TAŞ KOLON VE GEOPIER UYGULAMASI İLE ZEMİN İYİLEŞTİRMESİ

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TAŞ KOLON VE GEOPIER UYGULAMASI İLE ZEMİN İYİLEŞTİRMESİ İnşaat Mühendii Hakan DEMİR FBE İnşaat Mühendiliği Anabilim Dalı Geoteknik Programında Hazırlanan YÜKSEK LİSANS TEZİ Tez Danışmanı : Prof. Dr. Kutay ÖZAYDIN İSTANBUL, 2007

2 İÇİNDEKİLER Sayfa SİMGE LİSTESİ... v KISALTMA LİSTESİ...ix ŞEKİL LİSTESİ... x ÇİZELGE LİSTESİ... xv ÖNSÖZ...xvii ÖZET...xviii ABSTRACT...xix 1. GİRİŞ Literatür Araştırmaı Amaç TAŞ KOLONLAR Genel Taş Kolon İmalatı Vibratör Taş Kolon Uygulama Yöntemleri Vibro Kompakiyon Vibro Kompakiyonun Performanı Vibro Yer Değiştirme Ilak, Tepeden Belemeli Yöntem Kuru, Dipten Belemeli Yöntem Vibro Sitemlerin Taarımı Taarım Kriterleri Taarım için Gerekli Veriler Taşıma Kapaiteinin Arttırılmaı İyileştirilmiş Zeminde Oturma Heabı İyileştirilmiş Zemin Parametreleri İyileştirme Faktörü Heabı Kolon Sıkışabilirlik Etkiinin Göz Önüne Alınmaı Derinliğin (Jeolojik Yükün) Etkiinin Göz Önüne Alınmaı Uygunluk Kontrolü İyileştirilmiş Zeminin Mekanik Dayanım Parametreleri İyileştirilmiş Zemin Oturma Heapları İyileştirilmiş Zeminde Taşıma Güü Heabı Tekil Kolon İçin Göçme Mekanizmaları Taş Kolon Grupları İçin Göçme Mekanizmaları Temel Bağlantılar Birim Hüre Konepti Nihai Taşıma Güü Analizi Tekil Taş Kolon ii

3 Taş Kolon Gruplarının Nihai Taşıma Kapaitei GEOPIER KOLON İMALATI Genel Yapım Aşamaları Geopier Kolon Çeşitleri Diğer Zemin İyileştirme Yöntemleri İle Karşılaştırma Geopier Kolonlar İle Deteklenmiş Temellerde Oturma Heabı Üt Bölge Oturmaları Alt Bölge Oturmaları Geopier (Rammed Aggregate) Kolonlar İle İyileştirilmiş Zeminlerde Temel Taşıma Güü Heabı Tekil Kolonun Taşıma Kapaitei Tekil Kolon Elemanında Genişleme Göçmei Tekil Kolon Elemanı Uunda Meydana Gelebileek Göçme Kolon Gruplarının Nihai Taşıma Kapaitei Kolon Gruplarında Genişleme Göçmei Kolon Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Geleek Kayma Göçmei Grup İçindeki Kolonun Zımbalanma Göçmei Kolon ve Zeminden Oluşan Bölge Altında Göçme Meydana Gelmei TAŞ KOLON VEYA GEOPİER İLE İYİLEŞTİRİLMİŞ ZEMİNLERDE OTURMA VE TAŞIMA GÜCÜ HESABI Genel Zemin Keiti ve Özellikleri İyileştirme Yapılmamış Zeminde Oturma ve Taşıma Güü Heabı E = 5000 Olan Yumuşak Kil Zeminde Meydana Geleek Nihai Oturma E = 3500 Olan Yumuşak Kil Zeminde Meydana Geleek Nihai Oturma İyileştirilmemiş Yumuşak Kil Zeminde Taşıma Güü Taş Kolon İle İyileştirilmiş Yumuşak Kil Zemin Keiti ve Taş Kolon Özellikleri E = 3500 Olan Yumuşak Kilde 2.00 m Aralıklı 80 m Çapındaki Taş Kolonlar ile Zemin İyileştirmei Uygulanmaı Durumu Taş Kolon İle İyileştirilmiş Zeminde Oturmanın Belirlenmei İyileştirilmiş Zeminde İzole Edilmiş Tekil Kolon İçin Taşıma Güü Alan Değişim Oranı Taş Kolonda Genişleme Göçmei Tekil Taş Kolon Kapaitei Kolon Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Geleek Göçme Geopier İle İyileştirilmiş Yumuşak Kil Zemin Keiti ve Geopier Özellikleri Φ80 Çaplı Geopier Kolonların 2.00 m Ara İle Yumuşak Kil Zemine Uygulanmaı Taşıma Güü Heapları Tekil Kolon Elemanında Genişleme Göçmei Tekil Kolon Elemanı Taşıma Güü Kolon Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Geleek Göçme Kolon ve Zeminden Oluşan Bölge Altında Göçme Meydana Gelmei Oturma Heapları Üt Bölgede Meydana Geleek Oturma Alt Bölgede Meydana Geleek Oturma iii

