T.C. İSTANBUL KÜLTÜR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLER ENSTİTÜSÜ RİJİD KOLONLARIN FARKLI ZEMİN ORTAMLARINDAKİ PERFORMANSI YÜKSEK LİSANS TEZİ.

Transkript

1 T.C. İSTANBUL KÜLTÜR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLER ENSTİTÜSÜ RİJİD KOLONLARIN FARKLI ZEMİN ORTAMLARINDAKİ PERFORMANSI YÜKSEK LİSANS TEZİ Hatice KANMAZ Anabilim Dalı: İnşaat Mühendiliği Programı: Geoteknik Tez Danışmanı: Yrd.Doç.Dr. ERSİN AREL EKİM 2014

2 ÖNSÖZ İtanbul Kültür Üniveritei, Fen Bilimleri Entitüü, İnşaat Mühendiliği Anabilim Dalı, Geoteknik programında yükek lian tezi olarak hazırlanan bu çalışmanın amacı rijid kolonların farklı zemin ortamlarındaki performaını değerlendirmektir. Çalışmanın başından itibaren bana her konuda yardımcı olan hiçbir zaman bilgiini ve yardımını eirgemeyen, kendiinden her türlü deteği gördüğüm, öğrencii olmaktan her zaman gurur duyduğum değerli danışman hocam Yrd.Doç.Dr. Erin AREL e teşekkür ederim. Tüm çalışmam üreince deteklerini eirgemeyen ve öğrencii olmaktan her zaman gurur duyduğum değerli hocam Prof.Dr. Akın ÖNALP e teşekkür ederim. Ayrıca eğitim hayatım boyunca maddi ve manevi deteklerini hiçbir zaman eirgemeyen abim ve anneme, tez yazım ürecinde yanımda olan ve beni detekleyen eşime teşekkür ederim. Ekim 2014 Hatice KANMAZ i

3 İÇİNDEKİLER KISALTMALAR... v TABLO LİSTESİ... vi ŞEKİL LİSTESİ... vii ÇİZELGE LİSTESİ... ix SEMBOL LİSTESİ... x ÖZET... 1 ABSTRACT GİRİŞ Tezin Amacı Genel TAŞ KOLONLAR (TK ) Genel Literatür Araştırmaı Birim Hücre İdealleştirmei Gerilme Yoğunlaşma Faktörü Oturma Azalma Oranı Sonlu Elemanlar yöntemi Taş Kolon Yapım Yöntemleri Titreşimli Kompakiyon Yöntemi (Vibro Compaction) Taş Kolon Yapımında Önemli Faktörler Taş Kolon Çapı Taş Kolon Uzunluğu Taş Kolonlar Araı Meafe Alan Değişim Oranı Gerilme Yoğunluk Faktörü Taş Kolon Malzemeinin Dane Çapı Dağılımı Yapım Yönteminin Etkii Zemin Tipi ve Konolidayon Etkii Taş Kolonlarda Yük Tranfer Mekanizmaları Uç Dirençli Taş Kolon Yüzen Taş Kolonlar Taş Kolonların Göçme Mekanizmaları ii

4 2.6.1 Tekil Taş Kolonların Göçme Mekanizmaları Grup Taş Kolonların Göçme Mekanizmaları Taş Kolonların Taşıma Gücü Tekil Taş Kolonların Taşıma Gücü Kıa Taş Kolonların Taşıma Gücü Taş Kolonlarda Oturma Heaplanmaı Priebe Yöntemi Hughe Yöntemi Konolidayon Hızı Taş Kolon İyileştirmeinin Faydaları Taşıma Gücünün Artırılmaı Oturma Oranının Azaltılmaı İyileştirilmiş Zemin Parametreleri İyileştirme Faktörü Heabı Kolon Sıkışabilirlik Etkiinin Değerlendirilmei Taş Kolonla İyileştirme Yönteminin Avantajları ve Dezavantajları Taş Kolonla İyileştirme Yönteminin Avantajları Taş Kolonla İyileştirme Yönteminin Dezavantajları DARBELİ KIRMATAŞ KOLONLAR (DKK) Genel Literatür Araştırmaı Darbeli Kırmataş Kolon Yapım Yöntemleri Geopier Sitemi (Yerdeğiştirme Yöntemi-Replacement Method) Impact Sitemi (Öteleme Yöntemi -Diplacement Method) Darbeli Kırmataş Kolon Yapımında Önemli Faktörler Darbeli Kırmataş Kolon Çapı Darbeli Kırmataş Kolon Boyu Darbeli Kırmataş Kolon İçel Sürtünme Açıı Darbeli Kırmataş Kolon Malzemeinin Dane Çapı Darbeli Kırmataş Kolonlarda Oturma Heabı Üt Bölge Oturmaı Alt Bölge Oturmaı Darbeli Kırmataş Kolonların Taşıma Gücü Tekil darbeli kırmataş kolon elemanının yanal genişlemei iii

5 3.6.2 Tekil darbeli kırmataş kolon elemanının kayma yenilmei Darbeli kırmataş kolon elemanı ile iyileştirilmiş zemin bölgeinde kayma yenilmei Darbeli kırmataş kolon elemanı ile iyileştirilmiş zemin bölgei altında kayma yenilmei Darbeli Kırmataş Kolonların ile Taş Kolonların Karşılaştırılmaı DARBELİ KIRMATAŞ KOLON TASARIM ÖRNEKLERİ (GEOPIER FOUNDATION) Şaft Uzunluk Heaplamaları Döşeme Yüklerine Göre Kolon Heabı Temel Oturma Heabı TAŞ KOLON İLE İYİLEŞTİRİLMENİN YATAY DEPREM İVMESİ ALTINDA ZEMİN DAVRANIŞININ SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE HESAPLANMASI Sonlu elemanlar programı Modelde Kullanılan Malzeme ve Zemin Özellikleri Malzeme Özellikleri Zemin Özellikleri Analiz Sonuçları İçin Seçilen Noktalar Uygulanan Yatay Deprem İvmei Taş Kolon Özellikleri Doğal Durum için Sonlu Elemanlar Analizi Model Geometrii Doğal Durum için Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçları Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum için Sonlu Elemanlar Analizi Model Geometrii Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum için Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçları Yükleme Altında Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum Model Geometrii Yükleme Altında Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum İçin Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçları SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR iv

6 KISALTMALAR CPT DKK SPT Koni Penetrayon Deneyi Darbeli Kırmataş Kolon Standart Penetrayon Deneyi SPT N Standart Penetrayon Deneyi Darbe Sayıı TK Taş Kolon v

7 TABLO LİSTESİ Tablo 2-1 Taş Kolonlarda Gerilme Yoğunlaşma Faktörü üzerine yapılan araştırmalar (Barkdale ve Bachu, 1983)* Tablo 2-2 Brown uygunluk numaraları Tablo 3-1 Çalışmada kullanılan 10 projenin darbeli kırmataş kolon ile iyileştirme öncei ve onraı tahmin edilen oturma değerleri (Lawton ve Fox, 1994) Tablo 3-2 Tahmin edilen ve gerçekleşen oturma değerleri Tablo 3-3 DKK ile TK uygulanan zemin özelliklerinin değerlendirilmei (White ve diğerleri (2002) Tablo 3-4 Kil zemin tabakının taarım parametreleri Tablo 3-5 Darbeli kırmataş kolon itemlerinin yapım yöntemleri ( Geopier foundation Company, 2010) Tablo 3-6 Darbeli kırmataş kolon itemlerin uygulanabilir zemin ınıfları (Geopier Foundation Company, 2010) Tablo 4-1 Kolon Taarımı İçin Ön Değerler Tablo 5-1 Taş Kolon ve Temel için Malzeme Özellikleri Tablo 5-2 Doğal durumdaki kil, iyileştirilmiş durumdaki zemin ve GW zemin parametreleri 64 vi

8 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 2-1 Taş kolonlarda birim hücre idealleştirmei Şekil 2-2 Titreşimli kompakiyon yöntemiyle yapılan taş kolonların zeminde oluşturduğu ıkıştırma etkii (Anonymou, 2004) Şekil 2-3 Titreşimli yer değiştirme yöntemi yapım aşamaları (Url -1) Şekil 2-4 Alttan belemeli yöntemin yapım aşamaları (Url -2) Şekil 2-5 Tekil taş kolon göçme mekanizmaları (Juran ve diğerleri, 1988) Şekil 2-6 Tabakalı zeminlerde gerçekleşen taş kolon göçme mekanizmaları (Barkdale ve Bachu, 1983) Şekil 3-1 İdealleştirilmiş zemin profilleri (a) Kuzey kule (b) Güney kule Şekil 3-2 Darebli kırmataş kolonların yapım aşamaları Şekil 3-3 Geopier itemlerinin imalat adımları (Geopier Foundation Company, 2010) Şekil 3-4 Impact itemlerin imalat aşamaları (Geopier Foundation Company, 2010) Şekil 3-5 Darbeli kırmataş kolon gerilme konantrayonu için geliştirilen yay modeli (Fox ve diğerleri, 1998) Şekil 3-6 Meydana gelebilecek göçme mekanizmaları Şekil 4-1 Döşeme plakaı heaplaımında kullanılan zemin profili Şekil 4-2 Zemin profili Şekil 5-1 Problemin geometrik şekli ve arazideki doğal durum Şekil 5-2 Modelde eçilen referan noktaları A ve B Şekil 5-3 Modelde kullanılan yatay deprem ivmei (Adapazarı Depremi, 1999) Şekil 5-4 Arazideki doğal durum Şekil 5-5 Taş kolon yerleşimi Şekil 5-6 Taş kolon uygulamaının ardından zemin iyileşmei Şekil 5-7 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında doğal durumda meydana gelen toplam yer değiştirme Şekil 5-8 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında doğal durumda meydana gelen yatay yer değiştirme Şekil 5-9 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında meydana gelen yatay ivme grafiği Şekil 5-10 Arazideki doğal durum Şekil 5-11 Sağlam tabakaya oketlenmiş taş kolon yerleşimi Şekil 5-12 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen toplam yerdeğiştirme vii

9 Şekil 5-13 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen yatay yerdeğiştirme Şekil 5-14 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen yatay ivme grafiği Şekil 5-15 Arazideki doğal durum Şekil 5-16 Taş kolonların yerleşimi ve aktifleştirilmei Şekil 5-17 Yükleme altında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen toplam yerdeğiştirme Şekil 5-18 Yükleme altında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen yatay yerdeğiştirme viii

10 ÇİZELGE LİSTESİ Çizelge 2-1 Priebe 1993 ve 1х1 taş kolon düzenlemeinde İyileştirme oranı na karşı alan oranı (Clemente ve diğerleri, 2005)... 7 Çizelge 2-2 Priebe 1993 ve 2х2 taş kolon düzenlemeinde iyileştirme oranı na karşı alan oranı (Clemente ve diğerleri, 2005)... 8 Çizelge 2-3 Priebe 1993 ve 5х5 taş kolon düzenlemeinde iyileştirme oranı na karşı alan oranı ( Clemente ve diğerleri, 2005)... 8 Çizelge 2-4 Gerilme Yoğunlaşma Faktörünün Değişimi (Bachu ve Barkdale, 1989) Çizelge 2-5 Titreşimli yer değiştirme için taarım grafiği (Priebe, 1995) Çizelge 2-6 Kayma direncinin kolon çapına etkii (Beancon ve diğerleri, 1984) Çizelge 2-7 Silindirik boşluk genişleme katayıları ( Veic, 1972) Çizelge 2-8 Taş kolon taşıma güçlerinin karşılaştırılmaı (Greenwood ve Kirch, 1984) Çizelge 2-9 Kıa taş kolonların taşıma gücü katayıları (Madhav ve Vitkar, 1978) Çizelge 2-10 Poion oranı 1/3 olan zeminlerde ıkışabilirlik düzeltilmei (Priebe, 1995) Çizelge 3-1 Darbeli kırmataş kolonları üzerinde uygulanan arazi keme deneyi (Fox ve Cowell, 1998) Çizelge 4-1 Wetergaard etki faktörü ix

11 SEMBOL LİSTESİ a A A c Alan Oranı Toplam Alan Agrega Kolon Alanı A t A p Toplam Temel Alanı Temeli Detekleyen Toplam Agrega Kolon Alanı c c u C c Kohezyon Drenajız Kayma Direnci Matri Zeminin Sıkışabilirlik Modülü C v Düşey Yöndeki Konolidayon Katayıı C w D D c Radyal Yönde Konolidayon Katayıı Agrega Kolon Çapı Agrega Kolon Sıkışma Modülü D Zemin Sıkışma Modülü D e D f Birim Hücre Eşdeğer Daire Çapı Temel Gömme Derinliği D 50 Elekten 50% Geçen Ağırlık D 20 Elekten 20% Geçen Ağırlık D 10 Elekten 10% Geçen Ağırlık E c Taş Kolon Elatiite Modülü E e 0 F v Zemin Elatiite Modülü Başlangıç Boşluk Oranı Düşey Kuvvet Fq, Fc Boşluk Genişleme Kat Sayıları x

12 H lz Alt Bölge Kalınlığı H d Drenaj Boyu H n GW k Tabaka Kalınlığı İyi Derecelendirilmiş Çakıl Yay Sabiti kc Darbeli KırmaTaş Kolon Rijitlik Modülü rij k rij Matri Zemin Rijitlik Modülü k k c İyileştirilmiş Zeminde Yatak Katayıı Taş Kolonların Yatak Katayıı K ac Taş Kolon Malzemeinin Aktif İtki Sayıı K p L n n 0 Paif Direnç Kat Sayıı Kolon Uzunluğu Gerilme Yoğunlaşma Faktörü İyileştirme Faktörü n 1 Düzeltilmiş İyileştirme Faktörü N, N, N P c R a R S S S uz q Taş Kolon Taşıma Gücü Katayıı Temele Etkiyen Kuvvet Alan Oranı Zemin Yatak Katayıı Oranı Kolonlar Araı Meafe Temel Oturmaı Toplam Oturma Üt Bölge Oturmaı S lz Alt Bölge Oturmaı xi

13 S t İyileştirilmiş Zeminde Oturma Miktarı S 0 t T r İyileştirilmemiş Zeminde Oturma Miktarı Geçen Süre Radyal Yöndeki Zaman Faktörü T v U U z Zaman Faktörü Düşey ve Radyal Yöndeki Konolidayon Yüzdei Düşey Yöndeki Ortalama Konolidayon Yüzdei U r Radyal Yöndeki Ortalama Konolidayon Yüzdei Q q Poion Oranı Düşey Taarım Yükü Temel Taban Baıncı q ort Ortalama Taşıma Baıncı q c q Taş Kolonlora Uygulanan Taşıma Baıncı İyileştirilmiş Zemine Uygulanan Taşıma Baıncı q ult Taş Kolon Azami Taşıma Gücü z c 1 Kritik Derinlik Toplam Gerilme Düşey Gerilme 3 Yanal Gerilme 0 Düşey Efektif Gerilme Zemin Gerilmei c Agrega Kolon Gerilmei ort Heap Yapılan Derinlikteki Ortalama Gerilme r0 Kolon Yapımından Sonraki Radyal Gerilme xii

14 q n Düşey Gerilme Artışı Her Bir Tabakanın Düşey Ötelenmei rn Her Bir Tabakanın Yatay Ötelenmei c Meydana Gelen Çökme Birim Hacim Ağırlık Oturma Azalma Oranı Taş Kolon Malzemeinin Kayma Direnci Açıı xiii

15 ÖZET Zayıf zemin tabakalarında yapılacak yapılar için çeşitli iyileştirme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışma kapamında rijid kolonların ( taş kolonlar ve darbeli kırmataş kolonlar ) farklı zeminlerdeki performanı değerlendirilmiştir. Taş kolonlar zayıf zeminlerde oturmaları azaltmak, konolidayonu hızlandırmak, taşıma gücünü artırmak ve ıvılaşma problemlerini azaltmak için kullanılmaktadır. Darbeli kırmataş kolonlar ie yumuşak ve dolgu zeminlerde taşıma gücü artışı ve oturmaların azaltılmaı amacıyla kullanılmıştır. Çalışma kapamında taş kolonların ve darbeli kırmatş kolonların taarım yöntemleri, taarım kriteleri ve göçme mekanizmalarına değinilmiştir. Darbeli kırmataş kolonlarda taarım örnekleri verilerek şaft uzunluğunun, döşeme yükleri altında kolon heaplarının ve temel yükü altında oturma heabının yapılışına yer verilmiştir. Darbeli kırmataş kolonlarla yapılan iyileştirme onraında zeminde heaplanan oturma değerinde azalma meydana geldiği görülmüştür. Taş kolonlarda ie deprem davranışı 3 farklı durum için onlu elemanlar programında modellenmiş ve taş kolonun yatay deprem ivmei altında davranışına yer verilmiştir. Zeminde iyileştirme öncei ve onraı kıyalanarak yerdeğiştirmeler gözlemlenmiş ve iyileştirme onraı yer değiştirmelerin azaldığı görülmüştür. 1

16 ABSTRACT For tructure to be built in weak oil layer variou improvement technique ha been developed. In thi tudy improvement technique with rammed aggregate column and tone column have been tudied. Stone column have been ued to reduce ettlement in weak oil layer, accelerating conalidation, increaing bearing capacity and to reduce the liquefaction problem. Rammed aggregate column have been ued in oft and backfill layer reducing the ettlement and to increaing the bearing capacity. In thi tudy, deign method, deign criteria and failure mechanim for tone column and rammed aggregate column, have been explained. By giving deign example of rammed aggregate tone, haft length, column calculation under the plate and ettlement calculation under the foundation are explanied. After the improvement done by uing rammed aggregate tone, reduction of the ettlement of the oil ha been oberved. Utilizing the finite elemant programme for tone column, 3 different ituation ha been analyzed under the horizontal eimic acceleration. By comparing natural oil and improvement oil ha been invetigated the diplacement of oil, after applying improvement technique reduction of the oil ettlement ha been oberved. 2

