ZEMİN İYİLEŞTİRME

BERAN GÜRLEME2013-KOCAELİ

Zemin İyileştirmelerinin Amacı

• Zemin iyileştirmelerinde temel amaç, mekanik araçlarla

zeminin boşluk oranının azaltılması veya zemin

boşluklarının çeşitli bileşimdeki karışımlarla

doldurulması işlemidir.

• Şu konular zemin iyileştirmelerinin ana amacıdır;

* Zayıf zeminlerin taşıma kapasitesini artırmak

* Toplam oturmayı azaltıp, konsolidasyonu

hızlandırmak

* Dolgu ve şev duraylılığını sağlamak

* Zeminin potansiyel sıvılaşma riskini azaltmak

ZEMİN NASIL İYİLEŞTİRİLİR

Zemin parametrelerine göre yerleştirilecek yapının proje yükü ve depremsellik ilave güvenlik katkısı sonucu ideal zemin iyileştirmesi yöntemi seçilir.Uygulama sonrası ise emin olmak için;sıkılık,mukavemet,permeabilite,süreklilik,yükleme-çekme gibi testler ile kontrol çalışmalarına tabi tutularak iyileştirme başarısı izlenir.Uzun zamandır uygulanan klasik yöntemlere son yıllarda daha ekonomik ve çabuk yapılabilen ‘Jet grouting’,CFA gibi iyileştirme teknikleri de katıldı.

Zemin iyileştirme yöntemleri başlıca üç ana grupta toplanabilir:

• Sadece inşaat aşamasında uygulanan geçici iyileştirme yöntemleri

• Zemine herhangi bir malzeme karıştırmadan uygulanan kalıcı iyileştirme yöntemleri

• Zemine çeşitli malzemeler karıştırarak uygulanan iyileştirme yöntemleri

ZEMİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİNDEN BAZI

UYGULAMALAR

.

●Enjeksiyon : En eski ve en çok kullanılan zemin iyileştirme yöntemlerindendir. Daha çok taneli zeminlerde kullanılır,kimyasal veya bentonit-çimento enjeksiyonu olarak genellikle örtü enjeksiyonu şeklinde uygulanır.İyi tasarım ve sıkı kontrollü uygulama ile zemin iyileştirilmesi başarılabilir.İnsan gücü katılımının en fazla olduğu yorucu ama ekonomik,nispeten başarılı bir iştir.

●Kontrollü Kazı-Dolgu : Yapının proje yüküne göre zayıf zemin yüzeyden sıyrılarak uzaklaştırılır.Sonra aşağıdan yukarı doğru tane boyu küçülen tabakalar halinde sıkıştırılan dolgu yerleştirilir.Ortalama 50-200cm kalınlıktaki kontrollü sıkıştırılmış suni dolgunun taşıma gücünü artırması sonucu,üzerinde hafif yapıların yerleştirilmesine imkan oluşur.

Dinamik Konsalidasyon-Kompaksiyon Zayıf zeminin güçlendirilmesi ve oturmanın önlenmesi için özellikle ani ve ağır yüklerin olduğu havaalanı gibi açık sahalarda uygulanıyor.En ekonomik iyileştirme yöntemlerinden biri olarak,tavsiye edilmiş yüzeye yerleştirilen 1-1.5m’lik değişik boyda taneli dolgu malzemesi üzerine 10-200 ton’luk plaka ağırlığın 10-20 m’den serbest bırakılarak zeminin sıkılaştırılmasından ibarettir.

●Kum / Çakıl Kazık – Taş Kolon Oluşturmak :Bozuk zeminlerde veya suni dolgu içerisinde kum-çakıl veya özellikle iri kırma taşların kullanılması ile kolon oluşturulabilir. Taşıma gücünü arttırmak için yapılan taş kolon yerine bazen iri kum çakıl doldurularak kum kazıkları da yapılabiliyor. Otoyollarda termal santral gibi yapılarda zemin güçlendirme yanı sıra drenaj amacı içinde taş kolon – kum çakıl kazığı kullanılabiliyor.

Genellikle iki farklı yöntem ile taş kolon yapılabilir :

A) Kazık Kuyusu

B) Vibrasyonlu yer değiştirme – sıkıştırma

● Vibrasyonlu yer değiştirme

● Vibrasyonlu sıkıştırma – kompaksiyon

A) Kazık Kuyusu :

İçi iri kırma taş ile doldurulur. Taş kolon için Rotary fore kazık makinalarının borulu kazısı veya Çakma kazık kullanılabilir. Seri olduğu için tercih edilen VİBREX – MENDEX kazık borusu zemine sokulur içi kırma taş – kum ile doldurulur sonra vibrasyon ile boru çekilirken malzemeler daha iyi yerleşerek sıkışır ve taş kolon oluşur.