4 5. TAŞ KOLON VEYA GEOPİER İLE İYİLEŞTİRİLMİŞ ZEMİNLERDE OTURMA VE TAŞIMA GÜCÜNÜN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE HESAPLANMASI Plaxi Sonlu Elemanlar Programı Modelin Oluşturulmaı (Input) Mohr-Coulomb Modelin Temel Kavramları Plaxi İle Oturma ve Taşıma Güü Heabı İyileştirme Yapılmamış Dolgu Temel Zemininin Davranışı Taş Kolon İle İyileştirilmiş Dolgu Temel Zemininin Davranışı Geopier Elemanlar İle İyileştirilmiş Zeminde Dolgunun Kil Zemin Üzerine Oturtulmaı SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR INTERNET KAYNAKLARI ÖZGEÇMİŞ iv

5 SİMGE LİSTESİ A Birim Hüre Toplam Alanı a A A dolgu A g A m A B Alan Değişim Oranı Taş Kolon Alanı Dolgu Alanı Geopier Alanı Geopier Heaplarında Zemin Alanı Birim Hüre İçeriindeki Kohezyonlu Zeminin Alanı Temel Genişliği avg Temel Altındaki Keme Yüzeyinin Kompoit Kohezyonu ( omp ) v C 1 Kohezyonlu Zeminin Bakir Sıkışma İndeki Konolidayon Katayıı Taş Kolon Dizilimine Bağlı Bir Sabit Efektif Kohezyon d Geopier elemanı Efektif Çapı d p D D D e D f D d haft e o E 50 E E LZ E Sondaj Çapı Sıkıştırılmış Taş Kolon Çapı Taş Kolon Malzemei Zorlanma Modülü Birim Hürenin Eşdeğer Çapı Temel Derinliği Zeminin Zorlanma Modülü Geopier Kolon Çapı Başlangıç Boşluk Oranı Elatiite Modülü Taş Kolon Malzemei Elatiite Modülü Alt Bölgenin Elatiite Modülü Zeminin Elatiite Modülü F,F q,f γ Şekil Faktörleri f d f F v F, F q H H d Derinlik Faktörü Kolon Çevre Yüzeyi Boyuna Birim Taşıma Güü Düşey Kuvvet Vei (1972) Boşluk Genişleme Faktörleri Dolgu Yükekliği Drenaj Meafei v

6 H LZ Alt Bölge Kalınlığı H UZ Üt Bölge Kalınlığı (H haft ) H o I r I q I S,I F K AC k g k m K p,g K p,m k y k x K o K o L m m v n N,N q,n γ n n 0,n 1,n 2 q all q bottom q m q p Kazı Derinliği Rijitlik İndeki Wetergaard Etki Faktörü Etki Katayıları Taş Kolon Malzemei Aktif İtki Katayıı Kolon Malzemei Yataklanma Katayıı Zeminin Yataklanma Katayıı Geopier Malzemei Paif İtki Katayıı Geopier Heaplarında Zeminin Paif İtki Katayıı Zeminin Düşey Permeabilitei Zeminin Yatay Permeabilitei Sükûnetteki Toprak Baını Katayıı Kolon Malzemei Sükûnetteki Toprak Baını Katayıı Temel Uzunluğu Taş kolona Gelen Kımi Yük Oranı Haimel Sıkışma Katayıı Tabaka Sayıı Taşıma Kapaitei Faktörleri Gerilme Dağılım Oranı Priebe a (1995) Göre İyileştirme Faktörleri İzin Verilebilir Taşıma Güü Geopier Uygulanmış Tabakanın Alt Kımında Sebep Olunan Gerilme Zemine Gelen Düşey Gerilme Kolon Tepeine Etkiyen Düşey Gerilme q tip,g Geopier Elemanı Uç Direni (q ult,bot,g ) q ult q ult,g P p P P P 0 Nihai Taşıma Kapaitei Geopierin Nihai Taşıma Kapaitei Temelden gelen Yük İyileştirilmiş Zemine Uygulanan Temel Taban Baını Temelden Kolona Gelen Yük Temelden Zemine Gelen Yük Başlangıçtaki Düşey Efektif Gerilme vi