17 1 GİRİŞ 1.1 Tezin Amacı Bu çalışmada, zayıf zemin tabakalarında kullanılan arazi iyileştirme yöntemlerinden taş kolon ve darbeli kırmataş kolon elemanlarının yapım yöntemleri, taarım kriterleri ve heap yöntemleri değerlendirilmiştir. Darbeli kırmataş kolonlarda şaft uzunluğu, döşeme yüklerine göre kolon taarımı ve temel altı oturma heabı için elle çözülmüş örneklere yer verilmiş, taş kolonlar için onlu elemanlar programında 3 farklı durum için (1.Durum: Doğal Durum, 2.Durum: Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum, 3.Durum: Yükleme Altında Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum) yatay deprem ivmei altında taş kolonların davranışı analiz edilmiştir. Yapılan çalışmalarla taş kolon veya darbeli kırmataş kolon ile yapılacak iyileştirmenin onuçları değerlendirilmiştir. 1.2 Genel Sanayileşme ve nüfu artışları yerleşim alanlarını zayıf zemin şartlarının bulunduğu parellere doğru kaydırmaktadır. Bunun onucu olarak kötü zemin şartlarında güvenli yapılar inşa etmek için ya derin temeller kullanılmalı ya da zemin iyileştirme yöntemlerine başvurulmalıdır. Zemin iyileştirme yöntemlerini iki başlık altında incelemek mümkündür. Bunlardan biri zemine herhangi bir katkı malzemei eklemeden, kimyaal reakiyon oluşturmadan, farklı dane dağılımına ahip zeminlerle karıştırarak ve ıkıştırma yöntemi uygulayarak zeminde mekanik iyileştirme ağlamaktır. Diğeri ie zemine katkı maddei ekleyerek kimyaal reakiyon oluşturup zeminde kimyaal iyileştirme ağlamaktır (Aytekin, 2004). Zemin iyileştirme yöntemleri (Van Impe, 1989); Geçici etkili, Katkı maddei kullanılmadan ağlanan kalıcı etkili, Katkı maddei kullanılarak ağlanan kalıcı etkili, şeklinde 3 gruba ayrılırken bir diğer gruplandırmada (Haumann, 1990); Mekanik, Hidrolik, Fizikel - kimyaal, Katkılı - yapıal detekli, Kitleyi kııtlayarak özellikleri iyileştiren, şeklinde yapılmaktadır. Mitchell ve Katti (1981), zemin iyileştirme yöntemlerinin eçiminde dane boyutlarını dikkate almak gerektiğini öne ürmüşlerdir. Zemin iyileştirme yöntemlerinden taş kolon ve darbeli kırmataş kolonlar bu tez kapamında ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Taş kolonlar kullanımı açıından yumuşak ve orta yumuşak killerde, iltlerde ve iltli kumlarda başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Kohezyonuz ve ince daneli zeminlerde ıvılaşma potaniyelini düşürmek için taş kolon uygulamaı önerilmektedir 3

18 (Ergun, 1992). Taş kolonlar zeminde taşıma gücünü ve düşey drenler gibi çalışarak oturma hızını artırırlar. Taş kolonların başlıca kullanım amaçları; Taşıma gücünü artırmak, Sıvılaşma potaniyelini azaltmak, Konolidayonu hızlandırmak, Toplam ve farklı oturma miktarlarını azaltmak, Şev tabilizeini artırmak, şeklinde özetlenebilir. Darbeli kırmataş kolonlar kohezyonlu ve kohezyonuz zeminlerde kullanılabilmektedir. Kohezyonuz zeminlerde amaç; kolon etrafındaki zeminin ıkıştırılarak, kohezyonlu zeminlerde ie zemin içeriinde nipeten daha rijit kolonların oluşturulmaı ile iyileştirme yapılmaı ağlamaktır. Darbeli kırmataş kolonların başlıca kullanım amaçları; Zayıf zeminde taşıma gücünün artırılmaı, Toplam ve farklı oturmayı azaltmak, Konolidayonun hızlandırılmaı, Sıvılaşıbilen zeminlerde ıvılaşma potanıyelinin azaltılmaı, şeklinde özetletlenebilir. 4

19 2 TAŞ KOLONLAR (TK ) 2.1 Genel Taş kolonlar 1830 lu yıllarda Frana da, 1950 den onra Avrupa da, 1972 den onra ie Amerika da yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ülkemizde ie on 10 yıldır kullanılmaktadır, öncelikle taşıma gücünü artırmak ve oturmaları azaltmak amacıyla kullanılmıştır depreminde Sakarya bölgeinde meydana gelen ıvılaşma problemine karşın ıvılaşma rikini azaltmak amacıyla da kullanılmaya başlanmıştır. Taş kolon uygulamaı ile iyileştirilen zeminde aşağıdaki özelliklerin kazanılmaı beklenir (Demir, 2011). Taş kolon yapımı ıraında meydana gelen titreşim ve yer değiştirme ayeinde zeminin ıkılık dereceinde artış ağlamaktadır. Taş kolonlar iyileştirme yapılan zemine yükek dayanım ve yoğunluk katarak taşıma gücünü artırmaktadırlar. Taş kolonlar zeminde oluşan aşırı boşluk uyu baıncını en aza indirgerler. Taş kolon yapımı enaında kolon çevreindeki zeminde yanal gerilme artışı meydana gelmektedir. Taş kolon yapımında malzeme olarak çoğunlukla 20,0 75,0 mm araında kırmataş kullanılmaına rağmen, kaba çakıl agrega veya kum - çakıl karışımları da kullanılmaktadır. Malzemeye karar verildikten onra zemine 0,6-1,0 m çapları araında düşey olarak 20,0 metreye kadar derinliklerde çeşitli yöntemlerle yerleştirilmektedir (Jebe ve Bartel, 1983). Yerleşim planına göre kare veya üçgen yerleştirildiğinde merkezden merkeze uzaklıklar 1,5-5,0 m araında değişmektedir. Taş kolonların imalatı ve yerleştirme enaında çevre zeminde meydana gelen ıkışma derecei zemin cinine, ince dane oranına, vibratörün şekline ve taş kolonlar araı meafeye göre değişmektedir. Taş kolon uygulamaında zemin ile kolon araındaki davranışı etkileyen faktörler aşağıdaki gibi özetlenebilir ( Demir, 2007; Demir, 2011); Zeminin drenajız kayma direnci, Taş kolonun raydal gerilmei, Birim boy değiştirme özellikleri, Kolonun başlangıç boyutu, Taş kolon yapımı bittiğinde kolon boyutu, Taş kolon malzemeinin özellikleri. Taş kolon imalatının ardından zeminde itenilen iyileştirme ağlanıp ağlanmadığı SPT, CPT, preiyometre arazi deneyleri ile kontrol edilebilmektedir. 2.2 Literatür Araştırmaı Barkdale ve Bachu (1983) ile Alamgir ve diğerleri (1996), taş kolonların; zeminin taşıma gücünü artırmada, toplam ve farklı oturmayı azaltmada, konolidayon hızını artırmada ve kohezyonuz zeminlerde ıvılaşmaya karşı etkili olduğunu öylemişlerdir. 5

20 Greenwood (1970); Hughe ve diğerleri (1975); Barkdale ve Bachu (1983), McKenna ve diğerleri (1975), taş kolonların taşıma güçlerinin onları çevreleyen çevre zeminin yanal baıncından kaynaklandığını açıklamışlardır. Taş kolon çevreindeki zeminin paif direnci taş kolonun yük altındaki performanını belirlemektedir. Taş kolonlar aşırı yumuşak zeminlerde veya tabakalı zeminlerin üt tabakaının yumuşak tabaka olduğu zemin profillerinde yatay baınç yeterizliğinden dolayı aşırı kabarmalara (yanal genişlemeye) ebebiyet verecektir. McKenna ve diğerleri (1975), aşırı kabarmanın (yanal genişlemenin) yanı ıra taş kolon yapıındaki boşluklara yumuşak zeminin ızmaı onucu taş kolon taşıma gücünün de azalacağını öne ürmüşlerdir. Taş kolon yenilmeleri üzerine yapılan çalışmalarda yenilme türlerine dair, kabarma (yanal genişleme) (Hughe ve diğerleri, 1975), genel keme yenilmei (Madhav ve Vitkar, 1978) ve kayma yenilmei (Abohi ve diğerleri, 1979) gözlemlendiği araştırmacılar tarafından ortaya konulmuştur. Fakat yumuşak killerde kabarma (yanal genişleme) daha yaygın görülmektedir (Madhav ve Miura, 1994). Buna ilaveten kritik boydan daha uzun taş kolonlar (kritik boy genellikle kolon çapının 4,0 katı şeklinde tanımlanmaktadır) her ortamda kabarma (yanal genişleme) şeklinde yenilir (IS 2003). Datye (1982), yaptığı araştırmada taş kolon yerleştirme yöntemlerini üç ana grup altında toplamıştır; Titreşimli flot ekipmanı kullanılarak zemini ılak yöntemle titreşimli ıkıştırma. Taban kapalı muhafaza ilave edilmiş güçlü bir titreşim aleti kullanılarak titreşimli ıkıştırma. Sondaj deliklerinden taşların yerleştirilmei ve ağır çekiçler kullanılarak ıkıştırma yöntemi. Barkdale ve Bachu (1983), taş kolon taarım yönlerini özetlemişlerdir: Taş kolon taarım yükleri 15,0 60,0 ton araındadır. İyileştirilen tabaka kalınlığı 6,0 ila 9,0 metre den fazla olduğu durumda taş kolon yöntemi ile iyileştirme yöntemi ekonomik bir yöntem olmaktan uzaklaşmaktadır. Killi zeminlerde keme dayanımının 7,0 kpa dan daha az olduğu ve haaiyetin 5,0 den az olduğu zeminlerde iyileştirme yöntemi olarak taş kolon uygulamaı önerilmez, keme dayanımının 7,0 ila 19,0 kpa olduğu zeminlerde taş kolon yöntemi dikkatle uygulanmalıdır. Eğer uygulama alanında 1,0 metreden fazla turba zemin kalınlığı vara iyileştirme yöntemi olarak taş kolon uygun değildir. Teorik analizlerde gerilme yoğunlaşma faktörü genellikle 2,0 ila 2,5 araında ve kolonun kayma direnci açıı 38º ile 45º araında değişmektedir. Hughe ve Wither (1974), ilk kez taş kolonların karmaşık davranışlarını incelemişlerdir. Tekil taş kolonların laboratuvar çalışmalarında ortaya çıkan ana onuç, taş kolonlar kabarma yenilmei (yanal genişleme) ile yenilmektedir. Tekil taş kolonların taşıma güçlerini tahmin etmek için birim hücre kavramını geliştirmişlerdir. Tekil taş kolonların taşıma gücü toplamı grup taş kolonların ağladığı taşıma gücüne eşit çıkmaktadır. Priebe (1976), Goughnour ve Bayuk (1979), Balaam ve Booker (1981), Barkdale ve Bachu (1983), Pooroohab ve 6

21 Meyerhof (1997), ve diğer birçok araştırmacı birim hücre kavramını kullanarak teorik modeller geliştirmişler, grup içinde kolon etkileşim ihtimalini göz ardı etmişlerdir. Madhav ve Miura (1994), taş kolonların zeminin birim hacim ağırlığını artırdığını (yapım aşamaında çevre zeminde ıkıştırma meydana geldiğinden dolayı), zeminde fazla boşluk uyu baıncını azalttığını ve zemine yükek kayma gerilmei kazandırdığını öne ürmüşlerdir. Çalışmalarında gevşek kumdan kile kadar bir çok zemin türünde taş kolon davranışını incelemişlerdir. Clemente ve diğerleri (2005), taş kolon ve zeminin taşıma gücü ve temel boyutu gibi mekanik özelliklerini heaba katarak, alan oranı ve oturma iyileştirme faktörü araındaki ilişkiyi ayıal olarak geliştirmek için FLAC-3D onlu farklar yazılımını kullanarak, üç boyutlu ayıal analiz yapmışlardır. Araştırmada taş kolonları farklı aralıklarla (L/d (3,0-6,0-9,0) - /d (1,5-2,0 3,0)) ve farklı boyutlardaki rijit kare temel ile yüklemişlerdir. Zemin ve taş kolonu E / E 6,9 oranına ahip Mohr Coulomb malzemei ile modellemişlerdir. Üç boyutlu onlu c farklar (FLAC) analizinden alınan oturma iyileşme oranı ve alan oranı grafikleri farklı taş kolon grupları için Çizelge 2-1, Çizelge 2-2 ve Çizelge 2-3 de göterilmiştir. Çizelge 2-1 Priebe 1993 ve 1х1 taş kolon düzenlemeinde İyileştirme oranı na karşı alan oranı (Clemente ve diğerleri, 2005) 7

22 Çizelge 2-2 Priebe 1993 ve 2х2 taş kolon düzenlemeinde iyileştirme oranı na karşı alan oranı (Clemente ve diğerleri, 2005) Çizelge 2-3 Priebe 1993 ve 5х5 taş kolon düzenlemeinde iyileştirme oranı na karşı alan oranı ( Clemente ve diğerleri, 2005) Ambiliy ve Gandhi (2007), onlu elemanlar yöntemi ve deneyel çalışmalar yaparak zeminin kayma direncinin, taş kolonun kayma direnci açıının ve taş kolonlar araındaki meafenin taş kolonları naıl etkilediğini araştırmışlardır. Deneylerinde 210,0 ile 835,0 mm çapındaki 500,0 mm yükekliğindeki tanklarda; 100,0 mm çapında taş kolon, zemin olarak yumuşak kil kullanmışlardır. PLAXIS onlu elemanlar programını kullanarak deneyleri modellemişlerdir. Zemin ve taş kolonun elato platik davranışını Mohr Coloumb ekenel imetri kriterini kullanarak tanımlamışlardır. Model deneylerden elde edilen yükleme oturma eğrileri ile onlu elemanlar yönteminden elde edilen değerlerin birbirleriyle örtüştüklerini öne ürmüşlerdir. 8

23 Catro ve Kartunen (2010), taş kolonların yerleştirilme aşamaında onlu elemanlar tekniği kullanılarak yumuşak zeminin etkilerini araştırmışlardır. Plaxi yazılımında, Bothkenner kil zemin modelini kullanarak zemin davranışını modellemişlerdir. Boşluk baıncı ve yatay baıncın artığını rapor etmişlerdir. McCabe ve diğerleri (2010), taş kolonların arazi performanlarını incelemişlerdir. İki tane onuç ortaya çıkarmışlardır; birincii Catro ve Kartunen onuçlarıyla aynı fikri ortaya ürmüşlerdir. İkincii; taş kolon imalatının tamamlanmaından hemen onra ağlanan yatay baınç artışının kaybolmaıdır. Shivahankar ve diğerleri (2011), tabakalı zeminlerde taş kolon davranışını incelemişlerdir. Çalışmalarında zayıf yumuşak kil tabakaı altında görece daha ağlam iltli zemin profili kullanmışlardır. Zayıf zeminin tabaka kalınlığını artırarak taş kolonun dayanım, ertlik ve kabarma (yanal genişleme) özelliklerini incelemişlerdir. Homojen zeminlerde taş kolonla zemin iyileştirmeinin çevreleyen zeminin dayanımına bağlı olduğu bilinmektedir. Yapılan deneyde, ertlik ve taşıma gücü yumuşak tabaka kalınlığının artmaı ile azalmaktadır. Yumuşak tabaka kalınlığı kullanılan taş kolon çapının iki katından fazla olduğu zaman alt tabakanın özellikleri önemini yitirmektedir. Alono ve Jimenez (2012), yaptıkları araştırma ile taşıma gücünün artmaının ebebini kayma direncinin artmaına, oturma miktarlarının azalmaının ebebini zeminde kıvam artışına, kohezyonlu zeminlerde konolidayonun hızlanmaı ile kohezyonuz zeminlerde ıvılaşma haaiyetinin azalmaının ebebini ie zemin kütleinin geçirimliliğinin artmaına dayandığını belirterek taş kolon uygulamaının zemin iyileştirme yöntemi olarak kullanılmaının etkili bir yöntem olduğunu açıklamışlardır Birim Hücre İdealleştirmei Barkdale ve Bachu (1983), yaptıkları çalışmada oturma ve denge problemleri için birim hücre kavramını açıklamışlardır. Her bir kolonu çevreleyen zemin kolon ile bir bütün gibi düşünülmelidir. Her bir kolonu çevreleyen zeminin etki alanı birim hücre kavramıyla alakalıdır. İki kolonun merkezden merkeze uzaklığına denire kare veya üçgen olarak idealleştirilen birim hücre kavramında dairenin çapı D e ; karede 1,13 üçgende ie 1,05 olarak değiştirmektedir. Sonuç olarak bir kolon ve etki alanından oluşan eşdeğer ilindirin çapı D e ; tanımı ie birim hücredir. Şekil 2-1 de taş kolonlarda birim hücre idealleştirmei göterilmiştir. Taş kolon alanının zeminin etki alanına bölünmei ile alan değiştirme oranı (a ) bulunmaktadır. Zemin iyileştirmeinin etkinliği alan değişim oranına bağlı olarak değişmektedir. Taş kolon uygulamalarının çoğunda alan değişim oranı (a ) yaklaşık olarak % araında değişmektedir. Uygulama alanında değiştirilen zemin hacmini belirlemek amacıyla, alan değişim oranı; a A A 2.1 9

24 bağıntıı ile bulunmaktadır. Burada taş kolon alanı, toplam birim hücre alanını temil etmektedir. Bu oran birim hücre çaplarını kullanarak aşağıdaki denklemlerle de bulunmaktadır. a a D 0,907( ) S 2 (üçgen yerleşim) 2.2 D S 2 0,783( ) (kare yerleşim) 2.3 Şekil 2-1 Taş kolonlarda birim hücre idealleştirmei Taş kolonun azami taşıma gücü onu çevreleyen zeminin kayma direncine bağlıdır. Bu yüzden, denklem 2.4 de taş kolonu çevreleyen zeminin kayma direnci ele alınarak, bir grup içeriindeki taş kolonun veya tekil taş kolonun azami taşıma gücünü ifade etmek için uygundur. q c N 2.4 ult c 10