B) Vibrasyonlu Yer değiştirme – Sıkıştırma :

Kuyu içinde titreşim oluşturan derin vibratör – su jeti sayesinde mevcut zemin ilave taneli malzeme katılımı ile sıkıştırılarak iyileştirilir.

Bu ise iki ayrı vibrasyon tekniği ile uygulanabilir.

● Vibrasyonlu Yer değiştirme :

Yer değiştirme yönteminde su jeti ile ilerleyen derin vibratör titreşim ile 1-1.5 m civarında zemini hareketlendirir. Üstten dökülen kırma taşlar vibrasyon sayesinde derecelenerek en alta inerken , derin vibratör küçük hareketler ile yukarı çekilir. Taş kolon oluştuktan sonra yüzeyde gerekli son sıkıştırma yapılır.

• Vibrasyonlu Sıkıştırma – Kompaksiyon :

Derin vibratör tam su basıncı ile derine doğru aşağı yukarı hareket ederek zemini yumuşatır. Tabandan yukarı çıkarken yukardan sürekli ilave edilen iri kum çakılın yatay titreşim harekete etkisi ve yoğunluk derecelenme farkı ile deplase olan malzemenin kuyu içine yerleşmesine neden olur. Tesviye edilen yüzeyde gerekirse yüzey vibratörü ile sıkıştırma yapılabilir.

GÜNÜMÜZDE YAYGIN ZEMİN İYİLEŞTİRME UYGULAMALARI

• Jet Grouting (Jet Enjeksiyonu) Kolonu Oluşturmak :

Killi zeminde konsolidasyon , siltli – kumlu – çakıllı grouting kolonu oluşturulabilir. İki aşamada uygulanır ;

a) Delme işlemi : 10 cm kalınlığındaki delici ekipmanı , makine gücü ve basınçlı su yardımıyla zemine – proje kotuna kadar sokmaktır. Bunun için rotary delgi sistemi ile kil matkabı , tri – cone bit’li uçlar ve dayanaklı tij’ler kullanılır.

b) Enjeksiyon Uygulaması :

Delgi tamamlandığında 1/1 lik karışımdan oluşan çimento şerbeti , oldukça yüksek basınçla zemine verilirken , delici takımı zaman ayarlayıcı ( timer) yardımıyla dönerek yukarıya doğru çekilmesinden ibarettir. Böylece yüksek hızlı enjeksiyon karışımı zemini yırtarak , dairesel bi kolonun zeminde oluşmasına neden olur. Çimento ve zeminin karışmasından soilcrete diye adlandırılan daha yüksek mukavemetli bir kolon , aynı zamanda zeminin sıkıştırılarak konsolide olmasını da sağlar.

Jet grouting ekipmanları

• Yerinde Dökme Kazıklar :

Temel kazığı olarak taşıma kapasitesi planlanan ve iksa için ise yanal yüklere sağlam destekleme kazıkları imal edilebilir. 10-200 cm gibi değişik çaptaki standart kazık imalatında üç aşamada işlem tamamlanır.

• Delginin yapılması

• Donatının yerleştirilmesi

• Betonun yerleştirilmesidir.

• CFA – KAZIK (Continuous Flight Auger Pile) :

Kumlu , çakıllı zeminlerde ekonomik ve çabuk çalışma amacıyla fore kazık yerine geliştirilmiştir. Rotary sistemle 10-14 m derinlikte , 55-75 cm çapında , uzun burgu ( Auger ) ile sürekli ilerleyen delgi yapılır. Pompa marifeti ile auger borusu içinden kuyu tabanına verilirken takım yukarı çekilir. Betonlanmış kuyuya , donatı küçük bir vibratör yardımıyla yerleştirilir. İksa , taşıyıcı kazık veya zemin iyileştirme amacıyla seri uygulanır.

ZEMİNİN KURUTULARAK İYİLEŞTİRİLMESİ

Suyun katılımı ile zemin koşulları değişir. Bütün zemin çalışmalarında alınan numuneler için ve yapılan testlerde su ile zeminin davranışı yorumlanır. Jeolojik yapı değişkenliği – eğimi ve su ile birlikte yer yer zeminin daha zayıf olmasına neden olur. Deprem anında su ve zayıf zemin en kötü davranışı sergiler.

Su ile mücadele etmek zordur ve sürekli basınç faktörü hiç hata yapmamayı gerektirir. Yeraltı yapılarında kalıcı yalıtımda ve zemindeki geçici çalışmalarda yine kurutma tercih edilir.

Eğimli arazilerde pratik olarak yüzey hendekleri-kollektör ve drenaj yöntemiyle çözülebilen su problemi, zayıf zeminlerde daha emniyetli ve ciddi tedbirleri gerektirir.

Son yıllarda fitil dren ve düşey nokta kuyu ile zemin kurutması, taşıma gücünün artırılması, duraylılık ve iyileştirme olarak çok yararlı sonuçlar vermektedir.