7 RRa RRa RR Alan Değişim Oranı İndirgenmiş Alan Değişim Oranı Kolon-Zemin Rijitlik Oranı RR İndirgenmiş Gerilme Konantrayon oranı (n ) Taş Kolonlar Araındaki Merkezden Merkeze Olan Meafe S,LZ S i,lz S m,lz S,LZ S T u S UZ T v u o W W W p z b σ σ ro σ r,lim σ σ vo σ v,ave σ 3 τ g τ β Ф avg Ф Ф g Ф m Alt Bölgedeki Birinil Konolidayon Oturmaı Alt Bölgedeki Ani Oturma Alt Bölgedeki Su Muhtevaındaki Değişimden Dolayı Meydana Gelebileek Oturma Alt Bölgedeki ikinil Konolidayon Oturmaı Toplam Oturma Drenajız Kayma Mukavemeti Üt Bölgedeki Oturma Priebe a (1995) Göre Homojen Koşullarda Oluşaak Toplam Oturma Zaman Faktörü Boşluk Suyu Baını Taş Kolon Ağırlığı Zemin Ağırlığı Geopier Ağırlığı Geopier Elemanında Dışa Doğru Genişlemenin Meydana Geldiği Derinlik Taş Kolondaki Düşey Gerilme Arazideki Toplam Yanal Gerilme Sınırlayıı Radyal Gerilme Kohezyonlu Zemindeki Düşey Gerilme Düşey Efektif Gerilme Kolona Etkiyen Ortalama Düşey Efektif Gerilme Ortalama Sınırlayıı Yanal Gerilme Geopier Elemanının Göçmeye Karşı Direni Zeminin Göçmeye Karşı Direni Göçme Yüzeyinin Temelle Yaptığı Açı Kompoit İçel Sürtünme Açıı Taş Kolon Malzemei İçel Sürtünme Açıı Geopier Materyali İçel Sürtünme Açıı Geopier Heaplarında Zeminin İçel ürtünme Açıı vii

8 γ omp γ d γ k γ m γ w μ μ ν ν u ψ δ σ z Kompoit Birim Haim Ağırlık Suya Doygun Birim Haim Ağırlık Kuru Birim Haim Ağırlık Geopier Heaplarında Zeminin Birim Haim Ağırlığı Suyun Birim Haim Ağırlığı Kolona Gelen Düşey Gerilme Oranı Zemine Gelen Düşey Gerilme Oranı Zeminin Poion Oranı Zeminin Suya Doygun Durumdaki Poion Oranı Genleşme Açıı Oturma Miktarı Gerilme Artışı viii

9 KISALTMA LİSTESİ CPT DMT PMT RAP SPT Koni Penetrayon Deneyi Dilatometre Deneyi Preiyometre Deneyi Rammed Aggregate Pier Standart Penetrayon Deneyi ix

10 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 1.1 CPT deneyi onuçları: (a) Kinrara ve (b) Kebun. (q, uç direni; FR, ürtünme oranı.)...5 Şekil 1.2 Zemin iyileştirilmei için kullanılan taş kolonların şemaı.(raju, 1997)...6 Şekil 1.3 Kinrara ve Kebun da ölçüm ihazından alınan oturma onuçları...6 Şekil 1.4 Tam ölçekli keme deneyi onuçları. (Wimann vd., 2002)...8 Şekil 1.5 Geopier ve taş kolon elemanlarındaki karşılaştırmalı gerilme-şekil değiştirme grafiği...12 Şekil 1.6 Oturma plakalarından okunan dolgu yükekliğine göre oturma miktarları...12 Şekil 2.1 Vibroprob keiti. (Vibratory Ground Improvement Manual, Vibro Sytem In.)...16 Şekil 2.2 İmalat adımları...18 Şekil 2.3 Vibratör hareketi ve şemaı Şekil 2.4 İmalat adımları...21 Şekil 2.5 Tipik bir vibro kompakiyon makinei...22 Şekil 2.6 İyileştirme yapılan aha planı ve keiti...23 Şekil 2.7 Gerçekleştirilen tipik CPT deneyi onuçları, (a) ıkıştırılmamış alan, (b) ıkıştırma onraı uçak piti alanı, () ıkıştırma onraı taxiway alanı. (Raju, V.R. vd., 1998)...23 Şekil 2.8 Ilak yöntemle taş kolon imalatı Şekil 2.9 Dipten belemeli yöntem için kullanılan vibroprob...27 Şekil 2.10 İnşa adımları...28 Şekil 2.11 Vibrayon teknolojileri ile işlenebilir zemin ınırları. (Hayward Baker Vibrayon Teknolojileri)...30 Şekil 2.12 μ = 1/ 3 için iyileştirme faktörü grafiği. (Priebe; Keller-Publiation)...33 Şekil 2.13 μ = için kolon ıkışabilirlik düzeltmei eğrileri. (Priebe; Keller-Publiation)...34 Şekil 2.14 μ = için derinlik etki faktörü. (Priebe; Keller-Publiation)...37 Şekil 2.15 Derinlik faktörü limit değerleri. (Priebe; Keller-Publiation)...38 Şekil 2.16 μ = için kolon yük oranları. (Priebe; Keller-Publiation)...40 Şekil 2.17a Şekil 2.17b Şekil 2.18 Tekil temellerin oturmaı. (Priebe; Keller-Publiation)...41 Şerit temellerin oturmaı. (Priebe; Keller-Publiation)...41 Homojen zeminde tekil taş kolonun göçme mekanizmaları...42 x