25 q ult = Taş kolonun azami taşıma gücü c = Taş kolonu çevreleyen kohezyonlu zeminin drenajız kayma direnci N c = Taş kolonun taşıma gücü katayıı N c Mitchell ve Katti (1981), titreşimli yer değiştirme metoduyla üretilen kolonlar için değerini, Datye (1982), ie aynı durumdaki taş kolonlar için 25,0 ila 30,0 araında değişen değerlerin kullanılmaının daha doğru onuçlar vereceğini öylemiştir Gerilme Yoğunlaşma Faktörü Taş kolona yük uygulandığı zaman, uygulanan yük kolonda keme dayanımının artmaına ve kolonu çevreleyen zeminde meydana gelebilecek oturma miktarlarının azalmaına ebep olmaktadır. Kolondaki gerilme yoğunluğu, taş kolon ve zemin araındaki rijitlik farkından kaynaklanmaktadır. Kolonda ve zeminde meydana gelebilecek dönme miktarları eşittir. Bu eşitliğin ağlanmaı için kolondaki gerilmenin taş kolonu çevreleyen zeminden daha fazla olmaı gerekmektedir. Abohi ve diğerleri (1979), taş kolon çaplarının genellikle 60,0 cm ila 80,0 cm araında değiştiğini kimi durumlarda 200,0 cm ye kadar artığını öylemişlerdir. Gerilme yoğunlaşma faktörü ile taş kolon ve temelin oluşturduğu karmaşık temelin özelliklerini açıklamışlardır. Karmaşık temele yükleme yapıldığı zaman, kolonu çevreleyen zemin ve kolonun deformayon özellikleri farklı olduğu için gerilme kolon üzerinde yoğunlaşmaktadır. Gerilme yoğunlaşma faktörü kohezyonlu zeminlerde denklem 2.5 deki gibi tanımlanmaktadır. n 2.5 c (1 ) 2.6 c c 1 ( n 1) n 1 ( n 1) c Yukarıdaki denklemlerde n gerilme yoğunlaşma faktörü, uygulanan toplam gerilme, taş kolon gerilmei, kohezyonlu zemin gerilmei, / zemin ve kolondaki gerilme oranını temil etmektedir. c Barkdale ve Bachu (1983), yukarıdaki denklemlerin geliştirilmeinde yapılan kabulleri aşağıdaki gibi ıralamışlardır. c Genişletilmiş birim hücre kavramı geçerlidir. İtatitikel onuçlar memnun edicidir. Gerilme yoğunlaşma değeri bilinebilir veya tahmin edilebilir. 11

26 Gerilme yoğunlaşma faktörünün taş kolonu çevreleyen zeminin aldığı gerilmeye etkii Çizelge 2-4 de göterilmiştir (Bachu ve Barkdale, 1989). Çizelge 2-4 Gerilme Yoğunlaşma Faktörünün Değişimi (Bachu ve Barkdale, 1989) Gerilme yoğunlaşma faktörü "n", zemin ve taş kolon araındaki görece rijitlik farkından, taş kolon uzunluğundan, alan oranından ve taş kolon üzerine erilen daneli malzemenin özellikleri gibi birçok faktörden etkilenmektedir. Taş kolonlarda gerilme yoğunlaşma faktörü üzerine yapılan araştırmalar Tablo 2-1 de göterilmiştir (Barkdale ve Bachu, 1983). Gerilme yoğunlaşma faktörü genellikle 2,5 ile 5,0 araında ölçülmektedir. 12

27 Tablo 2-1 Taş Kolonlarda Gerilme Yoğunlaşma Faktörü üzerine yapılan araştırmalar (Barkdale ve Bachu, 1983)* Deney Türü Taş Kolon Taarımı Konum Gerilme Yoğunlaşma Faktörü (n) Gerilme Yoğunlaşma Faktörünün Zamanla Değişimi Taş Kolon Uzunluğu (m) Yeraltı Durumu Toprak Set Kare Şeklinde; =1,7m d=0,9m a=0,25 Rounen, Frana Vautrain, ,8 (ort) Yaklaşık olarak abit 6,6-7,8 Yumuşak Kil c=19-29 kn/m2 Yükleme Deneyi (45 Taş kolon) Üçgen Şeklinde; =1,4m d=1,2m a=0,43 Hampton, Virginia Goughnour ve Bayuk, ,0 (başlangıç) 2,6 (final) Azalan 6,15 Çok yumuşak ve yumuşak ilt ve kil ile kum c=9,6-38 kn/m2 Dolgu Deneyleri (14 Taş kolon) Kare Şeklinde; =2,1m d=1,125m a=0,26 Jourdan Road Termial, New Orlean 2,4-2,6 (başlangıç) 4,0-4,5 (final) Artan 19,5 Çok yumuşal kil ile organik, ilt ve kum, gevşek killi kum, yumuşak kumlu kil Toprak Set a=0,1-0,3 Japanee Studie -Kum Sıkıştırma Kazıkları Abohi ve diğerleri, ,5-8,5 4,9 (ort) Artan Değişken Çok yumuşakve yumuşak çökeller Model Deneyleri d=2,9m a=0,07-0,4 GaTech Model Deneyleri - birim Hücre Yaklaşımı Kum Kolon 1,5-5,0 Hafifçe artan abit Değişken Yumuşak kil, gerilme konantrayonu a'nin artmaı ile ortaya çıkar Aki belirtilmedikçe, yüklemenin hemen altında ölçülen düşey gerilme* 13

28 2.2.3 Oturma Azalma Oranı Çoğu araştırmacı taşıma gücü ve oturma miktarlarını tahmin etmek için teorik çözümler geliştirmişlerdir (Greenwood, 1970; Hughe ve diğerleri, 1976; Madhav ve Vitkar, 1978; Abohi ve diğerleri, 1979; Jellali ve diğerleri, 2005); on taşıma gücü ve oturma miktarları heaplarında homojenlik (iyileştirilen zemin aynı özelliklere ahip homojen bir malzeme olarak kabul edilir) kabulu yapmışlardır. Bergado ve diğerleri (1991), yaptıkları araştırma onucu oturma azalma oranını; S t 2.9 S 0 ile bulmaktadır. Denklemde; S t = İyileştirilmiş zeminde oturma miktarı, S 0 = İyileştirilmemiş zeminde oturma miktarı, olarak temil edilmektedir. Oturma azalma oranı; alan değişim oranı, kayma direnci açıı, gerilme yoğunlaşma faktörü ve benzeri parametreler kullanılarak da heaplanabilmektedir. Priebe (1995), taş kolon ile zemin iyileştirmeinde oturma oranını tahmin etmek için analiz yöntemi geliştirmiştir. Literatürde bu yöntem Priebe yöntemi olarak bilinmektedir. Bu teoriyi geliştirirken bazı kabuller yapmıştır. Bu kabulde zemin elatik davranış göterirken taş kolonun platik davranış ergilediğini varaymıştır. Yapılan diğer varayımlar; Zemin ve taş kolonun oturma miktarları eşittir. İki malzemede de üniform gerilme mevcuttur. Kolon ve zeminin kütle yoğunluğu ihmal edilmiştir, bunun anlamı; zemin ve kolon araındaki başlangıç gerilmei farkı adece temel üzerindeki yük dağılımına göre değişmektedir. Kolon ağlam tabakaya oturmaktadır. Poion oranı 1/3 iken eçilen kayma direnci açıı 35º-45º olduğunda önerilen taarım grafiği Çizelge 2-5 de göterilmiştir. 14

29 Çizelge 2-5 Titreşimli yer değiştirme için taarım grafiği (Priebe, 1995) Sonlu Elemanlar yöntemi Taş kolonlar doğal zeminden daha yükek geçirimlilik, kayma direnci ve ertliği zemine ilave ederler bu üç iyileştirmenin zemindeki etkilerini görmek için birçok farklı çözüm geliştirilmiştir. Taşıma gücünü (Bergado ve diğerleri, 1996; Veic, 1972; Hughe ve Wither, 1974), oturma iyileştirmeini (Priebe, 1995) ve radyal konolidayonu (Barron, 1948) analitik olarak incelemişlerdir. Ambiliy ve Gandhi (2004), PLAXIS onlu elemanlar programı ile zemini ve taş kolonu Mohr Coloumb ekenel imetrik analiz yöntemini kullanarak incelemişlerdir ve farklı kayma direncine ahip kil zeminlerde model deneyler yaparak iki çalışmanın onuçlarını karşılaştırmışlardır. Yapılan çalışmalar onucunda; yükleme alanı olarak adece taş kolon alanı kullanıldığında yüzeyden kolon çapının 0,5 ile 1,0 katı kadar derinlikte kabarma yenilmei (yanal genişleme / bulging) ile yenilme gerçekleşmektedir. Shahu ve Reddy (2011), ABAQUS yazılımını kullanarak üç boyutlu onlu elemanlar modeli oluşturmuşlardır. Modelde malzeme özellikleri kil zeminde değiştirilmiş Cam-Clay modeli, taş kolonda ie Mohr Coulomb elatik-mükemmel platik modeli kullanmışlardır. Yaptıkları araştırma onuçlarında taş kolonun kenarlarında eğilmenin artığını dahaı kolon merkezinde eğilme olmadığını öylemişlerdir. Bunun yanı ıra, oturmanın kolon merkezinde daha büyük olduğunu ve merkezden uzaklaştıkça oturmanın azaldığını ileri ürmüşlerdir. Taş kolonun ayıal analizlerinde genellikle taş kolon ve zeminden oluşan komplek bir modele ihtiyaç vardır. Canizal ve diğerleri (2012), taş kolonların ayıal modellenmei için beş ana yaklaşım belirtmişlerdir: Düzlem Gerilme Yöntemi: Silindir kolonlar taş dolu çukur olarak modellenmektedir ve genellikle uzun dönemli yüklemelerde kullanılmaktadır (Van Impe ve De Beer, 1983). 15

30 Ekenel Simetri Tekniği: Tanklar gibi daireel yük altındaki ilindirik kolonlar yerine taş halka şeklinde modellenmiştir (Elhazly ve diğeleri, 2008). Homojenizayon Tekniği: Karma zemin parametreleri taş kolonlar ile iyileştirilmiş homojen zemini modellemek için kullanılır (Schweiger, 1989). 3D Model: Taş kolon ile iyileştirilmiş zemin iteminin 3D modellenmei (Weber ve diğerleri, 2008). Birim Hücre Yaklaşımı: Ekenel imetrik modellerde adece bir kolon ve onu çevreleyen zemini içeren birim hücre modelidir (Balaam ve Booker, 1981). 2.3 Taş Kolon Yapım Yöntemleri Taş kolon uygulamaında farklı yapım yöntemleri geliştirilmeine rağmen; Zemin içeriinde taarımda belirtilen deliğin oluşturulmaı, Taş kolon malzemeinin yerleştirilmei, Sıkıştırma, olarak 3 temel aşamadan oluşmaktadır. Taş kolon performanını yapım yöntemleri etkilemektedir. İyileştirmeden beklenen onuçlar göz önüne alınarak yapım yöntemi eçilmelidir Titreşimli Kompakiyon Yöntemi (Vibro Compaction) Titreşimli kompakiyon yöntemi, ince dane oranı % 10 dan az olduğu (kohezyonuz) zeminlerde derinlik titreşim aletleri ayeinde ıkılığın artırılmaında kullanılır. Titreşim aleti itenilen derinliğe u veya hava jetleri (baınçlı u veya hava) ayeinde indirildikten onra kademeli olarak (0,5 m aralıklarla) geri çekilmeye başlanır. Titreşimli kompakiyon yerinde yapılan veya ütten belenen geri dolgu ile tamamlanır. Titreşimli kompakiyon yapım yöntemi Şekil 2-2 de göterilmektedir. Şekil 2-2 Titreşimli kompakiyon yöntemiyle yapılan taş kolonların zeminde oluşturduğu ıkıştırma etkii (Anonymou, 2004) 16

31 Titreşimli kompakiyon yöntemi kullanılarak zemine yaklaşık % oranında rölatif ıkılık kazandırılır. Bu yöntem kullanıldığı zaman zeminde yapılan ıkıştırma işlemi zeminde hacim kaybına ebebiyet vermektedir, bu azalmayı dengelemek için kum takviyei yapılarak arazi eviyeinin korunmaı gerekmektedir. Titreşimli kompakiyon yöntemi kullanılarak zeminde 240,0-480,0 kpa civarında taşıma gücünde artış ağlanmaktadır (Keller, 2010). Titreşimli kompakiyon yöntemi uygulama bakımından ikiye ayrılır: Ütten belemeli Ilak yöntem (Top feed Wet Method) Alttan belemeli Kuru yöntem (Bottom feed Dry Method) Ütten belemeli Ilak yöntem (Top feed Wet Proce) Karışık kohezyonlu ve tabakalı zeminlerde ıkıştırma yapabilmek için ütten belemeli - ılak yöntem) kullanılmaktadır. Titreşim ve u jeti (baınçlı u) kullanılarak zeminde itenilen derinlikte uygun boyutlarda delik açılır. Prob etrafını u jeti (baınçlı u) ile temizlerken yüzeyden taş kolon malzemei ilave edilerek taş kolon oluşturulur. Taş kolon imalatının tamamlanmaından onra zemin yüzeyi ilindir ile düzeltilir. Titreşimli yer değiştirme yöntemi Şekil 2-3 de göterilmektedir. Şekil 2-3 Titreşimli yer değiştirme yöntemi yapım aşamaları (Url -1) Taş kolonun kademeli oluşturulmaından dolayı, taş kolon delik çeperinde dengeye ulaşana kadar genişleme yapmaı öz konuudur. Bu nedenle taş kolonun çapı derinlik ile değişiklik göterebilir. Bu yöntemde en önemli etken u jetidir. Su jeti, zemin içeriindeki ince daneli 17

32 zeminin taş kolonun içine ızmaını önleyerek geçirimiz hale gelmeini engellemektedir ve açılan deliğin tabilizayonunu ağlamaktadır. Titreşimli yer değiştirme yöntemi yer altı u eviyeinin yükek olduğu, zemin cini olarak yumuşak ile katı kıvamlı zemin (c u =15-50 kpa) koşullarında iyi bir zemin iyileştirme yöntemidir. Yöntemin ılak yöntem olarak adlandırılmaının nedeni önemli ölçüde u kullanılmaıdır. Bu yüzden uygulama alanında yeterli u kaynağı bulunmalıdır. Aynı zamanda kullanılan uyunda uygulama alanından uzaklaştırılmaı gerekmektedir Alttan belemeli Kuru yöntem (Bottom feed Dry Proce) Alttan belemeli - kuru yöntem (bottom feed-dry proce), zayıf zemin veya dolgu zeminde itenilen derinliğe probun zemini titreşim ve kendi ağırlığı ile yanal olarak ötelemei onucunda taş kolon boyutlarına uygun delik oluşturulur. Probun belirli bir miktar yukarı çekilmeinin ardından taş kolon malzemei kademeli olarak yerleştirilir. Her bir kademe ardından prob zemine tekrar indirilerek kuvvet uygulanır. Uygulanan bu kuvvet taş kolonun düşey olarak ve kuyu çeperine doğru radyal ıkışmaını ağlamaktadır. Bu yöntem ütten belemeli-ılak yönteme göre daha ağlam tabakalarda (cu= kpa) ve yeraltı u eviyeinin derinlerde olduğu ortamlarda daha uygun olmaktadır. Şekil 2-4 da alttan belemeli yöntemin yapım aşamaları göterilmektedir. Şekil 2-4 Alttan belemeli yöntemin yapım aşamaları (Url -2) 18

33 2.4 Taş Kolon Yapımında Önemli Faktörler Taş Kolon Çapı Zemin dayanımı, imalat yöntemi ve itenilen iyileştirme oranı taş kolon çaplarının eçimini etkileyen faktörlerdir. Titreşimli kompakiyon yöntemlerinde kolon çapları 100,0 cm, darbeli yöntemin kullanıldığı projelerde kolon çapları 80,0 cm ya da daha küçük çaplar tercih edilmektedir. Yapılan araştırmalar onucu etkili kolon çapı ve kohezyonlu zeminlerin kayma direnci araında Çizelge 2-6 da göterilmektedir. Çizelge 2-6 Kayma direncinin kolon çapına etkii (Beancon ve diğerleri, 1984) Taş kolon malzemeinin yerleştirilmei enaında uygulanan titreşim malzemenin zeminde yanal yer değiştirmeinden dolayı taş kolon çapı belirlenen çapdan daha büyük olmaktadır. Titreşimli yapım yönteminde kolon çapları ert kilde 0,6 m ve yumuşak kohezyonlu zeminde 1.1 m ye kadar değişiklik götermektedir (Ranjan, 1989) Taş Kolon Uzunluğu Taş kolonların uygulandığı zemin iyileştirme projelerinde taşıma gücünün artırılmaı ve oturmaların azaltılmaı için kolon boyunun ağlam tabaka derinliğine kadar indirilmei itenmektedir. Sağlam tabakaya inmekteki amaç taş kolona uç direnci özelliği kazandırmaktır. Sağlam tabaka derinliğine indirilemediği durumlar da olabilmektedir, fakat böyle durumlarda taş kolonlarda uç direnci olmadığı için yüzen kolon davranışı götereceklerdir. Bu gibi durumlarda taş kolonlar adece çevre ürtünmeinden faydalanarak taşıma gücü ve oturma oranını azaltmaktadırlar. Hugher ve Wither (1974) yaptıkları model çalışmalarda kolonlarının taşıma gücünün L/D=4,1 oranına kadar artığını, bu orandan onra kolonun taşıma gücüne bir etkii olmadığını öylemişlerdir. 19