Fitil Dren : İnşaat alanlarında konsolidasyon yeraltı suyunun düşey drenajını sağlamak ve zemin iyileştirmek amacıyla fitil dren uygulanmaktadır. Filtre beziyle sarılmış polietilen-propilen esaslı dren malzemesi iş makinesi vincine monteli ekipman yardımıyla çakılarak zemine yerleştirilir. Fitil drenlerin düşey drenajı esnasında dolgu altına serilen kum tabakası sayesinde yatay drenaj oluşur ve mevcut su inşaat alanından uzaklaşır. Otoyol, demiryolu vb. projelerde yeraltı suyu altında oturması mümkün zeminlerde iyileştirme amacıyla kullanılmaktadır.

Düşey Nokta Kuyu (Wellpoint) : Derin kazılarda, temel taban kotunun veya çalışma kotunun yer altı su seviyesinin altında olduğu her durumda suyun varlığı yapılacak inşaat çalışmalarını engeller ve ciddi tedbirler almayı gerektirir.

Wellpoint sisteminde; zemine çakılan düşey nokta kuyulardan, vakum pompalarıyla emilen yeraltı suyu, yatay kollektörlere bağlanarak tahliye edilir. Boru hattı, kanalizasyon ve içme suyu, isale hatları gibi ilerleyici sistemlerde, kazı hendeğinin bir tarafında, temel çukuru koruması uygulamalarında, yapı alanı etrafında kapalı poligonlar şeklinde uygulama yapılır.

• Wellpoint sisteminin avantajları:

• İmalat çok hızlı ve ekonomiktir.

• Yeraltı su seviyesi düşürüldükçe şev stabilitesi artar, şev açıları arttırılabilir ve kazı hacmi azalır.

• Wellpoint yarıklarının 0,3 – 0,4 mm. gibi çok küçük olması ve kuyu içine yerleştirilen kum filtre malzemesinin katı partiküllerin çekilmesini önlemesi nedenleriyle, açık kuyulardan yapılan pompaja göre kazı çevresinde zemin hareketlerine neden olmaz.

• Yeraltı su seviyesinin 6 ile 7 metreden daha fazla derinliklere indirilmesi gerektiğinde kademeli sistem uygulanır.

ZEMİN İYİLEŞTİRMESİNDE MÜHENDİSLERİN ROLÜ

İyileştirme ilerinde çalışacak mühendislerin görev ve yetki alanları aşağıda tarif edilmektedir:

1. Zemin ve yapı özelliklerine göre iyileştirme yönteminin seçimi ve tasarımını temeller

ile birlikte inşaat mühendisliğinde uzmanlaşmış geoteknik mühendisleri yapar.

2. İyileştirme yönteminin amaçlanan kriterlere, seviyeye ve tasarımına uygun şekilde gerçekleştirilebilmesi için yürütülecek bütün laboratuvar ve saha uygulama çalışmalarını inşaat, jeoloji, jeofizik ve maden mühendisleri yapar.

ZEMİN İYİLEŞTİRMENİN ÖNEMİ VE SONUÇLARI

İnsanoğlu yerleşim alanlarında emniyetli bir şekilde yaşamayı planlamaktadır. Zayıf zeminler deprem veya yanlış teknik ve az malzeme gibi inşaat hatalarıyla büyük hasarlar görmüş can ve mal kaybına neden olmuştur. Kent yaşamındaki gelişmelerle gökdelenler sanayi yatırımları ve bazen işletme gereği , liman – havaalanı – baraj – otoyol gibi önemli yapılar zayıf zemin üzerinde kurulması halinde , vatandaşında can emniyeti açısından mutlaka zemin iyileştirmesini zorunlu hale getirmektedir. Mini – fore kazık yanı sıra jet grouting , CFA – kazık gibi gelişen zemin teknolojisinin son uygulamaları ülkemizde oldukça yeni yer almaktadır.

Kaynaklar1. Prof.Sönmez YILDIRIM, ‘’Zemin iyileştirme yöntemleri’’ZM-8 kongresi 26-27 Ekim 2000,İTÜ\İSTANBUL 2. Prof.Atilla ANSAL ‘’Deprem ve geoteknik faktörlerin önemi’’ ZM-8 Kongresi 26-27 Ekim 2000,İTÜ\İSTANBUL3. Tamer GERÇEK ‘’Jet groutig’’ Şantiye Dergisi Mayıs 2000 sayısı4. Eftal GÖKÇE ‘’Türkiye’deki alt yapı çalışmaları ‘’ Şantiye Dergisi Mayıs 2000 sayısı5. MENSOY Ltd.Şti. ‘’ Zemin uygulamalarından örnekler’’6. BAUER GmbH. ‘’Project references’’