11 Şekil 2.19 Taş kolona etkiyen farklı tipteki yükler...43 Şekil 2.20 Taş Kolon gruplarının göçme mekanizmaları...44 Şekil 2.21 Sürşarj yüklemei onunda dolgu altında meydana gelen yanal yer değiştirme...45 Şekil 2.22 Jourdan terminali taş kolonla güçlendirilmiş zemin üzerindeki donatılı zemin itinat duvarı altında göçmeden onraki durum Şekil 2.23 Homojen olmayan kohezyonlu zeminlerde taş kolon göçme mekanizmaları...46 Şekil 2.24 Taş kolonlarda eşkenar üçgen dizilimi Şekil 2.25 Birim hüre yaklaşımı...48 Şekil 2.26 Taş kolonlarda gözlemlenen gerilme yoğunluğu faktörleri. (Barkdale ve Bahu, 1983)...50 Şekil 2.27 Tekil bir kolon üzerindeki rijit bir plakaya etkiyen yük onuunda kolonda oluşaak kabarma göçmei modu Şekil 2.28 Vei (1972) ilindirik boşluk genişleme faktörleri...55 Şekil 2.29 Taş Kolon grup analizleri...56 Şekil 3.1 Geopier inşa adımları. (Lawton, 2004)...60 Şekil 3.2 Geopier inşa ekipmanları; özel tokmaklı kazıı ve ondaj makinei. (Lawton, 2004)...61 Şekil 3.3 Agreganın yerleştirilmei...61 Şekil 3.4 Geopier çeşitleri. (Lawton, 2004)...62 Şekil 3.5 Donatılı geopier kurulumu. (Lawton, 2004)...63 Şekil 3.6 Rammed aggregate kolonlar ile deteklenmiş temeller için heap şemaı Şekil 3.7 Temel altında yukarı ve aşağı bölge ınırları...67 Şekil 3.8 Gerilme konantrayonu için yay yaklaşımı...68 Şekil 3.9 Plaka yükleme deneyi düzeneği. (Bowle, 1996)...70 Şekil 3.10 Rammed aggregate kolonlar ile iyileştirilmiş zeminlere oturan temellerde göçme mekanizmaları; (a) Tek bir kolonun kabarmaı, (b) Tekil kolon altında göçme, () Kolon ile iyileştirilmiş bölgede göçme, (d) Kolon ile iyileştirilmiş bölge altında göçme. (Fox ve Cowell, 1998)...72 Şekil 3.11 Tekil kolonlarda göçme durumları...73 Şekil 3.12 Kolon gruplarında göçme durumları...78 Şekil 4.1 Zemin keiti Şekil 4.2 Kohezyonlu zeminlerde (Ф=0) taşıma kapaitei faktörü N...86 xi