34 Najjar ve diğerleri (2010), yaptıkları deneyel araştırmalarda kritik kolon boyunun kolon çapının 6 katına denk geldiği hipotezini avunmuşlardır Taş Kolonlar Araı Meafe Taş kolonlar araı meafe herhangi bir kaynakta minimum veya makimum olarak belirtilmemektedir. Taş kolonlar araı meafe uygulanan yükler altında oluşacak kabul edilebilir oturma miktarlarına göre belirlenmektedir (Greenwood, 1970). Buna ilaveten, taş kolonlar araındaki meafe zemin durumu, yükleme durumu, yerleştirme ve benzeri ebeplere dayanarak genellikle kolon çapının 2 veya 3 katı meafe eçilmektedir. (IS 2003) Alan Değişim Oranı Taş kolon malzemei ile değiştirilen zemin hacmi iyileştirilen zeminin performanını etkilemektedir. Taş kolonlarla iyileştirme yapılmış zeminde taşıma gücünün makimum düzeyde olmaı için alan değişim oranının 0,25 veya daha fazla olmaı gerekmektedir (Wood ve diğerleri, 2000) Gerilme Yoğunluk Faktörü Taş kolon iyileştirmei yapılmış olan zeminde yükleme yapıldığı zaman, zeminin taş kolonla araındaki rijitlik farkından dolayı çevre zeminde gerilme yoğunluğu azalırken taş kolondaki gerilme yoğunluğu artmaktadır. Gerilme yoğunluk faktörü konolidayon ile birlikte artmakta (Juran ve Guermazi, 1988; Han ve Ye, 1991) ve taş kolon uzunluğu boyunca azalmaktadır. Bergado ve diğerleri (1988), yaptıkları araştırmada uygulanan yükün artmaı ile gerilme yoğunluk faktörünün azalmakta olduğunu öne ürmüşlerdir. Shahu ve diğerleri (2000), alan değişim oranının artmaı gerilme yoğunluk faktörünüde artırmaktadır diyerek alan değişim oranı ile gerilme yoğunluk faktörü araındaki bağlantıyı açıklamışlardır Taş Kolon Malzemeinin Dane Çapı Dağılımı Taş kolon malzemei olarak kırmataş veya çakıl kullanıldığı zaman malzemenin temiz, organik malzemelerden veya itenmeyen malzemelerden ayrılmış olmaı gerekmektedir (Barkdale ve Bachu, 1983). Taş kolon yapımında kullanılacak malzemenin eçim kriterlerinde bulunabilirliği, uygunluğu ve ekonomik olmaı önemlidir. Ütten belemeli yöntemlerde, makimum dane çapı 40 mm olarak eçilmelidir çünkü makineyi tıkamaından kaçınılmalıdır (Greenwood ve Kirch, 1984). Brown (1977) kullanılacak dane çapı dağılımı için aşağıdaki uygunluk denklemini önermiştir Brown uygunluk numaraı 1, D D D

35 Denklemde yer alan D 50, D 20 ve D 10 ; elekte %50, %20 ve %10 dan geçen ağırlıklardır. Uygunluk numaraları ve değerlendirme değerleri Tablo 2-2 de göterilmektedir. Tablo 2-2 Brown uygunluk numaraları Uygunluk numaraı >50 Değerlendirme Mükemmel İyi Orta Kötü Uygun Değil Yapım Yönteminin Etkii Taş kolon uygulamaı enaında tercih edilen yapım yöntemi taş kolon davranışlarını etkilemektedir. Yöntem değişikliği taş kolonu çevreleyen zeminde farklı yoğrulmalar oluşturmaktadır bu da iyileştirilmiş zeminin kayma direncini etkilemektedir. İnce daneli zeminlerde taş kolon uygulamaının dezavantajı, taş kolon içeriine ince daneli malzeme girerek, kolon direncini ve geçirimliliğini azaltmaktadır. Titreşimli-yer değiştirme yönteminde u jeti (baınçlı u) ince daneli zeminleri uzaklaştırır. Darbeli yöntemde muhafaza kullanılmaı zemin etkilenmeini en aza indirir ve muhafaza boruu ince daneli zeminlerin taş kolona girişini de engellemektedir. Taş kolon yapım yönteminde kullanılan titreşim aleti kolon yapımı enaında çevre zeminde yatay yer değiştirmeye ebebiyet vererek ıkışmaını da ağlamaktadır. Alamgir ve Zaherr (2001), iyileştirme yapılmamış ve taş kolonlarla iyileştirilmiş zeminde SPT deneyleri yaparak iyileştirmenin ne kadar etkili olduğunu araştırmışlardır. Yumuşak zeminlerde yapılan deneyde arazideki SPT değerinin taş kolon yapımından onra artığı gözlemlenmiştir. İyileştirme yapılmamış zeminde SPT-N değerleri 2,0 ile 7,0 araında değişirken taş kolonlarla iyileştirme yapıldığında SPT-N değerlerinin 5,0 ila 12,0 araında artmaktadır Zemin Tipi ve Konolidayon Etkii Taş kolon davranışında zemin geçirimliliği etkilidir. İyileştirilmiş zemine yükleme yapıldığında zemin ıkışabilirliği düşük ie yük, zemin ile kolon araında hemen hemen eşit paylaştırılır. Taş kolon düşey dren olarak çalıştığında yüklenen zemin oturma yapar, taş kolon yükü yavaş yavaş alır. Taş kolonun direnci zemin direncine bağlı olarak değişmektedir. Taş kolon ile zemin araındaki gerilme yoğunluğu oranı, yaklaşık olarak zemin ile kolon araındaki ıkılık oranına eşittir. 2.5 Taş Kolonlarda Yük Tranfer Mekanizmaları Uç Dirençli Taş Kolon Taş kolonların taarım aşamaında ağlam zemine oturtulmaları öngörülür. Sağlam zemine oturan taş kolonlarda, kolon ile zemin araında gerilmeler, yanal baınçlar ve ara keit 21

36 ürtünmei oluşur. Yüzey yüklemei durumunda tekil taş kolon yanal genişlemeye çalışır bunun onucu olarak kolon-zemin ara keitinde paif baınçlar oluşur. Yükleme taş kolon üzerine yapıldığında zemin ve taş kolonun farklı oturmaı onucu ara keit boyunca kayma gerilmeleri oluşur ve kolondaki düşey gerilmeler derinlikle azalır. Ara keitte oluşan kayma gerilmeleri dikkate alınmadan tahmin edilen oturmalar gerçekleşen oturmalardan yükek olur Yüzen Taş Kolonlar Yüzen taş kolonların yük tranfer mekanizmaı yüzen kazıklara benzetilerek ana yük taşıma mekanizmaı yüzey ürtünmeinden kaynaklanmaktadır. Kolon çapının 3-4 katına karşılık gelen taş kolon boylarında yük tranferi öz konuu değildir. 2.6 Taş Kolonların Göçme Mekanizmaları Tekil Taş Kolonların Göçme Mekanizmaları Hughe ve Wither (1974), yüzen kolonlarda kolon çapının 3-4 katı fazla uzunlukta olan kolonların yanal genişleme yaparak (kabarma/şişme) yenildiğini Şekil 2-5 (a) da götermişlerdir. Kolon boyunun çapın 2-3 katı kadar olduğu durumlarda kolon ucunda taşıma gücünün aşılmaı olarak yenilme meydana gelmektedir ve Şekil 2-5 (b) de göterilmiştir. Sağlam tabakaya oturan kıa kolonların göçme mekanizmaı yüzeye yakın kıımda taşıma gücünün aşılarak genel yada yerel göçme olarak şekil 2-5 (c) de göterilmiştir (Juran ve diğerleri, 1988). Şekil 2-5 Tekil taş kolon göçme mekanizmaları (Juran ve diğerleri, 1988) Tabakalı zeminlerde gerçekleşen göçme mekanizmaları Şekil 2-6 da göterilmektedir. 22

37 Şekil 2-6 Tabakalı zeminlerde gerçekleşen taş kolon göçme mekanizmaları (Barkdale ve Bachu, 1983) Grup Taş Kolonların Göçme Mekanizmaları Grup taş kolonlardaki her bir kolonun taşıma gücü tekil taş kolonun taşıma gücünden daha fazladır. Rijit temeller ve geniş alanlarda yüklenmiş dolgularda taş kolon uygulamaında taş kolon ve zemindeki oturmalar yaklaşık olarak eşittir. Fakat iki durumda davranış farklılıkları bulunmaktadır. Rijit temelde keme dayanımı hemen yüzeyde oluşur ve yanal genişlemeyi azaltmaktadır. Dolgularda yanal toprak baıncı zemindeki yanal ötelenmeye katkı ağlamaktadır. Bardale ve Bachu (1983), grup taş kolonlardaki komşu kolonların ilişkiini irdelemek için laboratuvar deneyleri yapmışlardır. 2 3 şeklinde oluşturulan grup taş kolonların deney onuçlarına göre kabarma (şişme/yanal genişleme), taş kolonların iç yüzeyine değil dış yüzeyine doğru meydana gelmiştir. Rao ve diğerleri (1997), grup taş kolonların davranışları üzerine laboratuvar deneyleri yapmış ve taş kolonlar araındaki meafenin taş kolonların davranışını önemli derecede etkilediğini görmüşlerdir. Taş kolonlar araındaki meafe taş kolon çapının 3 katından az olduğu durumda taş kolonların birbirlerini etkilediği onucuna varmışlardır. 2.7 Taş Kolonların Taşıma Gücü Tekil Taş Kolonların Taşıma Gücü Taş kolonlar yumuşak kil zeminde uygulandığında üç ekenli gerilme durumunda kolon ile zeminin limit gerilme durumda olduğu varayılan limit analiz yöntemi kullanılmaktadır. Limit analiz yönteminde taş kolonu detekleyen yanal çevre gerilmei σ 3 kolonu çevreleyen zeminde paif direnç olarak alınır. Kolon yenilme durumunda düşey gerilme σ 1, taş kolon malzemeinin paif direnç katayıı K p, toplam gerilmei σ 3 olarak alınıra platik teori kavramına göre denklem 2.11 yazılabilmektedir. 23

38 1 1 in K p in 3 " taş kolon malzemeinin kayma direnci açııdır. Hughe ve Wither (1974), taş kolonda meydana gelen kabarma (yanal genişleme) yenilmeinin preiyometre deneyinde gelişen boşluk ile benzer özellikler taşıdığını öne ürmüşlerdir. Gibon ve Anderon un (1961), ürtünmeiz ve onuz uzunlukta genişleyebilir bir ilindirik boşluk için geliştirdikleri elato-platik teori, taş kolonu çevreleyen zeminde oluşacak drenajız kayma gerilmei heaplamak için kullanılabilir. E 3 r0 cu 1 ln 2 c 1 v = Drenajız toplam gerilme r0 =Kolon yapımından onraki radyal gerilme E =Zeminin elatiite modülü olarak tanımlanmaktadır. Taş kolonu çevreleyen zemindeki gerilme değeri qult 1 kabul edilerek; q E 1 in c 1 ln 2 c 1 v 1 in 2.13 ult r0 u Denklem 2.13 ile taş kolona uygulanabilecek nihai gerilme heaplanabilmektedir. Veic (1972), tarafından geliştirilen ilindirik boşluk gerilme teorii, ürtünmeli ve kohezyonlu zeminleri de kapamaktadır. Zemin elato-platik ve onuz bir ilindir kabul edilerek taş kolonu çevreleyen zeminden dolayı oluşan yanal gerilme σ 3 ; Fc c Fq q u denklemi ile heaplanmaktadır. q heap yapılan derinlikteki ortalama gerilme, Fq ile Fc boşluk genişleme katayılarını götermektedir. Fq ve Fc için oluşturulmuş abaklar Çizelge 2-7' de göterilmektedir. 24

39 Çizelge 2-7 Silindirik boşluk genişleme katayıları ( Veic, 1972) Braun (1978), geliştirilen analitik yaklaşımları karşılaştırmışlardır. Greenwood ve Kirch (1984), yapılan karşılaştırmayı tekrardan değerlendirmişlerdir ve çalışma onuçları Çizelge 2-8 de göterilmektedir. Çizelge 2-8 Taş kolon taşıma güçlerinin karşılaştırılmaı (Greenwood ve Kirch, 1984) 25

40 2.7.2 Kıa Taş Kolonların Taşıma Gücü Kıa taş kolonlarda göçme mekanizmalarından biri zeminde veya kolonda genel ya da yerel olarak taşıma gücünün aşılmaı şeklinde meydana gelmektedir. Meydana gelebilecek diğer göçme mekanizmaı ie taş kolonun alttaki yumuşak zemine doğru zımbalama göçmeidir. Zımbalama göçme mekanizmaı klaik kazık taarımındaki gibi uç taşıma gücü ve yanal çevre ürtünmei ile heaplanmaktadır. Madhav ve Vitkar (1978), taş kolonlar için ürtünmeiz zeminde düzlem şekil değiştirme çözümü geliştirmişlerdir. Şerit yükleme uygulandığında taşıma gücü, zemine veya taş kolona uygulanabilir; q B /2 N c N D N 2.15 ult c u c c f q N, N c ve N Çizelge 2-9 dan bulunabilmektedir. q Çizelge 2-9 Kıa taş kolonların taşıma gücü katayıları (Madhav ve Vitkar, 1978) 26

41 2.8 Taş Kolonlarda Oturma Heaplanmaı Priebe Yöntemi Priebe taş kolonlarda oturma heaplanmaı için geliştirdiği yöntemde birim hücre kavramı için kabuller yapmıştır. Bu kabuller; Zemin ve taş kolonun düşey oturmaları eşittir. Zemin elatik, taş kolon platik davranmaktadır. İki malzemede de üniform gerilme mevcuttur. Kolon ve zeminin kütle yoğunluğu ihmal edilmiştir, bunun anlamı; zemin ve kolon araındaki başlangıç gerilmei farkı adece temel üzerindeki yük dağılımına göre değişmektedir. Kolon ağlam tabakaya oturmaktadır. Elatik zemindeki radyal deformayon, onuz uzunluktaki içi boş ilindir kabulü ile elatik model ile belirlenir. Zemindeki hacim değişikliği kolonun düşey kıalmaı ile ilgilidir. Priebe yönteminde oturma azaltım faktörü, alan değişim oranı ve taş kolon malzemeinin kayma direnci açıının bir fonkiyonu olarak bulunmaktadır Hughe Yöntemi Hughe de geliştirdiği yöntemde kabuller yapmıştır. Bu kabuller; Taş kolon ıkışmazdır. Taş kolonda düşey ve yanal gerilme değişmez. Yanal baınç başlangıçtaki yanal baınçtan daha az olduğu durumda taş kolonun yatay ötelenmei ıfırdır. Hughe yaptığı oturma heabını iki durumda incelemektedir. Birinci durumda taş kolon ile zemin araındaki kayma direnci gerilmeleri ihmal edilmektedir. İkinci durumda ie taş kolon ile zemin araındaki kayma gerilmeleri dikkate alınmaktadır. Taş kolon ile zemin araındaki kayma gerilmelerinin ihmal edildiği durumda, zemin tabakalandırılmıştır. Taş kolonda oluşan ekenel gerilmeyi kullanarak radyal gerilme heaplanmaktadır. Radyal ötelenmenin bulunabilmei için preiyometre deneyi kullanılarak tabakalı zeminin gerilme şekil değiştirmelerinden tabakaların radyal ötelenmei bulunmuştur. Kolonun ıkışmaz kabulü ile düşey ve yatay ötelenmeler araında; 2 Hnrn n 2.16 r denklem 2.16 kullanılarak tabakaların düşey ötenlenmei bulunmaktadır. Denklem 2.16 da; n = Her bir tabakanın düşey ötelenmeini, H n = Tabaka kalınlığını, rn = Her bir tabakanın yatay ötelenmeini, 27

42 temil etmektedir. Taş kolon ile zemin araındaki kayma gerilmei kolonun en üt noktaından makimum gerilme noktaına kadar artar, yük artışının olmaı ile kolon kenarlarındaki kayma gerilmeide makimum değere ulaşır ve 5,0 m derinlikte ıfırlanır. Ara keitte meydana gelen kayma gerilmelerinin heaba katılmaı ekenel gerilmede derinlikle azalma ağlamaktadır. Kayma gerilmelerinin heaba katıldığı ikinci durum birinci duruma göre daha gerçekçi onuçlar vermektedir Konolidayon Hızı Taş kolon iyileştirme tekniğinin kullanıldığı durumda zemindeki konolidayon hızı kum dren kullanımında olduğu gibi düşey ve radyal yönde olmaktadır. Konolidayon yüzdei; U 1 1U 1 U 2.17 z bağıntıı ile bulunmaktadır. Burada; r U = Düşey ve radyal yöndeki konolidayon yüzdei, U z = Düşey yöndeki ortalama konolidayon yüzdei, U r = Radyal yöndeki ortalama konolidayon yüzdei, olarak verilmektedir. Zaman faktörü ie; T v = C v t H d bağıntıı ile bulunmaktadır. Burada; C v = düşey yöndeki konolidayon katayıı, t = Geçen üre, H d = Drenaj boyu, olarak verilmektedir. Radyal yöndeki konolidayon için boyutuz zaman faktörü; T r Ct 2.19 D w 2 e bağıntıı ile bulunmaktadır. Burada; T r = Radyal yöndeki zaman faktörü, C w = Radyal yönde konolidayon katayıı, D e = Birim hücre eşdeğer çapı, 28

43 olarak heaplanmaktadır. 2.9 Taş Kolon İyileştirmeinin Faydaları Taşıma Gücünün Artırılmaı Zeminin kayma direnci açıı ve kohezyon değeri taş kolonların taşıma gücünü etkilemektedir. Taş kolon yapımında titreşimli itemlerin kullanılmaı zeminde meydana gelen ıkışma ile zeminin kayma direnci açıını yükelterek taşıma gücünü artırmaktadır Oturma Oranının Azaltılmaı Zeminde meydana gelebilecek oturma miktarını zeminin ıkışma katayıı ve konolidayon derecei etkilemektedir. Taş kolon ile oturma oranının azaltılmaı ağlanmak iteniyora zeminde ıkışma katayıını artırmak geremektedir. Taş kolonların kullanıldığı zeminlerin iyileştirilmeinde oturma heapları Priebe nin geliştirdiği yöntem ve diğer yöntemlerle heaplanabilmektedir. Priebe yönteminde alan değiştirme oranına ve taş kolonun kayma direnci açıına bağlı bir iyileştirme faktörü belirlenmektedir. İyileştirilmemiş bölgedeki oturmanın iyileştirilmiş bölgedeki oturmaya oranı hedeflenen oturma iyileştirmei oranını vermektedir (Clemente ve Davie, 1999). Taş kolonun oturmalara etkiini ve taş kolon taarımının naıl yapıldığını Clemente ve Davie (1999) incelemişlerdir. Çalışmada kullanılan granüler, uya doygun kohezyonlu ve aşırı konolide zeminlerin bulunduğu deney bölgelerinde oturma onuçları elde edilmiştir. Yapılan deneylerin değerlendirilmei onucunda taş kolon taarım koşullarının oturma ve ıvılaşmaya bağlı olduğu öylenebilmektedir İyileştirilmiş Zemin Parametreleri Taş kolonlarla iyileştirme yapılırken önemli olan taş kolon uygulamaının yapıldığı zemin ile taş kolon yapımında kullanılan malzemenin zeminde oluşturacağı yeni parametreler ile zeminde ne kadarlık bir iyileştirme ağlayacağıdır. Priebe e (1995) göre taş kolon uygulamaı ile ağlanan davranışın belirlenebilmei için geniş çaplı arazi deneylerine ihtiyaç olmaktadır. İyileştirilmiş ve iyileştirilmemiş zemin parametleri karşılaştırılarak iyileştirme dereceine bakılmalıdır. Priebe (1995), iyileştirilmiş zemin parametrelerinin belirlenebilmei için taş kolonun iyileştirme etkii ile zeminin başlangıçtaki durumunu karşılaştırmaktadır. Buradan da bir iyileştirme faktörü elde etmektedir İyileştirme Faktörü Heabı Priebe (1995), tarafından önerilen yöntemde, kolonun ağlam tabakaya oturtulduğu, kolon ve zeminin adece yatay deformayonlar onucu oturduğu kabul edilmiştir. Kolon yapımı ıraında taş kolonu çevreleyen zeminin yer değiştirmeye zorlanmaından dolayı yanal 29

