ZEMİN İYİLEŞTİRMESİ ZEMİNİN ISLAHI

ZEMİN İYİLEŞTİRMESİ ZEMİNİN ISLAHI

İyileştirme genel bir terim olup zeminin birim hacim ağırlığı, geçirimliliği, ısıl iletkenliği, şişme/büzülme yeteneği, göçebilirliği, dağınık yapısı gibi özellikleri değiştirmeyi gözetir.

STABİLİZASYON

Stabilizasyon işlemleri özellikle

sıkışabilirlik ve kayma direnci

parametrelerinin istenen yönde

değiştirilmesi ve sıvılaşma riskinin

SORUN:

• Yapı özelliklerine

• Koşullarına

• Yüklerine uygun olmayan,

özellikleri yetersiz kalan zemin.

• Taşıma gücü

• Toplam oturmalar

• Farklı oturmalar

• Deprem; sıvılaşma, vb1

• Kazı - dolgu

• Yamaç, şev

• Kabarmalar

• Problemli zeminler (göçebilen, şişebilen, vb.)

İYİLEŞTİRMEYE YAKLAŞIM

• Parselin terk edilerek binanın başka yere yapılması

• Bodrum sayısının artırılması (sağlam tabakaya inme?)

• Jeolojik açıdan çok genç, dolayısıyla yetersiz olan üst tabakaların kaldırılarak yerine nitelikli gereç yerleştirilmesi

• Üst yapı (taşıyıcı sistem) ve/veya yüzeysel temel özelliklerinin temel ortamının özellikleri göz önüne alınarak değiştirilmesi

Bir parselde öngörülen binanın yüzeysel temellerle taşıtılamaması durumunda yüksek maliyetli iyileştirme/stabilizasyon, hatta derin temel çözümünü seçmeden şu yollardan birine başvurulabilir:

İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİNİN UYGULANABİLİRLİĞİ

ÖZELLİKLER BAŞARI OLASILIĞI

YAPI GURUBU

BİNA TÜRÜ

OTURMA YETENEĞİ

∆_max

(mm)

TABAN BASINCI (kPa)

Gevşek- Kohezyonsuz

Yumuşak aluvyon

Eski dolgu İşyeri >6 kat yok <15-30 Yüksek (300+) yüksek kuşkulu yok

Konut 3-6 kat orta <25-50 Orta (200+) yüksek düşük iyi

Bina 1-3kat düşük <25-50 Düşük (100+) yüksek iyi yüksek

Santral; vinç 1-2 kat yok <25 Değişken(400+) yüksek kuşkulu düşük Çerçeveli endüstri 1-3 kat orta 25-100 Değişken(100+) yüksek iyi yüksek Yakıt tankı 1 orta-yüksek 25-200 Yüksek(<300) gerekiyorsa, iyi yüksek yüksek

İYİLEŞTİRME/STABİLİZASYON YÖNTEMLERİNİN AYIRIMI

1. Geçiçi etkili (kozmetik)-

2. Kalıcı etkili, yabancı bir gereç eklemeden sonuçlandırılan- 3. Kalıcı etkili, ancak ortama katkı maddesi veya yabancı

cisim ekleyerek gerçekleştirilen - işlemler.

(A) GENEL AYIRIM

Genel Ayırım:

A.Geçici etkili(kozmetik) YASS düşürülmesi Zeminin dondurulması Elektro-osmoz

B.Kalıcı etkili (gereç eklemeden) Titreşimle bha arttıran Yüksek sıcaklıkla taşlaştırma C.Kalıcı etkili (yabancı gereç ekleyerek)

Kireç/çimento Kimyasallar Fitil (Dren) Donatı

ZEMİN İYİLEŞTİRMESİNDE KULLANILAN YÖNTEMLERİN DANE BOYUTUNAGÖRE AYIRIMI

SIKIŞTIRMA YÜZEYSEL İŞLEMLERLE İYİLEŞTİRME

Vurmalı sıkıştırma

Vurmalı sıkıştırma

Hızlı darbeli sıkıştırma:

YASS bulunmayan atık depoları

Eski dolgular, Döküm alanları, Kül depoları 1.5m çaplı plaka

Sık aralıklarla vurma

Hızlı dolaşabilme, toplam enerji yüksek Zemin parametrelerinde 10 kata kadar iyileşme

SONDALI TİTREŞİM

a. Titreşimli sıkıştırma (vibro-compaction, vibro-flotation)

b. Titreşimle zemine malzeme yerleştirme/ittirme(vibro-replacement)

TİTREŞİMLİ YÖNTEMLERLE İYİLEŞTİRME

İçi boş ya da dolu sonda Titreşimle sokulur Çıkarırken çakıl ya da kırmataş

Etki derinliği ∼ 20-30m

Titreşimli sıkıştırma Vibroflotasyon:

= ₂ + ₂+ ₂

50 20 10

3 1 1

1.7 ( ) ( ) ( )

Vibroflotasyona uygunluk sayısı

D D D

β

β < 10 uygun

β > 30 başarı ile uygulanmaz

İnce oranı<15%, 35 m ye kadar başarılı 45 cm çap, 2-4.5 m uzunluk 1-2m/dk hız

40-80kN 8atm basınç

5-25mm yanal genlikle titrerken sonda çevresine ek gereç

Tekil Temel Yayılı Temel

İttirmeli Sıkıştırma:

Taş kazığı, çakıl/kum kazığı

s_u> 25kPa

Kil ve siltli zemin, Titreşimli sonda ile yanlara itilirken Açılan boşluğa kaya dolgu kalitesinde malzeme(taş, çakıl veya kum)

30m boy, 1.2m çap(min 0.6m) Hem yanal rijitlik, hem drenaj

Çok yumuşak siltlerde taş göçü, s_u> 25kPa olmalı Önce büyük aralıklarla, sonra 1.5-3.5m

PATLATMA

AĞIR TOKMAKLAMA (Dinamik konsolidasyon)

: =

etkili iyileşme sağlanan derinlik z α WH

DİNAMİK KONSOLİDASYON

2-200 ton, büyük enerji, 15-40m

Kare ya da üçgen aralıklarla (3-14m) Gerekirse farklı ağ ile 2., 3. geçiş Ütüleme

Kumlu, kilde büyük enerji, drene için çatlak kanallarının oluşması gerekli Yastık için kırmataş

DİNAMİK KONSOLİDASYON-Malzeme Serimi

Bu yöntemin verimli biçimde uygulanabileceği bölge;

LL≤35

→→

→→kumları izleyerek düşük ve orta plastisiteli siltler, ve killerin üst limiti

KONSOLİDASYONUN KONSOLİDASYONUN

HIZLANDIRILMASI

HIZLANDIRILMASI

ÖNCEDEN YÜKLEME İLE İYİLEŞTİRME

• Temel zemininin yapı altında göstermesi olası aşırı oturmaların inşaat öncesi oluşturulması amacı ile yapılır.

• Önceden yüklemede kullanılacak gerecin kolaylıkla temin edilebilmesinden dolayı düşük maliyetleri nedeniyle ülkemizde yaygın uygulama alanı bulur.

ZEMİN TÜRÜ ?

• Sadece normal yüklenmiş (NL) killerde uygulanmalıdır,

• Artan OCR başarı olasılığını hızla azaltır,

• Bir başka anlatımla:

c_vz=3x10^-7 cm²/sn

dolayında olan killer bu yöntemde etkin konsolidasyon hızlarına ulaşırlar

OCR: Aşırı konsolidasyon oranı cvz : düşey konsolidasyon katsayısı

YÖNTEMLER

1) Basit yükleme 2) Aşırı yükleme

3) Doğal veya yapay dren uygulaması 4) Vakumla konsolidasyon

• Zaman aralığı,

• Sıkışabilir zeminin tipi ve kalınlığı,

• Kilin geçirimli tabakalar içerip içermediği,

• Yüklerin niteliği ve

• Drenaj koşulları gibi özelliklere bağlı olarak:

yöntemlerinden birisi seçilir.

1) BASİT YÜKLEME

• Parselin ya da binanın oturacağı alanın inşaat başlamadan önce binanın gerçek taban basıncına eşdeğer yükseklikte dolgu ile yüklenmesidir.