12 Şekil 4.3 Zemin ve dolgu keiti...87 Şekil 4.3a Ani oturma için A1 ve A2 faktörleri...90 Şekil 4.4 Zemin, dolgu ve taş kolon keiti...93 Şekil 4.5 Zemin, dolgu ve geopier keiti Şekil 5.1 Genel ayarların yapılmaı Şekil 5.2 Plaxi veri giriş penerei Şekil 5.3 Malzeme özellikleri menüü Şekil 5.4 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş zemin Şekil 5.5 Heaplama adımlarının belirlenmei ve heaplamanın yapılmaı Şekil 5.6 Zemin keiti ve 4 m lik kum dolgu Şekil m lik kum dolgu ve kil zeminin ınır koşulları Şekil m lik kum dolgunun kil tabakaları üzerine oturtulmaı Şekil 5.9 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş 4 m lik kum dolgu ile temel zemini ınır koşulları Şekil 5.10 İyileştirilmemiş killi zemin tabakalarının taşıma güünün belirlenmei Şekil 5.11 Temel zemini tabakalarının taşıma güünün belirlenmei için zeminin yüklenmei onuu oluşan düşey gerilme-oturma eğrii Şekil m çapındaki taş kolonlar ile iyileştirilmiş temel zemini Şekil 5.13 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş temel zemini ve 4 m lik kum dolgunun ınır koşulları Şekil 5.14 Taş kolonlar ile iyileştirilmiş kil zeminin taşıma güünün belirlenmei Şekil 5.15 Taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajlı durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Şekil 5.16 Taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajız durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Şekil 5.17 Grup kolonlarda zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajlı durum için dolgu merkezi altında taş kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Şekil 5.18 Grup kolonlarda zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajız durum için dolgu merkezi altında taş kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Şekil 5.19 Farklı çaplarda taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajlı durum için xii

13 Şekil 5.20 Şekil 5.21 Şekil 5.22 Şekil 5.23 Şekil 5.24 Şekil 5.25 dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajız durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Tek bir taş kolon ve içinde yer aldığı zemin tabakalarının akiimetrik olarak modellenmei Tekil kolonda drenajlı durum için kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Tekil kolonda drenajız durum için kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda taş kolonlar için tekil kolonun drenajlı durumunda kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda taş kolonlar için tekil kolonun drenajız durumunda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Şekil 5.26 Dolgu altında normal gerilme dağılımı. ( φ 80 m ve 2 m ara) Şekil 5.27 Şekil 5.28 Şekil 5.29 Şekil 5.30 Şekil 5.31 Şekil 5.32 Şekil 5.33 Şekil 5.34 Şekil 5.35 Şekil m lik kolon grubunda göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajlı durum) m lik kolon grubunda göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajız durum) m çapındaki geopier elemanların 2 m ara ile kil zemine uygulanmaı Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş zemin Kil temel zemini ve üzerindeki 4 m lik kum dolgunun ınır koşulları Geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminin taşıma güü değerinin belirlenmei Geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajlı durum için zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajız durum için zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajlı durum için düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajız durum için düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği xiii

14 Şekil 5.37 Şekil 5.38 Şekil 5.39 Şekil 5.40 Şekil 5.41 Şekil 5.42 Şekil 5.43 Şekil 5.44 Tek bir geopier elemanın ve içinde yer aldığı zemin tabakalarının akiimetrik olarak modellenmei Tekil geopier eleman için drenajlı durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Tekil geopier elemanı için drenajız durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda tekil geopier elemanlar için drenajlı durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Farklı çaplarda tekil geopier elemanlar için drenajız durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği Geopier elemanlar ve zeminde 4 m dolgu yükü altında normal gerilme dağılımı. ( φ 80 m ve 2 m ara) m çapında geopier elemanlar ile zeminde göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajlı durum) m çapında geopier elemanlar ile zeminde göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajız durum) xiv