44 direncin yanal toprak baıncı katayıının K=1 olduğu varayılmaktadır. Buradan çıkarılan iyileştirme fakötrü n 0 ; K ac 2 c tan (45 ) (1 )(1 Ac / A) f (, Ac / A) 12 A / A c 2.21 n 0 A c 1/ 2 f (, Ac / A) 1 1 A Kac f (, Ac / A) 2.22 bağıntıı ile bulunmaktadır. Burada; K ac = Taş kolon malzemeinin aktif itki ayıı, c = Taş kolon malzemeinin kayma direnci açıı, = Zeminin poion oranı, A c = Taş kolon alanı, A = Toplam alan, temil etmektedir Kolon Sıkışabilirlik Etkiinin Değerlendirilmei Taş kolonda kullanılan malzeme, ütüne yapılacak yapının yükü etkiiyle oturmalar oluşturabilir. Teoride alan değiştirme oranının 1,0 olmaından dolayı iyileştirme faktörü onuz heaplanmakta fakat iyileştirme faktörü kolon ıkışabilirliğinden etkilenmektedir. Taş kolon ve taş kolonu çevreleyen zeminin tek ekenli ıkışma modülleri ( D / D ) oranı Priebe e (1995) göre iyileştirme fakötürünü etkilemektedir. Örneğin; aşağıdaki ifade de =1/3 değeri minimum pozitif onuç vermektedir ( n0 D / D ). c c 4 Kac( n0 2) Kac( n0 2) 5 16 Kac( n0 1) ( Ac / A) 1 2(4Kac 1) 2 (4Kac 1) 4Kac ( A/ A ) c 1 ( A / A) 2.24 c 1 poion oranı =1/3 olduğu durumda düzeltilmiş alan oranı; 30

45 A c 1 A A A Ac Ac 2.25 düzeltilmiş iyileştirme oranıda; A 1/ 2 f ( A / A) n 1 c, c 1 1 A K AC f (, Ac / A) 2.26 Poion oranı 1/3 olan zeminlerde farklı taş kolon malzemeleri için kayma direnci açıları ile tek ekenli ıkışma modülleri oranı için alan düzeltme faktörü Çizelge 2-10'da göterilmektedir. Çizelge 2-10 Poion oranı 1/3 olan zeminlerde ıkışabilirlik düzeltilmei (Priebe, 1995) 2.11 Taş Kolonla İyileştirme Yönteminin Avantajları ve Dezavantajları Taş Kolonla İyileştirme Yönteminin Avantajları Yapım ürei oldukça kıadır. Taş kolonda kullanılacak malzeme temin edilebiliyora yumuşak kil, killi ilt veya killi kum zeminlerde oldukça ekonomiktir. Taş kolon uygulamaı yumuşak zeminlerde zemin direncini ve kıvamını artırmaktadır. Bunun yanııra dren itemi gibi çalıştığından konolidayon üreini kıaltmaktadır. 31

46 Taş Kolonla İyileştirme Yönteminin Dezavantajları Taş kolonda kullanılacak dolgu malzemei yeterizliği. Yüzen taş kolonları ile ilgili yeterli teorik ve deneyel araştırma varolmadığı için 20,0 m den daha derin durumlarda uygulama akıncalı olabilir. Taş kolon yönteminin uygulanmaında kullanılan ekipmanlarda tecrübeli peronel ıkıntıı. 32

47 3 DARBELİ KIRMATAŞ KOLONLAR (DKK) 3.1 Genel Amerika'da Dr. Fox tarafından 1980'li yılların başında geliştirilen darbeli kırmataş kolonlar ile oturmaların uygun eviyelere indirilmei ve temel altında yumuşak zeminin taşıma gücünün artırılmaı ağlanmıştır (Lawton ve Fox, 1994; Lawton ve diğerleri, 1994; Wimann ve diğerleri, 2001). Darbeli kırmataş kolonların yapımı kıaca önceden hazırlanmış kuyulara kırmataş agregaların tabaka halinde yerleştirilmei ve bu enada özel taarlanmış konik uçlu çekiç ile tokmaklanarak ıkıştırılmaı şeklinde özetlenmekedir (Fox ve Cowell, 1998). Darbeli kırmataş kolon yapımında kullanılan ağlam agregalar ıkıştırma işlemi ıraında zemin içine yayılarak ağlam tabaka oluşumuna katkı ağlarlar ve bu ayede zeminin yataklanma katayıı artırılır. Kolon boyunca yanal ve uç kıımda aşağıya doğru genişleme çevre zeminde ön gerilme ve şekil değiştirmelere ebebiyet vermektedir ( Lawton ve Fox, 1994; Lawton ve diğerleri, 1994). Darbeli kırmataş kolonlar kohezyonuz zeminlerde imalat aşamaında ağlanan darbe ile kolon etrafında ıkışma ağlanarak iyileştirme yapılmış olunur. Kohezyonlu zeminlerde ie görece daha rijit bir eleman zemin içine yerleştirildiği için iyileştirme ağlanmaktadır. Darbeli kırmataş kolon ile iyileştirme yapılan alanda; Taşıma gücünün artırılmaı, Toplam ve farklı oturmaların azaltılmaı, Dolgu ve şevlerin tabiliteinin artırılmaı, Zemin permeabiliteinin artırılmaı, Konolidayon hızının artırılmaı, Sıvılaşma potaniyelinin azaltılmaı, ağlanmaktadır. 3.2 Literatür Araştırmaı Lawton ve Fox (1994), derin temellere alternatif olarak kıa agrega kolonların elverişiz zeminlerin kaldırılıp yerine ağlam dolgu yerleştirilmeiyle iyileştirme yöntemi olarak kullanılmaının avantajını incelemişlerdir. Yaptıkları çalışma ile agrega kolonlar ile deteklenmiş 10 projeyi incelemişlerdir. Proje verileri ile zemin iyileştirme öncei ve onraı oturmalar Tablo 3-1 de göterilmiştir. 33

48 Tablo 3-1 Çalışmada kullanılan 10 projenin darbeli kırmataş kolon ile iyileştirme öncei ve onraı tahmin edilen oturma değerleri (Lawton ve Fox, 1994) Proje Tanımı Temel Tanımı Yük (kn) 5 katlı bina, Columbia- SC 12 m Süt Silou, Atlanta-GA Sera 46mх91m, Atlanta -GA Sanayi Depou, Winteret -IA Ofi binaı, Orangeburg -SC Hatane binaı, Hickory -NC 16 katlı kule, Atlanta -GA 7 katlı otopark, Marietta -GA 3,66 m kare tekil temel 4,57 m kare tekil temel 0,91m daireel temel 1,52m kare tekil temel 1,07mх2,13m tekil temel 2,74m kare tekil temel 15,2mх30,5m radye temel 4,27m kare tekil temel Taşıma Kapaitei (kpa) İyileştirilmemiş Zeminde Tahmin edilen Oturma (mm) DKK ile İyileştirilmiş Zeminde Gerçekleşen <1, <1, < < < < ort= Yaptıkları çalışma enaında kullanılan projelerden biri, 12,0 m yükekliğinde inşa edilmek itenen üt ilou için yapılan araştırmayı kapamaktadır. Bu çalışmada üt ilounun inşaından önce yükleme deneyleri yapılmamıştır, inşa edilmei planlanan üt ilou tam ölçekli bir yükleme tetini gerçekleştirmektedir. Yapılan SPT deney verilerine göre vuruşlar 8,0 10,0 m derinliklere doğru artmaktadır, zemin profili kumlu ilt (ML) olarak verilmektedir. Projede kullanılan agrega kolonlar 0,61 m çapında ve 1,5 m boyundadır. Yapılan analizlere göre 144,0 kpa lık gerilme altında tahmin edilen oturma miktarı 13,0 mm olarak bulunmaktadır. Daha onraki aşamada ilolar doldurulmuş ve okumalar alınmıştır. Alınan okumalar, oturmaların 1,5 mm ile 1,8 mm araında değiştiğini götermektedir. Lawton ve diğerleri (1994); yaptıkları çalışma kapamında iki tane projede kıa agrega kolonlar kullanılarak yapılan iyileştirmeleri incelemişlerdir. Çalışmaların biri Georgia da hatane geliştirmeinde uygulanmıştır. Hatane alanında uygulancak iki kulenin (Güney ve kuzey kuleleri) arazi deney onuçları incelenmiş ve Şekil 3.1 de göterildiği şekilde idealize edilmiştir. 34

49 Şekil 3-1 İdealleştirilmiş zemin profilleri (a) Kuzey kule (b) Güney kule Yüzeyel temellerde kıa agrega kolonlarla iyileştirme onraı oturma heabı için zemin öncelikle iki bölgeye ayrılmaktadır. İyileştirmenin yapıldığı agrega kolon boyunun oluşturduğu alan ile iyileştirme onraı çevre zemini içine alan üt bölge ve iyileştirmenin yapılmadığı alt bölge olarak tanımlanmaktadır. Üt bölge oturmaının bulunabilmei için geliştirilen denklem 3.3 ile aşağıda belirtilmektedir. q p q R R R R 1 a a 3.1 q S m uz q p 3.2 R q q p m k p k 3.3 m Burada; q p = Agrega kolonlara uygulanan taşıma baıncı, q m = İyileştirilmiş zemine uygulanan taşıma baıncı, S uz = Üt bölge oturmaı, q = Ortalama taşıma baıncı = Q A, k p R = Zemin yatak katayıı oranı = k, R a = Alan oranı = A p A, m 35

50 Q= Düşey taarım yükü, A= Temel toplam alanı, A =Temeli detekleyen toplam agrega kolon alanı, p k =İyileştirilmiş zeminde yatak katayıı, m k = Agrega kolonların yatak katayıı, p olarak tanımlanmaktadır. Zemin yatak katayılarının kolonlarda ve zeminlerde bulunmaı için, tatik yük deneyleri ya da arazi verilerine bakılarak tahmin edilmelidir. Bu projede, uygulanan herhangi bir yükleme deneyi yapılmadığı için kullanılan yatak katayıları daha önce bölgede yapılan deneylerden tahmini değerler alınmıştır. Tablo 3-2 de tahmin edilen değerler ile heaplanan değerler verilmektedir. Tablo 3-2 Tahmin edilen ve gerçekleşen oturma değerleri Güney kule yuvarlak temel Güney kule kare temel Kuzey kule büyük temel Kuzey kule küçük temel Oturma (mm) Tahmin edilen İyileştirilmemiş zemin İyileştirilmiş zemin Gerçekleşen Ara < Eki.16 < < <20 Wimann ve diğerleri (2000), yaptıkları çalışmada 6 katlı kapalı otopark için 23,0 m uzunluğunda uzun çelik borularla iyileştirme yerine şaft uzunluğu 2,1 m ile 2,7 m araında değişen uzunluklarda darbeli kırmataş kolonlar kullanmışlardır. Projenin uygulama ahaına bakıldığında yüzeyden 6,1 m derinliğe kadar gevşek iltli ince kum ve kumlu ilt bulunmaktadır. 6,1 m ile 15,2 m derinlikleri araında da orta ıkılıkta iltli ince kum bulunmaktadır. Projede kullanılmaı planlanan darbeli kırmataş kolonların çapları 0,84 m olarak eçilmiştir. Şekil 3-2 de darbeli kırmataş kolonların yapım aşamaları göterilmektedir. 36

51 Şekil 3-2 Darebli kırmataş kolonların yapım aşamaları Agrega kolonların yapılaşmaya uygun olmayan zeminlerde başlıca yapım amacı taşıma gücünü artırmak ve oturmaları azaltmaktır. Oturma heaplamaları diğer kaynaklarda da belirtildiği gibi zemini üt bölge ve alt bölge diye iki bölgeye ayırarak yapılmaktadır. Üt bölge heaplamaları yay modeline ( Lawton ve Fox, 2011; Lawton ve diğerleri, 1994) dayandırılarak aşağıda belirtilen heap aşamalarını oluşturmaktadır. Temel zemine göre oldukça rijit kabul edilmektedir. Bu yüzden, iyileştirilmiş zemine uygulanacak olan baınç bağıl rijitliğe ve alan oranına göre değişmektedir. Uygulanan toplam düşey kuvvet (Q ), iyileştirilmiş kompozit zeminin baınç ( q ) ve alanı ( A ) olarak tariflenebilir ve bu kuvvet agrega kolonlar ( Q ) ile zeminin göterdiği ( Q ) karşı kuvvete eşittir. Q q A Qg Q qg Ag q A 3.4 Kolonlarda meydana gelecek oturmalar çevre zeminde meydana gelecek oturmalarla birbirine eşittir. Temel oturmaı (), agrega kolonların baıncı ve agrega rijitlik modulü veya kompozit zeminin baıncı ve rijitlik modülü ile ifade edilmektedir. q k qg kg 3.5 Denklem 3.5 den kompozit zeminin baıncı, kolon baıncı ve kompozit zemin modülü kullanılarak yazılıra; q q ( k k ) q ( k k ) q R 3.6 g g g g g Denklem 3.4 ile 3.6 ve alan değişim oranı Ra birleştirilerek; q qg ( Ag A) qg ( A ( A R ) qg Ra qg (1 Ra ) R q g Ra (1 R ) ( Ra R qg Ra R 1 Ra R 3.7 g 37

52 Denklemi q cininden yazdığımızda: g q qr R R 1 R 3.8 g a a olarak bulunmaktadır. Heaplanan oturma değerleri onucunda darbeli kırmataş kolonlarla deteklenen temel oturmaları 2,5 cm değerini geçmemektedir. Başlangıçta düşünülen 23,0 m uzun çelik çubuklar yerine darbeli kırmataş kolon kullanılarak iyileştirme yapılmaı projede %50 oranınında maliyet azalmaını ağlamıştır. Wimann ve diğerleri (2002), yaptıkları çalışma ile darbeli kırmataş kolonları oturma ve tabilite yönünden incelemişlerdir. Kolon malzemei olarak kullanılan malzemenin kayma dayanımı zeminde kayma direncini artırarak göçmeye karşı iyileştirme ağlamaktadır. Kolonların davranışlarını inceleyebilmek için arazi ve laboratuvar deneyleri yapmışlardır. Darbeli kırmataş kolonların arazide imalatı ıraında ağlanan yanal gerilme artışları ve kolon elemanlarının ağladığı rijitlikle arazide oluşturulan kompozit itemin rirjitliği artmakta ve oturmalar azalmaktadır. Darbeli kırmataş kolon imalatı ile ağlanan drenaj oturmaların daha hızlı olmaını ağlamaktadır. İyileştirme yapılan bölgelerde yapılan oturma ölçümleri yaklaşık 2,5 cm olarak çıkmaktadır. İyileştirme yapılmayan bölgeye oranla oturmalar % 10 civarında azalmaktadır. White ve diğerleri (2002) yaptıkları çalışmada otoyol inşatında iki dolgu ahadan birinde taş kolon diğerinde darbeli kırmataş kolon kullanarak iyileştirmeyi araştırmışlardır. Dolgu ahalarından birinde taş kolonlar kullanılarak ıkışabilirliğin azaltılmaı ve kayma dayanımının artırılmaı hedeflenmiş diğerinde ie oturma hızı artırılarak oturmaların azaltılmaı hedeflenmiştir. İyileştirme onraı durumu incelemek için arazide Standart Penetrayon Teti (SPT) ve yükleme deneyleri yapılmıştır. Taş kolon ve darbeli kırmataş kolon uygulanan zemin özellikleri ve kolon elemanlarının özellikleri benzerlikler götermenin yanı ıra kimi farklılıklar bulunmaktadır. Tablo 3-3 de taş kolon ve darbeli kırmataş kolon özellikleri ile zeminde yapılan CPT deneyinin özellikleri verilmektedir. Tablo 3-3 DKK ile TK uygulanan zemin özelliklerinin değerlendirilmei (White ve diğerleri (2002) DKK TK Alan değişim oranları (%) Kolon ayıı Dolgu tabakaı yükekliği (m) 8 9 Kolonlar araı meafe (m) 1.8 (kare) 1.8 (üçgen) Kolon çapı (m) Kolon boyu (m) CPT ürtünme oranı (%) CPT uç direnci Sağlam tabaka meafei (m)