• İnşaat öncesi yeterli zaman varsa, parsele gereken minimum yükseklikte dolgu yapılır ve oturmalar durana kadar beklenir.

σ ρ

σ σ σ

σ

′ = ′⋅

′

∆

∆ +

0

0

r c

z

C C

BASİT YÜKLEME

Selimiye Camii

• Koca Sinan, ustalık eserimdir, dediği bu yapının inşaatına başlamadan önce, inşaatta kullanacağı bütün taş malzemeyi araziye yerleştirmiş. İki yıl süresince tonlarca taş zeminin üzerinde beklemiş.

• Sinan da Selimiye'nin zeminini önceden sıkıştırarak, bu şekilde zeminin önceden oturmasını sağlamıştır. Böylece iş bittikten sonra oluşacak olan çatlama ve kaymaların önüne geçmiştir.

• Türkiye’de bu yaklaşım hatalı olarak basit yükleme ile eşanlamlı kullanılmaktadır.

• Aşırı yükleme “zemini yine önce dolgu ile

yükleyelim ancak konsolidasyon 5 yılda değil 1 yılda tamamlansın” talebinden kaynaklanmıştır.

• q yerine 3q’ luk bir gerilme artışı ile

konsolidasyon hızı aynı oranda olmasa da önemli ölçüde artacaktır.

2) AŞIRI YÜKLEME

Uzun vadeli oturmaları hızla oluşturmak Siltli ve killi zeminin taşıma gücünü artırma

1 2 3 o

q p

q t t t t S

∆ + ∆

∆

AŞIRI YÜKLEME

Bu yöntem:

• Arazi kullanımına yönelik yoğun talep artışı,

• Basit ve aşırı yüklemeler için hesaplanan bekleme süresinin aşırı uzunluğu,

• Parselin 5-10 metre yükseklikte dolgu ile kaplanmasının birçok durumda mümkün olmaması sebebi ile tercih edilir.

3) DOĞAL VE YAPAY DREN UYGULAMASI

Düşey Dren Yok Düşey Dren Var

KUM DRENLERİ

• Radyal konsolidasyon olarak bilinen bu süreç 1940’

lı yıllarda kum dreni denilen 0.35-0.50 m çaplı kumla oluşturulan kazıklarla sağlanmıştır.

• Kumun geçirimliliği kile oranla sonsuz kabul edilir,

• Zemine çapı 0.35-0.50 m olan kuyular açılır,

• Bu kuyular kumla doldurulur,

• Yüzey kum-çakıl şiltesi ile serbest tabaka haline getirilir,

• Daha sonra üzerine kısıtlı yükseklikte dolgu yapılır.

Dezavantajları:

Yüksek maliyet,

Kuyuda sıvaşma (smearing) olayının drenajın verimini düşürmesidir.

KONSOLİDASYONUN DRENLERLE HIZLANDIRILMASI:

c_h≥≥c≥≥ _v

k_h ve k_v gerçekçi belirlenmeli

Ön yükleme için gerekli zaman yoksa Araziye dolgu taşıma ve kaldırma ekonomik değilse

Sondalama veya sondajla delik açılır 30-50 cm çap, 1.5-6m aralık Yüzeye kum-çakıl şiltesi ve kısıtlı yükseklikte dolgu

YAPAY DRENLER

• Kum drenlerinde görülen sıvaşma problemini ortadan

kaldıran yapay drenler daha çok uygulama alanı bulmaktadır.

(wick drains, band drains, or PV drains)

Yapay Dren Kesitleri

Rulo şeklindeki dren itici bir küreğin

ucuna tutturulur

Gereken derinliğe kadar hidrolik olarak itilir

En etkin parametre → Dren aralığı Drenlerdeki süzgeç malzemesi:

Geçirimliliği çevredeki zeminden yüksek olmalı İnce daneler süzgeci tıkamamalı

Çevre basıncı altında özelliklerini yitirmemeli

Fiziksel, biyolojik, kimyasal yıpranma göstermemeli, Arazide deneme ile kanıtlama, sonra uygulama,

Toplam gerilme analizi, taşıma gücü için; Port Said el santrali, 32 m boy, 1.37m aralık, 53000 adet dren ,4-8 ayda 4m oturma

Konsolide edilecek alana sistematik olarak yerleştirilir

Zemin yüzeyi iri daneli dolgu ile yüklenir, Dolgu yüksekliğinin konsolidasyon hızına etkisi büyük

olmadığından minimum dolgu ile gerçekleştirilebilir.