15 ÇİZELGE LİSTESİ Sayfa Çizelge 1.1 Tahmin edilen oturma değerleri ile gerçek oturma değerlerinin karşılaştırılmaı. (Lawton vd., 1994)...4 Çizelge 1.2 Örnek numunelerden elde edilen laboratuar deneyleri onuu...5 Çizelge 1.3 Taş kolon ve geopier inşa ahaının zemin özelliklerinin karşılaştırılmaı.(white vd., 2002)...10 Çizelge 1.4 Yükleme deneyinden elde edilen Rijitlik değerlerinin karşılaştırılmaı. (White vd., 2002)...10 Çizelge 1.5 Oturma gözlemlemeleri onuçları. (White vd., 2002)...11 Çizelge 2.1 Vibroprob çeşitleri Çizelge 2.2 Vibrokompakiyon uygulamalarında beklenen onuçlar...20 Çizelge 2.3 Vibro kompakiyon performanı Çizelge 2.4 Enerji Jeneratörü Deney Sahaı Zemin Profili (Clemente J. ve Davie R., 1999)...29 Çizelge 4.1 Zemin özellikleri...82 Çizelge 4.2 Dolgu merkezi altında yumuşak kilde meydana gelen düşey gerilme artışları.84 Çizelge 4.3 Dolgu merkezi altında yumuşak katı kilde meydana geleek oturmalar Çizelge 4.4 Dolgu merkezi altında yumuşak kilde meydana geleek düşey gerilme artışları Çizelge 4.5 Dolgu merkezi altında yumuşak katı kilde meydana geleek oturmalar Çizelge 4.6 Dolgu merkezi altında yumuşak kilde meydana gelen düşey gerilme artışları.88 Çizelge 4.7 Dolgu merkezi altında yumuşak katı kilde (E=3500 kpa) meydana geleek nihai oturmalar...88 Çizelge 4.8 Zemin için (U-Tv) bağıntıı...92 Çizelge 4.9 Taş kolon malzemei özellikleri Çizelge m aralıklı eşkenar üçgen dizilimli taş kolon uygulanmaından onra beklenen oturma değerleri...97 Çizelge 4.11 Taş kolonlar ile iyileştirilmiş bölgede meydana geleek oturma miktarı...97 Çizelge 4.12 Tekil taş kolon ve taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminlerde elde edilen taşıma güü değerleri Çizelge 4.13 Geopier malzeme özellikleri Çizelge 4.14 Tekil geopier eleman ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri Çizelge 4.15 Dolgu merkezi altında alt bölgede meydana gelen düşey gerilme artışları xv

16 Çizelge 4.16 Dolgu merkezi altında alt bölgede meydana geleek nihai konolidayon oturmaı Çizelge 4.17 Geopier ile iyileştirilmiş zeminlerde kolon çaplarına göre toplam oturma değerleri Çizelge 5.1 Eleman Tipleri Çizelge 5.2 Uygulamada kullanılan zemin Malzemeinin Parametreleri Çizelge 5.3 Analiz onuunda dolgu merkezi altında heaplanan ani ve konolidayon oturmaı değerleri Çizelge 5.4 Farklı çaplarda taş kolonlar ile iyileştirilmiş zemin için dolgu merkezi altında heaplanan ani ve konolidayon oturmaı değerleri Çizelge 5.5 Sonlu elemanlar analizi ile heaplanan tekil taş kolon ve taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin için taşıma güü değerleri Çizelge m ara ile yerleştirilen farklı çaplarda taş kolonlarla iyileştirilmiş zeminde 4 m dolgu yükü altında gerilme konantrayon oranları Çizelge 5.7 Göçme durumunda taş kolon/zemin gerilme konantrayon oranları Çizelge 5.8 Geopier elemanları ile iyileştirilmiş zeminde dolgu merkezi altında ani ve konolidayon oturmaı değerleri Çizelge 5.9 Tekil geopier eleman ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri Çizelge m dolgu yükü geopier/zemin gerilme konantrayon oranları Çizelge 5.11 Geopier elemanlar ile iyileştirilen zeminde göçme durumunda gerilme konantrayon oranları Çizelge 6.1 İyileştirilmemiş zeminde 4 m yükekliğinde dolgu inşa edilmei onuu zeminde meydana geleeği heaplanan oturma değerleri Çizelge 6.2 İyileştirilmemiş zeminde heaplanan taşıma güü değerleri Çizelge 6.3 Taş kolon ile iyileştirilmiş kil zeminde 4 m yükekliğinde dolgu inşa edilmei durumunda meydana gelmei beklenilen oturmalar Çizelge 6.4 Tekil taş kolon için ve taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri Çizelge 6.5 Geopier ile iyileştirilmiş killi zemin üzerinde 4 m yükekliğinde dolgu inşa edilmei durumunda meydana gelmei beklenilen oturma değerleri Çizelge 6.6 Tekil geopier eleman için ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri xvi