53 Taş kolon ve darbeli kırmataş kolon imalatından onra imal edilen 6,0 m dolgu erildikten onra ölçülen oturmalar taş kolon ile zemin iyileştirme yapılan alanda 19,5 cm civarındayken, kırmataş kolon ile zemin iyileştirme yapılan bölümde 5,4 cm civarındadır. Taş kolon ile kırmataş kolon imalatının ardından değerlendirilen oturma miktarları araındaki farkın ebebi; taş kolon imalatında kolonların ıkıştırma enaında yanal genişlemeye ebebiyet vermei olabilir (McKenn ve diğerleri, 1975). Wong ve diğerleri (2004), yaptıkları çalışmada darbeli kırmataş kolon kullanarak zayıf zemini donatılandırmış, dolgu ile dayanma duvarları altındaki oturmaları kontrol etmişlerdir. Dayanma duvarının yükekliği 9,0 m olmakla birlikte Teka ulaştırma departmanının taşıma gücü taarım yaklaşımına göre tahmin edilen ortalama taban baıncı 182,0 kpa ve makimum taşıma gücü 273,0 kpa olarak alınmıştır ( Teka DOT, 2000). Proje alanındaki arazi verilerine göre 12,0 m ye kadar yumuşak kille katı kil bulunmaktadır, altında ie orta yoğunlukta kum, ilt ve kumlu ilt bulunmaktadır. Yeraltı u eviyei 4,6 m bulunmaktadır. Kil tabakaının taarım parametreleri Tablo 3-4 de verilmektedir. Tablo 3-4 Kil zemin tabakının taarım parametreleri Zemin Parametreleri Arazi / Laboratuvar Değerleri Toplam Birim Hacim Ağırlık 19,6 kn/m 2 Batık Birim Hacim Ağırlık 9,9 kn/m 2 Ortalama Drenajız Keme Dayanımı 72 kpa Drenajlı Sürtünme Açıı 18 Drenajlı Kohezyon 9,6 kpa Tahmini Radyal Konolidayon Sayıı 0,01 cm 2 / Projede inşa edilmei planlanan duvarın denge heaplamaları GSLOPE (Mitre Software Corporation, 1999) programı kullanılmıştır. Duvar yükekliği 8,2 m'den fazla ve uzun dönem (drenajlı) güvenlik katayıı 1,3'den küçük eçilmiştir. Temelin taşıma dayanımını artırmak için ve duvarın denge problemini çözmek için uygulanabilecek iyileştirme yöntemleri; a) zemini kaldırmak ve daha ağlam zeminle yer değiştirmek, b) titreşimli yer değiştirme ile taş kolon ve darbeli kırmataş kolon itemleri kullanılabilir. Projede darbeli kırmataş kolon iyileştirme yönteminin eçilmei maliyet ve yapım hızı açıından tercih edilmiştir. Yapılan çalışmanın onucunda; taş kolonların ağladığı yükek kayma dayanımı taş kolon ve zeminden oluşan kompozit yapının kayma dayanımı yükelterek denge problemine karşın yükek güvenlik katayıı elde edilir. Aynı zamanda kompozit yapının kıvamı artırılarak toplam oturma azaltılmış olunur. Taş kolon elemanları ile ağlanan radyal drenaj oturma oranlarını azaltır. Bu çalışma kapamında darbeli kırmataş kolonların denge problemlerinde, taşıma gücü çözümünde ve toplam oturmayı azaltmada ekonomik bir çözüm olduğu ileri ürülmüştür. Wimann ve diğerleri (2007), yapmış oldukları çalışmada darbeli kırmataş kolonların grup etkiini araştırmışlardır. Çalışma kapamında iki ayrı yerde grup kolonlar ile deteklenen temel ve deteklenmeyen temellerin davranışlarını buna ilaveten yapılan tam ölçekli arazi yükleme tetleri ile tekil kolonların onuçlarını karşılaştırmışlardır. Araştırmanın yapıldığı ilk 39

54 bölgede yapılan CPT deney onuçları; uç direnci 1,0 MPa olarak bulunmuş ve 5,0 m derinliğe kadar kil ilt birimlerden oluşmaktadır. Çalışmada; 0,60 m çapında ve 2,40 m boyunda tekil kolonlar üzerinde yükleme teti 2,0 m kare temel altında 5 adet darbeli kırmataş kolon üzerinde grup yükleme teti, 2,0 m kare temelin darbeli kırmataş kolon ile deteklenmediği zaman tam ölçekli yükleme teti yapılmıştır. Araştırmanın yapıldığı ikinci bölgede yapılan CPT deney onuçları; uç direnci 0,30-0,40 MPa araında değişen çok yumuşak iltli kil birimlerinden oluşmaktadır. Çalışmada; 0,76 m çapında ve 2,30 m boyunda tekil kolonlar üzerinde yükleme teti, 2,30 m kare temel altında 4 adet 2,3 m boyunda darbeli kırmataş kolon üzerinde grup yükleme teti, 0,76 m çapında ve 4,6 m boyundaki tekil kolonların üzerinde yükleme teti, 2,3 m kare temel altında 4 adet 4,6 m boyunda darbeli kırmataş kolon üzerinde grup yükleme teti, yapılmıştır. Araştırma kapamında elde edilen onuçlar; Projede kullanılan kıa ve uzun kolonlarla deteklenen temeller de yapılan tekil veya grup yükleme tet onuçlarına göre kolonun üt bölgeinden elde edilen gerilmeye karşı oturma grafikleri oldukça yakın onuçlar vermiştir. Darbeli kırmataş kolon ile iyileştirme yapılan bölgede tahmin edilen darbeli kırmataş kolon rijitliği yapılan yükleme deneyleri onraı teyit edilmiştir. Kıa kolonlarda tekil ve grup yükleme tetlerinin her ikiinde de ortaya çıkan onuç oluşan deformayonun uç yenilmei şeklinde olduğu gözlemlenmiştir. Uzun kolonlarda tekil ve grup yükleme tetlerini her ikiinde de ortaya çıkan onuç oluşan deformayonun yanal genişleme (bulging) şeklinde olduğu gözlemlenmiştir. Darbeli kırmataş kolon ile iyileştirilen temelde 25 mm oturma kriteri için verilen taşıma gücü, darbeli kırmataş kolon ile iyileştirilmemiş zemindekine oranla üç kat daha fazladır. White ve diğerleri (2007), yaptıkları araştırmada tekil darbeli kırmataş kolon ile grup darbeli kırmataş kolonlara uygulanan yükleme tetleri onuçlarını kullanarak grup etkiinin oturma ve taşıma gücü üzerindeki etkiini, aletel gözlemleri kullanarak (gerilme hücreleri, inklinometre, oturma okuma plakaı) kolon üzerindeki gerilme yoğunluğu ve gerilmenin derinlikle değişimini yorumlamışlardır. Yükleme teti onuçları değerlendirildiğinde daha uzun kolon boyuna ahip olan kolonların alt kotlarında oluşan deformayon daha fazla çıkmaktadır. Tekil kolonların taşıma gücü bakımından değerlendirilmei ile uzun olan kolonun daha rijit davrandığı görülmektedir. Grup taş kolonların davranışları karşılaştırıldığında 820 kn dan daha fazla yük uygulandığı zaman yine uzun kolonların daha rijit davranış ergilediği görülmektedir. 40

55 Aletel gözlemin onuçları ie aşağıda özetlenmiştir: Büyük yükler altında kıa kolonlar uç yenilmei, uzun kolonlarda ie yanal genişleme yenilmei oluşmaktadır. Yenilme türünü kolon altı oturma plakalarına bakarak öylemek mümkündür. Bunun yanı ıra yerleştirilen inklinometre onuçları çevre zeminde elde edilen yatay deformayon onuçları da yenilme türlerini de doğrulamaktadır. Akyüzoğlu ve diğerleri (2011), yaptıkları çalışmada Uşak - Afyon devlet yolu Balmahmut üt geçit köprüü ve yaklaşım dolguları kapamındaki temel zeminin darbeli kırmataş kolonlarla iyileştirilmei hedeflenmiş, imal edilen darbeli kırmataş kolonların ekizi üzerinde yükleme deneyleri yapılmıştır. Temel zemini profili 2,7 m derinliğe kadar orta katı kıvamda, 15,5 m derinliğe kadar ie yumuşak - orta katı - katı kıvamda kumlu - iltli kil tabakaı bulunmaktadır. Yapılan ilk çalışmalar onucunda 9,0 m yükekliğindeki dolgu altında yaklaşık 70,0 cm oturma oluşabileceğinden zemin iyileştirmei yapılmaı gerektiği anlaşılmaktadır. Üt geçit ve dolgu altında 8,0 16,0 m boylarında ve 1 х 1 ile 1,7 х 1,7 araında kare yerleşim ve 50,0 cm çaplı darbeli kırmataş kolon imal edilmei ile oturmaların 5,0 10,0 cm mertebelerine inmei öngörülmüştür. Yerleşim planlarının farklılık götermei etki alanın değişim götermeini ağlanmıştır. Zemin türü ve zemindeki SPT değerlerine göre kolon için hücre taşıma gücü, 180,0 kn ve darbeli kırmataş kolon rijitlik modülü 27,0 MN/m 3 olarak eçilmiştir (Fox ve Cowell, 1998). Sonuç olarak; darbeli kırmataş kolon elemanlarının zeminin rijitlik modülünü artırdığı ve kontrol deneyleri onucunu geçtiği göterilmektedir. Dolgu yükleri altında zemin ve darbeli kırmataş kolon iteminden oluşan kompozit yapının oturma miktarı 10,0 cm civarında olduğu ve bu oturmaların dolgu yapım enaında ivedilikle tamamlandığı rapor edilmiş ve aha ölçümleri ile deteklenmiştir. Teorik olarak heaplanan darbeli kırmataş kolonların taşıma gücü ve oturma değerleri ile uyumlu onuçlar veren yükleme deneyleri onuçları üzerine, 8,0 16,0 m değişen boylardaki darbeli kırmataş kolon elemanlarının imalat ıraındaki yoğun ıkıştırma ile 8,0 13,5 ton ervi yükleri altında yükek rijitlikte imal edilebileceği görülmüştür. Bu çalışma kapamında darbeli kırmataş kolonların grup etkiine değinilmemiş ama fikir vermei bakımından bazı önemli huulara değinilmiştir. Dolgu yükleri altındaki darbeli kırmataş kolon grupları enek dolgu yükleri ebebi ile; i) daha yükek yatay gerilmelere maruz kalırlar, yanal gerilme değerindeki artış darbeli kırmataş kolonların taşıma gücünü de artırmaktadır, ii) dolgunun eğimli olmaı darbeli kırmataş kolon ve zemin elemanlarında makalama gerilmeleri üretmektedir, literatürde yanal yayılma (lateral preading, Barkdale ve Bachu, 1983) olarak adlandırılan bu davranış kabarma ve dolgu ağırlığı altında artış göteren yatay gerilmelerin azalmaına ebep olur. Darbeli kırmataş kolonların grup etkiinde ıralanan bu iki etkinin birbirlerini ıfırladığı ve grup kapaitelerinin genel olarak tekil darbeli kırmataş kolon mertebeinde veya bir miktar üzerinde olduğu yönünde görüşleri ortaya çıkarmıştır (Barkdale ve Bachu, 1983). 41

56 3.3 Darbeli Kırmataş Kolon Yapım Yöntemleri Darbeli kırmataş kolon yapımında temel prenip; projede belirtilen derinlik boyunca gerekli kazı aleti ile darbeli kırmataş kolon için gerekli olan çapta delik açılır, daha onra yüzeyden kırmataş kolon malzemei kuyu dibine indirilerek genellikle 30 cm ve daha düşük tabaka kalınlıklarında konik uçlu tokmak ile ıkıştırma işlemi uygulanarak tabakalar halinde kırmataş kolon yapımı onlandırılıp zeminde itenilen iyileştirme miktarını ağlamaktır. Darbeli kırmataş kolon itemleri yapım yöntemlerinin çeşitleri Tablo 3-5'de ve uygulanabilir zemin ınıfları da Tablo 3-6'de göterilmektedir. Tablo 3-5 Darbeli kırmataş kolon itemlerinin yapım yöntemleri ( Geopier foundation Company, 2010) Sitem Geopier Pyramid Geopier3 Impact ImpactR Zemin Türü Silt, Kil, Organik Silt, Kil, Organik Silt, Kil, Organik Çakıl, Kum, Silt, Kil, Organik Çakıl, Kum, Silt, Kil, Organik Delgi Çapı (cm) Darbe Tokmağı Çapı (cm) İmalat Çapı (m) Makiumum Darbe Tokmağı Uzunluğı (m) Yerleşim Aralığı ,6 1,07 61 üt 15, alt ,6 0, ,6 0, ,7+ 1, ,7 1,22 Rampact3 Çakıl, Kum, Silt - üt 38, alt ,22 Tablo 3-6 Darbeli kırmataş kolon itemlerin uygulanabilir zemin ınıfları (Geopier Foundation Company, 2010) Sitem Geopier Pyramid/ Geopier Impact/ ImpactR Rampact/Rampact3 Zemin türü Çakıl Kum Silt Kil Organik Geopier Sitemi (Yerdeğiştirme Yöntemi-Replacement Method) Geopier; iyileştirme yapılacak alanda zayıf zeminin çıkarılmaı ve yerine kırmataş kolonların doldurulup ıkıştırmaı ile imal edilir. Delgi ile itenilen derinliğe indirilmei ve kırmataş 42

57 kolonların darbeleme ile ıkıştırılmaı onucu zeminde toplam ve farklı oturmaların azaltılmaı ile zeminin taşıma gücünün de artırılmaı ağlanır. Geopier iteminin imalatı dört aşamadan oluşmaktadır (Lawton ve Fox, 1994, Lawton ve diğerleri, 1994, Wimann ve Fox, 2000, Wimann ve diğerleri, 2000). Birinci aşamada delgi ile itenilen derinliğe kadar bir kuyu açılmaktadır açılan kuyunun içinde projede kullanılmaı uygun görülen çaplarda kırmataş kolon malzemei indirilir ıkıştırma onraı tabaka kalınlığının 30 cm civarında olmaı itenmektedir. Her tabakanın tamamlanmaının ardından tekrar kırmataş ilave edilerek zemin yüzeyine kadar tabakalar haline tamamlanır. Şekil 3-3'de imalat aşamaları göterilmektedir. Şekil 3-3 Geopier itemlerinin imalat adımları (Geopier Foundation Company, 2010) İmalat aşamaında uygulanan ıkıştırma işlemi kırmataşları düşey olarak ıkıştırmanın yanı ıra kırmataşı yanal olarak da itmektedir. Zeminde oluşan yanal gerilmelerin zemin ıkışmaı üzerindeki etkii darbeli kırmataş kolonlar ile oturma kontrolü yapılmaını ağlamaktadır. Zayıf zemine ilave edilen rijit elemanların çekme donatıları ile beraber kullanıldığı zaman rüzgar ve deprem yükleri altında ilave çekme direncide ağlamaktadır Impact Sitemi (Öteleme Yöntemi -Diplacement Method) Ucuna arf plaka yerleştirilmiş mandrel, zemine itme kuvveti ve darbe ile itenilen derinliğe kadar indirilir ve kırmataş malzemei doldurulur. Mandrel 1,0 m yukarı kaldırılır ve darbe ile kırmataş ıkıştırılarak 30,0 cm kalındığında ıkıştırılmış kırmataş tabakaı oluşturulur. İşlem yüzeye kadar devam edilir ve imalat tamamlanır. Şekil 3-4'de imalat aşamaları göterilmektedir. 43

58 Şekil 3-4 Impact itemlerin imalat aşamaları (Geopier Foundation Company, 2010) Özel ekipman kullanılarak imal edilen Impact itemde düşey itme ve darbelemenin etkii ile zemin yanlara doğru itilir ağlanan bu kuvvet ile çevre zeminde ıkışma meydana gelir. Geopier itemde olduğu gibi dışarıya zayıf zemin çıkarılmadığından görece daha bait bir imalat yöntemidir. Yeraltı u eviyeinin yükek olduğu zeminlerde muhafaza boruuna ihtiyaç olmadığı için pratik ve ekonomik bir zemin iyileştirme yöntemi olmaktadır. 3.4 Darbeli Kırmataş Kolon Yapımında Önemli Faktörler Darbeli Kırmataş Kolon Çapı Kırmataş kolonların çapları uygulanacak olan projeye göre değişmekle beraber kazı yapılıp imal edilen (Geopier) taş kolonlar çaplar 76,0 cm, kılıf kullanılarak imal edilen (Impact) taş kolonlar 50,0 cm civarında değişmektedir Darbeli Kırmataş Kolon Boyu Darbeli kırmataş kolon boyu iyileştirilmek itenilen zemin derinliğine göre projeden projeye farklılık götermektedir. Kazı yapılarak imal edilen (Geopier) taş kolon makimum boyu 8,0 m, kılıf kullanılarak imal edilen (Impact) taş kolon makimum boyu 18,0 m olarak bilinmektedir. Boy çap oranları genellikle 2 ile 8 araında değişmektedir Darbeli Kırmataş Kolon İçel Sürtünme Açıı Darbeli kırmataş kolonların özelliklerini tanımlayabilmek için arazi ve laboratuvar deneylerine ihtiyaç vardır. Temili numuneler üzerinde laboratuvarda üç ekenli baınç deneyleri ve arazide tam ölçekli keme deneyleri yapılarak darbeli kırmataş kolonların özelliklerini belirleyebilmek mümkündür. Arazide uygulanan tam ölçekli keme deneyi onuçlarına göre ince dane oranı % 0 olan malzeme kullanılarak imal edilen kolonların içel ürtünme açıları 49ᵒ, ince dane oranı % 5-10 olduğunda ie içel ürtünme açıı 52ᵒ olduğu bulunmuştur (Fox ve Cowell, 1998). Çizelge 3-1 de arazi keme deney grafiği göterilmektedir. 44

