütünlüğü ve boyu – Kolonun çapı

– Kolonun geçirimsizliği

– Zemin/çimento karışımının mukavemeti – Kolonun taşıma gücü

Enjeksiyon malzemesi üzerinde yapılan deneyler :

– Su : pH derecesi, klor ve organik madde oranı – Çimento : dane çapı dağılımı

– Karışım : birim hacim ağırlık, Marsh viskozitesi, priz süresi, basınç mukavemeti ve sızma

KALİTE KONTROL

z

Kolon sürekliliğinin belirlenmesi için “Integrity Test”

z

Kolon geometrisinin belirlenmesi için yerinde kazarak karot alma

z

Jet grout kolonunun taşıma kapasitesinin

belirlenmesi için “Jet Grout Kolonu Eksenel Basınç” ve “Jet Grout Kolonu Eksenel Çekme”

deneyleri

C’ C’ P

JG KOLONU ÇAP KONTROLU

JG KOLONDA BOY KONTROLU

Pile Integrity Test

JG KOLONUNDAN NUMUNE ALINMASI

BİNA İÇİ UYGULAMASI SONRASI

JG KOLONUNDAN NUMUNE ALINMASI

TEK EKSENLİ BASINÇ DENEYLERİ

JG KOLONU ÇEKME DENEYİ

0 2 4 6 8 10 12 14

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Yük (kN)

Oturma (mm)

JG KOLONLARINDA GRUP YÜKLEME

DENEYİ

UYGULAMA ALANLARI

UYGULAMA ALANLARI

GEÇİRİMSİZLİK PERDELERİ

UYGULAMA ALANLARI

TEMEL TAKVİYESİ

FOUR SEASONS OTELİ SIZDIRMAZLIK PERDESİ

YAPILMASI

FOUR SEASONS OTELİ SIZDIRMAZLIK ve

İKSA PERDESİ YAPILMASI

FOUR SEASONS OTELİ TEMEL TAKVİYESİ

SİLAHTARAĞA SANTRALI–

SANTRAL İSTANBUL PROJESİ

SANTRAL İSTANBUL PROJESİ –

BİNA İÇİ TEMEL TAKVİYESİ

KEDAŞ GENEL MÜDÜRLÜK BİNASI İZMİT

BİNA İÇİNDEN TEMEL TAKVİYESİ

Bina içinde çalışabilen küçük JG delgi makinesi

KEDAŞ GENEL MÜDÜRLÜK BİNASI İZMİT

BİNA İÇİNDEN TEMEL TAKVİYESİ

TÜNEL MÜHENDİSLİĞİNDE

TÜNEL MÜHENDİSLİĞİNDE

ŞEV STABİLİTESİNDE

KAZI ÇUKURLARINDA

TEMEL ZEMİNİ İYİLEŞTİRMESİNDE

DERİN KARIŞTIRMA-

DEEP MİXİNG YÖNTEMİ

z Derin karıştırma, zeminin çimentolu maddelerle yerinde

karıştırılmasıdır. Bu amaçla, ucunda palet bulunan içi boş bir burgu (auger) kullanılır.

z Derin karıştırma yönteminin amacı zeminin basınç mukavemetinin (kayma mukavemeti) arttırılması, permeabilitesinin azaltılması

veya zararlı maddelere karşı dayanıklılığının iyileştirilmesidir.

z Islak ve kuru yöntem olmak üzere iki yöntem söz konusudur.

DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ

z Çimento, uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kireç, çeşitli katkılar veya bunların kombinasyonları bağlayıcı madde olarak

kullanılmaktadır.

z Kullanılan bağlayıcı, zemin cinsine bağlı olarak iyileştirilecek zemin hacminin %20-30’u kadar olmalıdır.

z İçi boş auger borusu istenilen derinliğe indirildikten sonra boru içinden bağlayıcı madde pompalanarak boru ucundaki paletler yardımı ile zemin ile karıştırılır.

z Karıştırma enerjisi (geri çekme ve dönme hızı) ve çimento oranı ayarlanarak iyileştirilen zeminin özellikleri belirlenir.

DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ

z Kazı çukurlarının desteklenmesi

z Geçirimsizlik perdeleri

z Rıhtım yapıları

z Tünel zeminin desteklenmesi

z Temel takviyesi

z Sıvılaşmanın önlenmesi

DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ

Uygulama Alanları

z Su altındaki veya ıslak gevşek kumlar, yumuşak killer

z Uygulama derinliği ~30m

z İyileştirilmiş zeminde qu= 70 kPa – 3.5MPa

z İmalat öncesi karıştırma metodunu, kullanılacak enerjiyi ve bağlayıcı maddeyi belirlemek üzere laboratuar deneyleri

z Uygulama şartnamesinde yer alacak hususlar:

kolon çapı, kolon derinliği, kolonun başlama ve bitirilme zamanı, santralda bağlayıcının karıştırma süresi, bağlayıcı karışımın özellikleri, enjeksiyon basıncı, bir kolona

basılacak toplam enjeksiyon miktarı, augerın zemine girişte ve çıkışta dönme hızı (rpm)

z Arazi Deneyleri

DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ

Kalite Kontrolu

DERİN KARIŞTIRMA-

DEEP MİXİNG YÖNTEMİ

DERİN KARIŞTIRMA YÖNTEMİ

KOLON ÖRNEKLERİ

DERİN KARIŞTIRMA YÖNTEMİ

KOLON ÖRNEKLERİ

TE TE Ş Ş EKK EKK Ü Ü RLER! RLER!