17 ÖNSÖZ Yumuşak zeminler üzerinde inşa edileek dolgularda taşıma güü ve deformayon ile diğer duraylılık problemlerini (yanal yayılma, yerel göçme vb.) çözmek için çeşitli zemin iyileştirme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada bu yöntemlerden taş kolonlar ile geopier (Rammed Aggregate Pier) uygulamaı yöntemleri inelenmiştir. Taş kolonlar günümüzde ıkça kullanılan zemin iyileştirme yöntemlerinden biriidir. Gerek kohezyonlu gereke kohezyonuz zeminlerde uygulanabilen taş kolonlar; konolidayonu hızlandırmak, taşıma kapaiteini arttırmak, ıvılaşma poteniyelini azaltmak, dolgu ve şev tabiliteini ağlamak gibi pek çok amaçla kullanılmaktadır. Geopier uygulamaı daha çok Amerika da yumuşak zemin özelliği taşıyan bölgelerde zemin iyileştirmei amaıyla kullanılan, başarılı ve ekonomik onuçlar veren bir yöntemdir. Bu yöntem, iyileştirme yapılmak itenilen ahada, zeminde açılan kuyuya çok ert ve yoğunluğu yükek agregaların kademeler halinde yerleştirilmei ve patentli bir tokmak yardımıyla ıkıştırılmaından ibarettir. Bu çalışmada, yumuşak killi zeminler üzerine dolgu inşa edilmei durumunda, taş kolonlar ve geopier elemanlar uygulanmaı ile taşıma kapaiteinin arttırılmaı ve oturmaların azaltılmaı inelenmiştir. Yumuşak kil ve orta katı kil tabakalarından oluşan zeminin üzerine inşa edileek dolgu altında temel zemininin oturmalar ve taşıma güü açıından davranışı inelenmiş, daha onra zemine iyileştirme yöntemlerinden olan taş kolon ve geopier elemanlar ayrı ayrı uygulandığında meydana gelen değişimler literatürdeki heap yöntemleri ve Plaxi onlu elemanlar programı kullanılarak inelenmiştir. Tez kapamında genel bir giriş bölümünden onra taş kolon ve geopier uygulamaları hakkında literatürde yer alan bazı çalışmalara değinilmiştir. Bölüm 2 ve Bölüm 3 de, ıraı ile, taş kolon ve geopier uygulamaları hakkında geniş bilgi ile birlikte literatürde yer alan diğer çalışmalara değinilmiştir. Bölüm 4 de literatürde yer alan heap yöntemleri ile dolgu altında iyileştirilmemiş zeminin ve değişik çaptaki taş kolonlar ve geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminin oturma ve taşıma güü değerleri heaplanmıştır. Bölüm 5 de ie Plaxi onlu elemanlar programı kullanılarak zemin modellenmiş ve kullanılan iyileştirme yöntemine göre oturma ve taşıma güü değerleri belirlenmiştir. Sonuçlar bölümünde ie elde edilen onuçların karşılaştırılmaı yapılmıştır. Tez çalışmam boyuna bilgi birikimini, deneyimlerini ve deteğini eirgemeyen değerli hoam Sn. Prof. Dr. Kutay ÖZAYDIN a, gerek analiz aşamaında gereke tezimin diğer aşamalarında deneyimlerini benimle paylaşan Sn. Yrd. Doç. Dr. Mehmet BERİLGEN e, tez boyuna maddi manevi deteklerini eirgemeyen yakın arkadaşlarım Araş. Gör. Meli UZAR a, Tamer DİNLEMEK e, Araş. Gör. Sevgi YALÇIN a, Ayşegül DEMİRKOÇ a, Onur KENGİL e, Erhan ŞİMŞEK e ve her zaman yanımda olup bana detek veren anım arkadaşım Pelin KALE ye teşekkürlerimi unarım. Tez çalışmam ıraında göterdikleri detek ve yardımlardan dolayı Araş. Gör. Dr. Murat TONAROĞLU na, Araş. Gör. Tayfun ŞENGÜL e, Araş. Gör. Murat SELÇUK a ve İnşaat Yük. Müh.Müge İNANIR a teşekkürü bir borç bilirim. Okul hayatım boyuna maddi manevi deteğini hiç eirgemeyen ve beni abırla detekleyen, her zaman yanımda olan anım anneme evgi ve aygılarımı unarım. xvii