59 Çizelge 3-1 Darbeli kırmataş kolonları üzerinde uygulanan arazi keme deneyi (Fox ve Cowell, 1998). Darbeli kırmataş kolonların laboratuvar ve arazi deney onuçlarına göre yükek içel ürtünme açılarının bulunmaı, taş kolon yapımında kullanılan kırmataş kolon malzemeinin darbeleme onucu yanal olarak genişlemei ve yükek yoğunluğa ahip olmaı şeklinde açıklanabilir Darbeli Kırmataş Kolon Malzemeinin Dane Çapı Darbeli kırmataş kolon yapımında kullanılmaı planlanan malzemenin yükleme ve akma deneylerinden geçmei gerekmektedir. Kullanılabilecek malzemenin makimum çapı 38,0 mm, minimum çapı 13,0 mm civarında değişmektedir. 3.5 Darbeli Kırmataş Kolonlarda Oturma Heabı Zayıf zeminlerde karşımıza çıkan oturma problemlerine karşılık darbeli kırmataş kolonlar kullanılarak iyileştirme yapılmaı onucunda karşımıza; temel, zemin ve darbeli kırmataş kolon itemlerini içeren kompozit bir itemi zemin yapı etkileşimi ortaya çıkmaktadır. Darbeli kırmataş kolon elemanları ile iyileştirme onraı oturma heapları için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Darbeli kırmataş kolonlar ile iyileştirme yapılan zeminde oturma heabı için en pratik yöntem gerilmelerin önümlendiği etki derinliğine kadar yer alan bölgenin iki tabakalı olarak değerlendirilmeidir. (Lawton ve diğerleri, 1994, Lawton ve Fox, 1994, Fox ve Cowell, 1998 ve Wimann ve diğerleri, 2002). Tabakalardan biri "üt bölge" olarak adlandırılan darbeli kırmataş kolonların imal edildiği, ıkışabilirliğin azaltıldığı zemin iyileştirmeinin ağlandığı bölgedir. Diğer tabaka da "alt bölge" olarak adlandırılan ve bilinen oturma analizleri yaklaşımı kullanılan iyileştirmenin yapılmadığı iyileştirme yapılan bölgenin altında kalan alandır. Üt bölge oturmaı ( uz ) ile alt bölge oturmaının ( lz ) toplamı projede meydana gelebilecek toplam oturmayı ( tot ) vermektedir. 45

60 tot uz 3.9 lz Üt Bölge Oturmaı Üt bölge olarak adlandırılan alan temel alt kotundan darbeli kırmataş kolon boyu kadar olan meafeyi kapamaktadır. Üt bölgedeki oturma miktarı, kolon ve kolon imalatı ıraında ıkıştırılan iyileştirilmiş zeminden oluşan kompozit yapının rijitliğine bağlıdır. Bunun yanı ıra üt bölgede meydana gelebilecek oturma kolon modülüne, kolonda meydana gelen gerilmeye, zemin modülüne ve zeminde meydana gelen gerilmeye göre değişmektedir. Darbeli kırmataş kolonlarda meydana gelen gerilmeyi anlamak için yay modeli geliştirilmiştir. Şekil 3-5' de geliştirilen yay modeli göterilmektedir. Şekil 3-5 Darbeli kırmataş kolon gerilme konantrayonu için geliştirilen yay modeli (Fox ve diğerleri, 1998). Temel etkiyen P yükü altında temel altına yerleştirildiği varayılan yaylarda δ miktarı kadar çökme meydana gelecektir. Buna göre P kuvveti; P k

61 olarak yazılmaktadır. Burada; k yay abiti olarak tanımlanmaktadır. Darbeli kırmataş kolonlar ile iyileştirme yapılan zeminde temel yükü nedeniyle kolonun üt kımanda meydana gelen gerilme q g, zeminde meydana gelen gerilmeden q m daha büyük olacaktır. Eğer temel tam olarak rijit bir davranış göterire bu durumda zemin ve kolon içeriinde meydana gelecek oturmalar birbirine eşit olmaktadır. Bu durumda üt bölge oturmaı; uz q g m 3.11 k g q k m şeklinde heaplanabilmektedir. Burada; k = Darbeli kırmataş kolon rijitlik modülü, g k m = Matri zemin rijitlik modülü, olarak tanımlanmaktadır. Şekil 3-5'de göterilen düşey kuvvetlerin toplamı denklem 3.4'deki eşitliği vermektedir. F v 0 qa q A q A g g m m 3.12 Burada; F v = Düşey kuvvet, q = Temel taban baıncı, A = Toplam temel alanı, q g = Darbeli kırmataş kolon üzerindeki gerilme, A g = Darbeli kırmataş kolon alanı, q m =Matri zemin üzerindeki gerilme, A m = Zemin alanı, olarak tanımlanmaktadır. Bu eşitlik kullanılarak darbeli kırmataş kolon ve zemin üzerine gelen gerilmeler; q q g m qn qg R ( n 1) 1 a q qm R ( n 1) 1 a

62 R R A g a 3.15 A qg kg q k 3.16 m m Denklemleri ile ifade edilir. Burada; n = Gerilme yoğunlaşma oranı, R a = Darbeli kırmataş kolon alan oranı, R = Darbeli kırmataş kolon ve matri zemin rijitlik modülü oranı, olarak tanımlanmaktadır. Rijit temeller için R n olduğundan kolon ve zemine gelen gerilme değerleri; q q g m qr qg R ( R 1) 1 a q qm R ( R 1) 1 a denklemleri ile heaplanabilmektedir. Burada; q = Temelden gelen ortalama düşey gerilme, R = Kolon- zemin gerilme oranı, n = Gerilme yoğunlaşma oranı, R a = Alan değişim oranı, k m = Zeminin yataklanma katayıı, olarak tanımlanmaktadır. Rijit temellerde gerilme yoğunlaşma oranı yapılan ölçümler onucu 5 ile 45 araında değişmektedir Alt Bölge Oturmaı Alt bölge oturmaı, elatik oturma ve konolidayon oturmaı heaplamalarına dayanmaktadır. Elatik oturma heaplamaları için geliştirilen çeşitli yöntemlerden herhangi biri kullanılabilir. Matri zeminin elatiite değeri, SPT ( Bowle, 1977 Martin, 1987 ) ya da CPT (Schmertmann, 1975) deney onuçlarına bağlı olarak ampirik yaklaşımlar ile heaplanabilmektedir. Konolidayon oturmalarının heaplanabilmei içinde ödometre deney onuçlarına bağlı değerlendirmeler yapılabilmektedir. Normal konolide kohezyonlu zeminler için alt bölge oturmaı; 48

63 lz H c Pq log c 0 lz 1 e0 P denklemi ile bulunmaktadır. Kohezyonuz ve aşırı konolide kohezyonlu zeminler için alt bölge oturmaı; lz qi H q lz 3.20 E lz Denklemi kullanılarak heaplanabilmektedir. Burada; H lz = Alt bölge kalınlığı, E = Matri zeminin elatiite modülü, lz c c = Matri zeminin ıkışabilirlik modülü, q = Düşey gerilme artışı, e 0 = Başlangıç boşluk oranı, P= 0 Düşey efektif gerilme, olarak tanımlanmaktadır. 3.6 Darbeli Kırmataş Kolonların Taşıma Gücü Darbeli kırmataş kolonlarla iyileştirme yapılan zeminde taşıma gücü oturma limitleri ile kontrol edilmektedir. Darbeli kırmataş kolonların muhtemel göçme mekanizmalarına göre çeşitli taarım yaklaşımları bulunmaktadır. Şekil 3-7 de darbeli kırmataş kolonların yenilme mekanizmaları göterilmektedir. Tekil darbeli kırmataş kolon elemanının yanal genişlemei Tekil darbeli kırmataş kolon elemanının kayma yenilmei Darbeli kırmataş kolon elemanı ile iyileştirilmiş zemin bölgeinde kayma yenilmei Darbeli kırmataş kolon elemanı ile iyileştirilmiş zemin bölgei altında kayma yenilmei 49

64 Şekil 3-6 Meydana gelebilecek göçme mekanizmaları Tekil darbeli kırmataş kolon elemanının yanal genişlemei Kohezyonlu zeminlerde imal edilen tekil darbeli kımataş kolonların yanal genişleme yenilmei Mitchell (1981) tarafından tanımlanmıştır. Kolon boyu yeterince uzun olduğunda kolona gelen gerilme kolonun uç kımına tranfer edilmeden önce kolonda kayma mukavemetinin tamamen uyanmaını ağlamaktadır. Kolon içeriinde gelişen kayma yüzeyi kolon elemanın dışa doğru taşarak göçme yenilmeine ebebiyet vermektedir. Hughe ve Wither (1974), yaptıkları çalışmada tekil kolonların yanal göçme mekanizmalarını boşluk genişleme teorii ile açıklamışlardır. Kolon üzerine gelecek nihai gerilme, kolonu çevreleyen ınır radyal gerilme ve Rankine paif toprak baıncı katayıına bağlıdır g q ult, g r,lim tan (45 ) Burada; g : Darbeli kırmataş kolon içel ürtünme açıı, r,lim : Kolonu çevreleyen ınır radyal gerilme, olarak tanımlanmaktadır. Hughe ve Wither (1974), geliştirdikleri eşitliği aşağıdaki kriterlere dayandırmaktadırlar. Kolon malzemeinde kohezyon bulunmamaktadır. Kolon ve zemin ara yüzeyinde oluşacak keme kuvvetleri heaba katılmaz. Aal gerilmeler hem düşey hem yatay etkiyen gerilmelerdir. 50

65 Temel altı zemin eğer homojen ie yanal genişlemenin beklendiği kritik derinlik z c, darbeli kırmataş kolon elemanının içel ürtünme açıına g, çapına d g ve temel derinliğine D f bağlı olarak; g zc Df dg tan(45 ) denklem 3.22 ile tanımlanmaktadır Tekil darbeli kırmataş kolon elemanının kayma yenilmei Darbeli kırmataş kolon üzerine uygulanan toplam yük Q top,g, çevre ürtünmei Q haft ve uç direnci Q tip,g tarafından karşılanmaktadır. Burada; Q Q Q 3.23 top, g haft tip, g denklemi ile bulunmaktadır. Denklem 3.23 gerilmeler cininden yazıldığında; q A f A q A 3.24 ult, g g haft tip, g g denklemi elde edilmektedir. Burada; q ult, g = Darbeli kırmataş kolon zerindeki nihai gerilme, A g = Darbeli kırmataş kolon alanı, f = Kolon boyunca ortalama birim ürtünme, A haft = Darbeli kırmataş kolon çevre alanı, q tip, g =Darbeli kırmataş kolon çevre direnci, olarak tanımlanmaktadır. Eğer kolon boyu yeteri uzunlukta değile kolon üzerine gelen gerilme kolon uç kımına aktarılabilir. Uç kıımda meydana gelen gerilme göçme meydana gelmeine ebebiyet verebilmektedir. Bu durumda taşıma gücü; q fa 2 q = 4 f d H / d q 3.25 haft ult, g tip, g Ag haft haft tip, g denklem 3.25 ile heaplanabilmektedir. Burada; H haft = Darbeli kırmataş kolon boyu, d haft = İmalattan onra oluşan darbeli kırmataş kolon çapı, d = Darbeli kırmataş kolon çapı, 51

66 olarak tanımlanmaktadır. Darbeli kırmataş kolonların uç taşıma gücü Terzaghi-Buiman denklemi ile; q, q cn 0,5d N N tip g ult c haft v q heaplanabilmektedir. Burada; N, N, N = Taşıma gücü faktörleri, c q ρ= Zeminin birim hacim ağırlığı, σ v = Efektif gerilme, olarak tanımlanmaktadır Darbeli kırmataş kolon elemanı ile iyileştirilmiş zemin bölgeinde kayma yenilmei Bu yenilme mekanizmaında göçme düzleminin kolon ve zeminden oluşan bölge içeriinden geçtiği kabul edilmektedir. Kayma düzlemi boyunca kayma dayanımı, matri zeminin ürtünme direnci t ve darbeli kırmataş kolon elemanlarının ürtünme direnci t g değerlerine bağlıdır. Darbeli kırmataş kolonlar ile iyileştirilmiş olan zemin bölgeinde meydana gelecek yerel göçme, kompozit zemin parametreleri ve gelenekel Terzaghi-Buiman taşıma gücü eşitlikleri kullanılarak heaplanabilir. Kompozit zemin parametreleri Priebe (1978)'e göre; 1 com tan nratg g (1 Ran ) tg m 3.27 c com (1 R n) c 3.28 a denklemleri ile heaplanabilmektedir Darbeli kırmataş kolon elemanı ile iyileştirilmiş zemin bölgei altında kayma yenilmei Darbeli kırmataş kolon elemanlarında meydana gelebilecek bir diğer göçme mekanizmaı iyileştirilmiş bölge altında kalan alanda göçme meydana gelmeidir. Bu göçme mekanizmaının engellenebilmei için gelenekel yollarla heaplanan değerin denklem 3.18'de heaplanan değerle karşılaştırılarak izin verilebilir taşıma gücü belirlenmelidir. Temel altında ki gerilme oranı 2:1 oranında artığı kabulüyle kolon ile iyileştirilmiş bölge altındaki gerilme; q q ( B H)( L H) / BL 3.29 ult bottom denklemi ile heaplanabilmektedir. Burada; q bottom = İyileştirilmiş tabaka altında oluşan gerilme, 52

67 B = Temel genişliği, L = Temel uzunluğu, H = İyileştirilmiş tabaka kalınlığı, olarak tanımlanmaktadır. 3.7 Darbeli Kırmataş Kolonların ile Taş Kolonların Karşılaştırılmaı a. Darbeli kırmataş kolonlar yatay ya da düşey titreşimlerle yer değiştirmek yerine kazılarak ya da titreşim + düşey darbelerle yer değiştirme ağlanarak imal edilir. b. Darbeli kırma taş kolon yapımında kullanılan tokmağın konik uçlu olmaı düşeyde ve yanalda ağlanan zemin ıkılığını ve yer değiştirme oranını artırarak zeminde ön gerilme, ön şekil değiştirme ve ıkışmayı ağlamaktadır. c. Bahi geçen iki iyileştirme yöntemi içinde en iyi onuçlar; mukavemeti 15,0-50,0 kpa araında değişen, ıkışabilir zeminlerde elde edilmektedir. d. İyileştirme iteminde imalat yöntemi eçmenin önemi unutulmamalıdır. Örneğin haa kil ve ilt zeminlerde titreşimli imalat enaında titreşimin boşluk uyu baınçlarını artırmaı onucu zeminde mukavemet kaybı gözlenmektedir. e. Çok yumuşak zeminlerde dikkat edilmei gereken önemli huulardan biri de yanal genişleme göçmeidir. Malzemenin drenajız kayma mukavemeti tabaka kalınlıkları kolon uygulamaını etkilemektedir. Bu ebeple zayıf zemin tabakalarının kalınlığı kolon çapının iki katını geçmemei gerekmektedir. f. İyileştirme yöntemlerinin ikiide; toplam ve faklı oturma kontrollerinde, konolidayon ürelerini hızlandırmada, şev tabiliteinde, taşıma gücü artırımın da ve ıvılaşma problemi olan zeminlerde kullanılmaının ekonomik ve hızlı çözümler olduğu bilinmektedir. 53

68 4 DARBELİ KIRMATAŞ KOLON TASARIM ÖRNEKLERİ (GEOPIER FOUNDATION) Şaft Uzunluk Heaplamaları 3 katlı ticari bir binanın temel deteklenmei için darbeli kırmataş kolonlar kullanılacaktır. Temel 1,1 m derinliğe oturtulacaktır. Zemin cini kil olup direnajlı kayma direnci açıı φ 24ᵒ'dir. Kil zeminin birim hacim ağırlığı 17,2 kn/m 3 'dür. Darbeli kırmataş kolonların taarım baıncı 663 kpa olarak verilmiştir. Şaft uzunluğu taarımda 2,1 olarak belirlenmiş ve izin verilebilir oturma miktarı 2,5 cm'dir. Verilen şaft uzunluğu yeterlimidir değile uzunluk ne olmalıdır? Çözüm: Darbeli kırmataş kolon yükü; 2 Qg qg Ag 600kPa 0, 5m 300kN Toplam şaft uzunluğu; ( D H ) (1,1m 2,1 m) 3,2m f Şaftın altındaki toplam efektif gerilme; ( ( D H )) 17,2 kn / m 3,2m 55 kn / m f 3 2 Rankine paif toprak baıncı katayıı; K p tan 45 tan 45 2, Şaftın altındaki Paif toprak baıncı; ( K ) 2, 3755 kn / m 130 kn / m 120 kn / m v p Şaft altındaki paif toprak baıncı yapıdan gelen makimum baınçdan fazla olduğu için,paif toprak baıncının 120 kn/m 2 'ye eşit olduğu derinlik olan kritik derinliği ( z crit ) heaplamak gerekmektedir / 17,2 / ( ) 2,37 kn m kn m z crit yapıdan gelen makimum yatay baınç zcrit 2,9m 54

69 Ortalama efektif yatay baınç; Df K p 120 kn / m h avg ,117, 2 kn / m 2, kn / m h avg 82,4 kn / m 2 Temel altı ile kritik derinlikte ağlanan şaft direnci; Q tan D z D g havg crit f 2 0 Qg 82, 4 kn / m tan 24 0, 76m 2,9m 1,1 m ) 158kN Kritik derinlik ile şaft uzunluğunda ağlanan şaft direnci; Q tan D H ( z D ) g h crit f Qg 120 kn / m tan 24 0, 76m 2,1 m (2,9m 1,1 m) 38,3kN Toplam şaft direnci; Q Q Q g g g 2 Q 158kN 38.3kN 196.3kN 300kN g Toplam şaft direnci kolon kapaiteinden (300 kn) daha düşük olduğu için şaft derinliği artırılmalı Şaft derinliği H =2,1 m olarak verilmişti bu derinliği 3,0 m olarak değiştirdiğimizde şaft dirençleri tekrar heaplanır. Q 158kN ( heabında şaft uzunluğu olmadığı için değişmeyecektir) g Q tan D H ( z D ) g h crit f 2 0 Qg 120 kn / m tan 24 0, 76m 3, 0 m (2,9m 1,1 m) 153kN Q 158kN 153kN 311kN 300kN g Şaft direnci kolon direncini aştığı için şaft direnci 3 m olarak değiştirilmelidir. 55