• Çok yumuşak ortamlarda aşırı yükleme için gerekli yükler zeminin taşıma gücünü aşabilir.

• Bu durumlarda konsolidasyonun yüzeye yükleme yapılmadan sağlanması gerekir.

• Emme ya da vakum yöntemi bu amaçla geliştirilmiştir.

• Bu yöntemde konsolide edilecek geçirimsiz kil veya siltin yüzeyi jeomembranla atmosferden yalıtılarak emme (vakum) uygulanır.

• Bu etki ortamda izotrop bir gerilme artışı sağladığı için yenilme oluşmaz.

4) VAKUMLA KONSOLİDASYON

KONSOLİDASYONUN EMME UYGULAMASI İLE HIZLANDIRILMASI Konsolide edilecek geçirimsiz kil yüzeyde geomembranla atmosferden yalıtılarak ortama emme(vakum) uygulanır

KONSOLİDASYONUN EMME UYGULAMASI İLE KONSOLİDASYONUN EMME UYGULAMASI İLE

HIZLANDIRILMASI HIZLANDIRILMASI

DÜŞEY DRENLERİN YERLEŞTİRİLMESİ

YATAY DRENLER

JEOMEMBRANDAN ÇIKAN YATAY DRENLER

SU VE HAVA TOPLAYICILAR

KAFA HENDEĞİ

POMPA İSTASYONU

ELEKTRO-OSMOZ:

Silt ve killerde

Su zeminden yer çekimi değil elektro-motif kuvvetlerin etkisi ile alınır

Zemine yerleştirilen katod ve anoda doğru akım Bakır elektrod ile hız

Gerekli DC akım yüksek m3’te 17kWs, 2.5 kg demir

Elektrokinetik geosentetikler, Anot tarafına sodyum silikat veya kalsiyum klorür ile enjeksiyon işlevi!!!

ENJEKSİYON (İÇİTİM):

Zemin veya kaya ortamına basınç altında sondaj kuyusu gibi bir girişten akışkanlaştırılmış madde yollanması ile iyileştirme.

(Zemine değişken basınçta katkı maddesi yollayarak iyileştirme yöntemi)

Geçirimliliği azaltmak Kayma direncini arttırmak

Enjeksiyon Türleri

Sızdırma

Enjeksiyon malzemesi seçimi;

Boşluk oranı (kayada basınçlı su deneyi ile geçirgenlik) Enjeksiyon yapılacak hacim

Nüfuz edilecek bölge çapı

Enjeksiyon Malzemesi

Maliyet Oranı

Kil/çimento (1/2) 0.67 Bentonit-silikat 0.87 Kum/çimento (1/1) 1

Su camı (silikat enj)

2.4

Aciylanid 12

Resorcyn 13

Polythixon 64

Telafi Jet

Uygulama alanlarına örnekler:

Tünellerde aynadan enjeksiyon ile iksa Yapı temellerinin altından geçilmesi

Kayada geçirimsizlik teşkili

Geçirimli zemin

Sıvılaşma potansiyelinin düşürülmesi Farklı oturmaların giderilmesi…

JET GROUT TEKNOLOJİSİ

Bu enjeksiyon tekniği yüksek hız/basınç ve

düşük debide su jetinin zemini parçalama

özelliğinden yararlanılır.

(soilcrete)

Jet enjeksiyonu

JET GROUT’UN UYGULANABİLİRLİĞİ

• Jet grout veya soilcrete yapımcılara göre

her tür zeminde uygulanabilir.