70 4.1.2 Döşeme Yüklerine Göre Kolon Heabı Büyük bir yemek firmaı Ambar yapmak itemektedir. Ambarda kolon yükleri hafif fakat döşeme yükleri ağırdır. Taarımda döşeme baıncı 20,6 kn/m 2 olarak verilmektedir. Ambarın yapılacağı alanda orta ıkılıkta ilitli kum tabakaı üzerinde 4,3 m yumuşak, ıkışabilir kil tabakaı bulunmaktadır. Kil tabakaının birim hacim ağırlığı 17,2 kn/m 3, SPT-N değeri 4 ve drenajız keme dayanımı 31,1 kn/m 2. Yeraltı u eviyei yüzeydedir. Zemin profili Şekil 3-8 de göterilmektedir. Kolon çapı 0,76 m olan kolon taarımını yapınız. Çözüm: Şekil 4-1 Döşeme plakaı heaplaımında kullanılan zemin profili Öncelikle kolonlar araı meafe ( max ) heaplanmalıdır. Tablo 4-1 de N=4; Q 311 kn ve k 47, 5 MN / m cell g 3 Kabul edilen km 3 ; 2,7 MN / m Q 311kN 3.75m p 20.6 kn / m cell max 2 Dolgu için gerekli olan (t) kalınlık heaplanmalıdır. Bu dolgu tabakaı döşemeyi detekleyecek ve kolonların üt kımı için tam bir kemerlenme (arching) etkii ağlayacaktır. t ( d) / 2 (3,75 0,76) / 2 1,5m Üt bölge oturmaını heaplamak için; Alan oranı ; R a 2 Ag 0,46 0, ,75 56

71 Rijitlik oranı; R 3 kg 47,5 MN / m 17,6 3 k 2,7 MN / m m Kolon üt kıım gerilmei; R 17,6 qg q 20,6 kn / m 234 kn / m R Ra Ra 1 17,6*0,333 0, Üt bölge oturmaı; uz 2 qg 237 kn / m 5,0mm 3 k 47,5 MN / m g 57

72 Tablo 4-1 Kolon Taarımı İçin Ön Değerler Kum ve Kumlu Silt Kil ve Silt Turba SPT-N UCS, (kn/m²) İzin verilebilir kompozit temelin taşıma baıncı (kn/m²) qall kolon ve temel kapaitei (kn) Qcell kolon elemanı rijitlik modülü (MN/mᶟ) kg İzin verilebilir kompozit temelin taşıma baıncı (kn/m²) qall kolon ve temel kapaitei (kn) kolon elemanı rijitlik modülü (MN/mᶟ) İzin verilebilir kompozit temelin taşıma baıncı (kn/m²) kolon ve temel kapaitei (kn) kolon elemanı rijitlik modülü (MN/mᶟ) ve ütü 383 ve ütü Qcell kg q all Q cell kg 58

73 4.1.3 Temel Oturma Heabı Zemin profilinin üt bölgeinde 3,7 m derinliğinde iltli kil bulunmkatadır. SPT-N değeri N=5 dir. Siltli kil zemin altında aşırı konolide kil zemin bulunmaktadır. Bu zemine ait yükleme-boşaltma ıkışma indii =0,03 tür. Yeraltıu eviyei yüzeyden 1,5 m derindedir. c r Zemin profili Şekil 4-2 de göterilmektedir. Makimum kolon yükü 2157 kn olarak verilmiştir. Temel Franklinde inşa edilecektir bu yüzden donmaya karşı önlem için 0,6 m derinliğine gömülecektir. Şekil 4-2 Zemin profili 0,76 m çapında ve 3,0 m uzunluğunda yapılmaı planlanan kolonlar için temel taarımı naıl olmalıdır? Çözüm: Tablo 4-1 kullanılarak üt bölge için kolon parametre değerleri bulunur. N=5 ; qmax 240 kn / m, Q 311 kn ve k 47,5 MN / m Matri zemin rijitliği; 2 3 cell g Baınç( q) k Eğilme( ) Matri zeminin 96 kn/m 2 baınç altında makimum 2,5 cm oturma yapacağı kabul edilerek; 59

74 k m 2 Baınç 96 kn / m 3,8 MN / m Eğilme 0,025m Üt bölge oturmaı; Pmax 2157kN Kolon ayıı (N)= 6,9 7 Q 311kN cell 3 Gerekli temel alanı (A)= P q max max 2157kN 9m kn / m 2 Gerekli temel genişliği (B)= Uygulanan temel baıncı (q)= 2 A 9m 3m P B 2157kN 240 kn / m (3 m) max Alan oranı R a 2 Ag 7 (0, 46 m ) 0,36 2 A (3 m) T Rijitlik oranı R 3 kg 47,5 MN / m 12,5 3 k 3,8 MN / m m Kolon üt kımı gerilmei; R 12,5 qg q 240 kn / m 584 kn / m Ra R Ra 1 12,5 0,36 0, Üt bölge oturmaı; Alt bölge oturmaı; uz 2 qg 584 kn / m 1MN 3 g 47,5 / ,2cm k MN m kn Gerilme dağılım derinliği (kabul); 2 B 23m 6m Şaft uzunluğu (kabul); H 3m Üt bölge kalınlığı; H ( H d) (3 0,76) 3,76m Alt bölge kalınlığı; uz H 2 B H (23m 3, 76 m) 2, 24m lz uz Alt bölgenin orta noktaının derinliği; Hlz 2,24m z Huz 3, 76m 4,88m 2 2 Derinlik / Temel genişliği oran;ı z B 4,88m 3,0m 1,63 Wetergaard etki faktörü (Çizelge 4-1); I ;Çizelgeden z B 1,63 0,1 60

75 Çizelge 4-1 Wetergaard etki faktörü Alt tabaka ortaındaki düşey trein tahmini değeri; (birim hacim ağırlık=18kn/m 3 kabulü ile) p D z D z D 0 f w f gw 3 3 p0 18 kn / m 0,6m 4,88m 10 kn / m 0,6m 4,88m 1,5m Alt bölge oturmaı; 2 2 P 58,8 / 240 / 0,1 0 qi kn m kn m lz Hlzc r log 2, 24m0, 03log 0, 01m 1cm 2 P 0 58,8 kn / m Toplam oturma; 1,2cm 1cm 2,2 cm T uz lz 2, 2cm 2,54cm 61

76 5 TAŞ KOLON İLE İYİLEŞTİRİLMENİN YATAY DEPREM İVMESİ ALTINDA ZEMİN DAVRANIŞININ SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE HESAPLANMASI Taş kolonların yatay deprem ivmei altında zemin davranışını incelemek için üç farklı durum değerlendirilmiştir. Bunlar; 1. Durum: Arazide doğal durumda bulunan kil tabakaı içeriine taş kolonların yerleştirilmei, 2. Durum: Sağlam tabakaya oketlenmiş taş kolonların yerleştirilmei, 3.Durum: Yükleme altında ağlam tabakaya oketlenmiş taş kolonların yerleştirilmei, ile yatay deprem ivmei altında yatay ve toplam yerdeğiştirme miktarlarını belirlemek için denenmiştir. Toplam ve yatay yereğiştirme miktarlarını öğrenmek için onlu elemanlar programı olarak Plaxi programı kullanılmıştır. 5.1 Sonlu elemanlar programı Bu çalışma kapamında onlu elemanlar programı olarak Plaxı programı kullanılmıştır. Program kendi içinde 4 bölümden oluşmaktadır. Bunlar; 1. Input: Modelin geometik özelliklerinin ve malzeme değerlerinin tanımlanmaı, 2. Output: Heaplamanın ardından analiz onuçlarının elde edilmei, 3. Calculation: Modelin tamamlanmaının ardından heaplamanın yapılmaı için geçilen aşama, 4. Curve: Analizin ardından itenilen grafiklerin çizilmei, şeklinde ıralanmaktadır. Programın başlangıcında öncelikle geometrik model girilmelidir. Geometrik model temili olarak yapılacak alanın çizilmei ile başlamaktadır. Programda geometrik modeli oluşturmak için öncelikle noktalar (point), noktaların birleştirilmei ile oluşan çizgiler (line) ve çizgilerin birbirine eklenmei ve geometrik şeklin tamamlanmaı ile kapalı alanlar (cluter) oluşturulur. Problemin geometrik şeklinin tamamlanmaının ardından zemin tabakaları, yapım aşamaları ve yüklerinin tanımlanmaı gerekmektedir. Şekil 5-1 problemin geometrik şeklini tanımlamaının yanı ıra arazide doğal durumda bulunan kil zemini de tanımlamaktadır. Daha onraki aşamada modelde taş kolonlar tanımlanır. 62

77 Şekil 5-1 Problemin geometrik şekli ve arazideki doğal durum Tüm verilerin tanımlanmaı ile modelin her aşamaının oluşturulmaının ardından program calculation kımına geçer ve programda tanımlanan veriler altında heaplamalar yapılır. Belirlenen referan noktalarında onuç grafikleri alınmaktadır. 5.2 Modelde Kullanılan Malzeme ve Zemin Özellikleri Malzeme Özellikleri Modelde kullanılan taş kolon ve temel malzemeine ait özellikler Tablo 5-1 de göterilmektedir. Tablo 5-1 Taş Kolon ve Temel için Malzeme Özellikleri Taş Kolon Temel Lineer Elatik (nonporouporou) Lineer Elatik (non- Malzeme w (kn/m/m) EA (kn/m EI (knm 2 /m v Kalınlık (m) 0,748* 1.00 Rayleigh Damping α ve β Zemin Özellikleri Modelde doğal durum için kullanılan kil zeminin, iyileştirilmiş durum için kullanılan zeminin ve ağlam tabaka olarak iyi derecelendirilmiş çakıl zeminin (GW) parametre değerleri Tablo 5-2 de göterilmektedir. İki farklı zemin kullanılmaının amacı taş kolon davranışının farklı zeminlerde naıl olacağını gözlemlemektir. 63

78 Tablo 5-2 Doğal durumdaki kil, iyileştirilmiş durumdaki zemin ve GW zemin parametreleri İim Kil İyileştirilmiş Durum GW MalzemeModeli HS mall HS mall HS mall MalzemeTipi Drenajlı (drained) Drenajlı (drained) Drenajlı (drained) n (kn/m 3 ) 17,0 18,5 21,0 d (kn/m 3 ) 19,0 19,5 22,5 ref E ; ' 50 E (kpa) ref E oed (kpa) ref E ur (kpa) Ütlük, m 1,0 1,0 0,5 c (kpa) ( ) ( ) ur 0,2 0,2 0,2 γ 0.7 0,05 0,025 0,005 G 0 ref (kpa) Rayleigh Damping α ve β 0,01 0,01 0,01 ref p (kpa) K 0,NL 0,658 0,500 0,357 R f 0,90 0,90 0,90 64

79 5.3 Analiz Sonuçları İçin Seçilen Noktalar Analiz onuçlarını değerlendirmek ve onuç grafikleri için modelde eçilen referan noktaları A ve B Şekil 5-2 de göterilmektedir. Şekil 5-2 Modelde eçilen referan noktaları A ve B 5.4 Uygulanan Yatay Deprem İvmei Bu çalışmada yerleştirilen taş kolonların yatay deprem ivmei altında davranışı inceleneceğinden modelde kullanılan yatay deprem ivmei 1999 da Adapazarında gerçekleşen deprem kayıtlarından alınmış ve Şekil 5-3 de göterilmektedir. Şekil 5-3 Modelde kullanılan yatay deprem ivmei (Adapazarı Depremi, 1999) 65

80 5.5 Taş Kolon Özellikleri Yapılan analizlerde taş kolonlar; düzlem deformayon durumunda z =3,00 m ve D=1,00 m çapına ahip (taş kolonlar için eşdeğer çap) taş kolonlar için yatay aralık x =3,00 m dir. Taş kolon boyu L=20,0 m olarak modellenmiştir. Sağlam tabakaya oketlenmiş durumda; taş kolonlar 17,0 m yumuşak kil tabakaını geçip 3,0 m ağlam çakıl tabakaına oketlenmiştir. 5.6 Doğal Durum için Sonlu Elemanlar Analizi Model Geometrii Doğal Durum Kil doğal durumda Tablo 5-2 de özetlenen parametre değerleri girilerek Şekil 5-3 da göterilen yatay deprem ivmeine tabi tutulmuştur. Şekil 5-4 de arazideki doğal durum göterilmektedir. Şekil 5-4 Arazideki doğal durum Taş Kolonların Yerleşimi Şekil 5-5 de taş kolonların yerleşimi göterilmektedir. Şekil 5-5 Taş kolon yerleşimi 66

81 Taş kolon Uygulamaından Sonra Zemin Taş kolonların yerleştirilmeinin ardından zeminde iyileşme ağlanacağı için iyileştirilmiş zemin özelliklerini* içeren model Şekil 5-6 da göterilmektedir. Şekil 5-6 Taş kolon uygulamaının ardından zemin iyileşmei *Bu modelde taş kolonların uygulandıkları derinlik için zeminin doğal rijitlik parametrelerini %50 artırdığı kabulü yapılmıştır Doğal Durum için Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçları Toplam Yerdeğiştirme Belirlenen referan noktalarında alınan onuç grafiklerinde A ve B noktalarında ki doğal durum ile iyileştirilmiş durum bir arada göterilmektedir. Toplam yer değiştirmenin zamana bağlı değişimi Şekil 5-7 de göterilmektedir. Uygulanan taş kolon iyileştirmei onraı zeminde meydana gelen toplam yer değiştirmenin azalmaı deprem davranışının kararlı hale gelmeini ağlamakla üt yapıya aktarılacak kuvvetlerin azalmaını ağlamaktadır. Şekil 5-7 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında doğal durumda meydana gelen toplam yer değiştirme 67

82 Yatay Yerdeğiştirme Yatay deprem ivmei altında yatay yer değiştirmenin zamana bağlı grafiği Şekil 5-8 de göterilmektedir. Verilen şekilde eçilen referan noktaları için arazideki doğal durum ve iyileştirilmiş durum yer almaktadır. Zemin iyileştirmei olarak yerleştirilen taş kolonların uygulanan yatay deprem ivmei altında yatay yer değiştirmeleri azalttığı görülmektedir. Şekil 5-8 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında doğal durumda meydana gelen yatay yer değiştirme Etkiyen Yatay İvme Şekil 5-9 de etkeyen yatay ivme grafiği göterilmektedir. Şekil 5-9 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında meydana gelen yatay ivme grafiği 68

83 5.7 Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum için Sonlu Elemanlar Analizi Model Geometrii Doğal Durum Arazideki doğal durum için; görece oldukça yükek rijitliğe ahip iyi derecelendirilmiş çakıl (GW) tabakaı üzerinde 17,0 m kalınlığında yumuşak kil tabakaı bulunmaktadır. Arazideki doğal durum Şekil 5-10 da göterilmektedir. Şekil 5-10 Arazideki doğal durum Taş Kolonların Yerleşimi ve Aktifleştirilmei Şekil 5-11 de taş kolonların yerleştirilmei göterilmektedir. Doğal durumda yerleştirilen taş kolon uygulamaından onra zemin özelliklerinin değişimi bir önceki modelde belirtilmiştir. Sağlam tabakaya oketlenen durum için taş kolon iyileştirmei ardından zemindeki iyileştirme ihmal edilecektir. Taş kolonların aktif edildiği durum Şekil 5-11 de göterilmektedir. Şekil 5-11 Sağlam tabakaya oketlenmiş taş kolon yerleşimi Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum için Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçları Toplam Yerdeğiştirme Analiz onuçlarını almak Şekil 5-2 de göterilen A ve B referan noktalarından alınan toplam yer değiştirme miktarlarına bakılarak doğal durum ve iyileştirilmiş durum araında kıyalama yapılabilmektedir. Şekil 5-12 de arazide taş kolon iyileştirme öncei ve onraı 69

84 toplam yer değiştirme miktarları görülmektedir. Taş kolon uygulamaının ardından toplam yer değiştirme miktarlarında azalma olduğu görülmektedir. Şekil 5-12 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen toplam yerdeğiştirme Yatay Yerdeğiştirme Arazide meydana gelen iyileştirme öncei ve onraı yatay yerdeğiştirme miktarları da Şekil 5-13 de göterilmektedir. Şekil 5-13 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen yatay yerdeğiştirme 70

85 Etkiyen Yatay İvme Şekil 5-14 de etkşyen yatay ivme grafiği verilmektedir. Şekil 5-14 Uygulanan yatay deprem ivmei onraında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen yatay ivme grafiği 5.8 Yükleme Altında Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum Model Geometrii Doğal Durum Bu modelde kullanılan zemin profili ve rijitlik parametreleri ağlam tabakaya oketlenmiş taş kolonların incelenmeinde kullanılan zemin profili ve rijitlik parametreleri ile aynı değerlerdir. Yükleme altında ağlam tabakaya oketlenmiş durum için yatay deprem ivmei altındaki davranışında t=1000 m kalınlığında ve B=1000 m genişliğinde yüzeye oturtulmuş bir temelin uniform yükleme durumu incelenmiştir. Analiz için temel özellikleri oil material olarak modellenmiş ve lineer elatik davrandığı kabul edilmiştir. Şekil 5-15 de arazideki doğal durum göterilmiştir. Şekil 5-15 Arazideki doğal durum 71

86 Taş Kolon Yerleşimi ve Aktifleştirilmei Taş kolon yerleşimi onraında kil zeminde meydana gelmei beklenen iyileştirme bu analiz için ihmal edilecektir. Doğal durum, taş kolonların olmadığı durum; iyileştirilmiş durum, taş kolonların iyi derecelendirilmiş çakıl (GW) tabakaına 3000 m oketlendiği durum olarak adlandırılmıştır. Şekil 5-16 da taş kolon yerleşimi ve aktifleştirilmiş durum göterilmektedir. Şekil 5-16 Taş kolonların yerleşimi ve aktifleştirilmei Yükleme Altında Sağlam Tabakaya Soketlenmiş Durum İçin Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçları Toplam Yerdeğiştirme Referan noktaları olarak belirlenen A ve B noktalarına alınan toplam yer değiştirme grafiklerinde doğal ve iyileştirilmiş durum için değerler verilmektedir. Şekil 5-17 de göterilen değerler altında ivme pik noktandan onra yer değiştirme miktarlarında gözle görülür azalma meydana gelmektedir. Şekil 5-17 Yükleme altında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen toplam yerdeğiştirme 72

87 Yatay Yerdeğiştirme Şekil 5-18 de referan noktalarında alınan doğal durum ve iyileştirilmiş durum için yatay yerdeğiştirme grafiği verilmiştir. Şekil 5-18 Yükleme altında ağlam tabakaya oketlenmiş durumda meydana gelen yatay yerdeğiştirme 73