ARAZİDE UYGULAMA

TEKLİ,DUPLEX ve TRIPLEX SİSTEMLER

TRIPLEX MEME

Sıvı çıkış hızı 100m/s

JET GROUT KOLONU TASARIMINDA ŞARTNAME (MPa)

Serbest basma Çekme dayanımı q_u Kohezyon c Yapışma f_s dayanımı σ^t Killi zeminler 1 0.3 0.10 0.20 Kumlu zeminler 3 0.5 0.17 0.33

TİPİK JET GROUT UYGULAMASI

• INTRAFOR (çift tüplü) - boru çapı φ90mm; meme φ3.5mm

• tipik kolon çapı: Φ1500mm

• Hız : 10-12 RPM 10m³/dak

• p(bar) Q(l/dk)

şerbet 450 140 hava 12

• Enjeksiyon şerbeti karışımı (1m³) Çimento = 940 kg Su = 671lt

Katkı(plastikleştirici/geciktirici)=%2

SUPER JET GROUT

Jetleri yatay yöneltmek yerine belirli açı ile vererek kesiştirmenin enerjinin ortama yüksek verimle uygulanması.

Kolon çapları 5m’ye kadar yükseltilebilir.

•800°°°°C

•5m aralıklı kuyular

•10 gün

•43 kg/m³ yağ

•Kayma direncinde 10-20 kat iyileşme

Zeminin Isıl Yöntemlerle Sertleştirilmesi

DONDURMA:

KATKI MADDELERİ İLE STABİLİZASYON:

•Kayma direncini artırmak

•Geçirimlilik veya suya isteği azaltmak

•Hacim değişimini en aza indirmek Etkinlik

Ucuzluk

Kolay ve hızlı tedarik

•Çimento

•Kireç

•Bitüm

•Fosforik asit

•Kalsiyum bileşikleri

•Reçine ve polimerler

Ulaşım yapıları Su yapıları

Hafif bina temelleri

DERİN KARIŞTIRMA TEKNİĞİ (DMM)

• Derin karıştırma metodu zeminin yerinde çimentolayıcı bir gereçle iyileştirilmesidir.

• Bağlayıcı (binder) olarak anılan gereç

ortama kuru veya bulamaç olarak verilir

(100-500kg çimento/m

zemin).

DERİN KARIŞTIRMA YÖNTEMLERİ (DSM)

ZEMİN KARIŞTIRMA BIÇAĞI

DERİN KARIŞTIRMA YÖNTEMLERİ (DMM)

(a) Derin zemin karıştırma (DSM) (b) Zemin karıştırmalı duvar (SMW) Oluşan kolon çapları 0.6-1.5m

KURU YÖNTEM’DE ÖZELLİKLER

• 28 gün basma dayanımı q

(MPa)

0.5-5 (iri daneli); 0.2-2 (ince daneli zemin)

• k (m/s) hidrolik iletkenlik

10^-6ila 10^-9

• E

elastisite modülü

150-500 qu

(arazide)

• σ

(kPa) çekme dayanımı

SULU YÖNTEMDE ÖZELLİKLER

• c

(kPa)

10-50 c

zemin

• E (kPa)

50-200 c

• ε

< %2

• k (cm/s)

Çimentoyla düşer, kireçle yükselir

İri daneli dolgu •••• çelik veya plastik şeritler

•

••

• geogrid veya geomembranların,

ortama kendisinde olmayan çekme dayanımını sağlama amacına yönelik olarak yapılan esnek dayanma yapıları.

DONATILI ZEMİN

Uygun Yöntem Seçimi

Zemin/kayanın değişimi ve özellikleri(İnce, kıvam, NL/OC, süreksizlikler…)

YASS

Öngörülen iyileştirme seviyesi(büyüklüğü) Farklı yöntemlerin görece büyüklüğü ve yararı İyileştirilmesi hedeflenen alan ve derinlik

Yapıma ilişkin faktörler (iş planı, ulaşılabilirlik, malzeme, ekipman ve iş gücü temini,…)

DENETİM:

Önce ve sonra Birden fazla yöntem

Yüzey oturma ölçümleri

Eklenen gereç hacminin ölçümü CPT

SPT PM

Jeofizik yöntemler (dalga, özdirenç, sonik tümlük) Plaka yükleme deneyi,

Kazık çakmaya gösterilen direnç Kuyu aşağı bha ölçümleri

Sondajla karot alma

Deneme İşleri ve Aletsel Gözlemler