18 ÖZET Yumuşak zeminler üzerinde inşa edileek dolgularda taşıma güü ve deformayon ile diğer duraylılık problemlerini (yanal yayılma, yerel göçme vb.) çözmek için çeşitli zemin iyileştirme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada bu yöntemlerden taş kolonlar ile geopier (Rammed Aggregate Pier) uygulamaı yöntemleri inelenmiştir. Taş kolonlar günümüzde ıkça kullanılan zemin iyileştirme yöntemlerinden biriidir. Gerek kohezyonlu gereke kohezyonuz zeminlerde uygulanabilen taş kolonlar; konolidayonu hızlandırmak, taşıma kapaiteini arttırmak, ıvılaşma poteniyelini azaltmak, dolgu ve şev tabiliteini ağlamak gibi pek çok amaçla kullanılmaktadır. Geopier uygulamaı daha çok Amerika da yumuşak zemin özelliği taşıyan bölgelerde zemin iyileştirmei amaıyla kullanılan, başarılı ve ekonomik onuçlar veren bir yöntemdir. Bu yöntem, iyileştirme yapılmak itenilen ahada, zeminde açılan kuyuya çok ert ve yoğunluğu yükek agregaların kademeler halinde yerleştirilmei ve patentli bir tokmak yardımıyla ıkıştırılmaından ibarettir. Bu çalışmada, yumuşak killi zeminler üzerine dolgu inşa edilmei durumunda, taş kolonlar ve geopier elemanlar uygulanmaı ile taşıma kapaiteinin arttırılmaı ve oturmaların azaltılmaı inelenmiştir. Yumuşak kil ve orta katı kil tabakalarından oluşan zeminin üzerine inşa edileek dolgu altında temel zemininin oturmalar ve taşıma güü açıından davranışı inelenmiş, daha onra zemine iyileştirme yöntemlerinden olan taş kolon ve geopier elemanlar ayrı ayrı uygulandığında meydana gelen değişimler literatürdeki heap yöntemleri ve Plaxi onlu elemanlar programı kullanılarak analiz edilmiştir. Hem literatürdeki heap yöntemleri ile yapılan analizler hem de Plaxi onlu elemanlar programı yardımı ile yapılan analiz onuçlarından anlaşılaağı üzere taş kolon ile iyileştirilen zeminin taşıma kapaitei artmaktadır. Ayrıa meydana gelmei beklenilen oturma değerleri iyileştirilmemiş zemine göre bir hayli azalmaktadır. Klaik yöntemlerle bulunan taşıma güü değerleri Plaxi onlu elemanlar programı ile bulunanlardan daha fazla çıkmaktadır. Yapılan analizlerden anlaşılaağı üzere geopier elemanlar ile iyileştirilen zeminin taşıma kapaiteinde, kolon boyları daha kıa olmaına rağmen taş kolonlarla ağlanan iyileşmeye yakın artış ağlamaktadır. Ayrıa oturma değerleri de, taş kolonlara göre daha büyük olmaına rağmen, iyileştirilmemiş zemine göre bir hayli azalmaktadır. Klaik yöntemlerle heaplanan taşıma güü değerleri Plaxi onlu elemanlar programı ile bulunanlardan fazla çıkmaktadır. Taş kolonlar davranışı literatürde bulunan yöntemlere göre heaplanırken gerilme konantrayon oranı n=3 olarak alınmıştır. Plaxi onlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerde bu değerin değişik kolon çaplarına göre 2.88 ile 3.70 araında değiştiği bulunmuştur. Buna göre alınan n=3 değeri doğru gözükmektedir. Geopier elemanların literatürde bulunan yöntemlere göre heaplanmaında ie gerilme konantrayon oranı n=6 olarak alınmıştır. Plaxi onlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerde ie bu değerin değişik kolon çaplarına göre 5.35 ile 5.75 araında değiştiği bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Dolgu, zemin iyileştirmei, taş kolonlar, geopier elemanlar, rammed aggregate pier, oturma, taşıma güü. xviii

19 ABSTRACT Soil improvement method are developed for olving the bearing apaity, deformation and tability problem on the earthfill built on oft ground. In thi reearh two of thee method whih are tone olumn and geopier, were tudied. Stone olumn i frequently ued oil improvement method nowaday. It ould be ued both in oheive and oheionle oil for inreaing the rate of onolidation, dereaing the ettlement, improving the bearing apaity, to leen the liquefation potential and for the tability of the earthfill. In US, geopier i a ueful and eonomi pratie whih i ued a a oil improvement method in oft oil region. Thi i baed on a well elaborated method ued in weak oil, ompriing very hard and dene aggregate ompated with a hammer in the hole formed in the ground. In thi reearh, inreaing the bearing apaity of the earthfill on oft layey oil were tudied. Bearing apaity and onolidation behaviour were tudied under thik earthfill on oft and medium tiff lay with both tone olumn and geopier treatment and the improvement were alulated uing both the alulation method in literature and PLAXIS finite element program. Analyi method in literature and PLAXIS finite element analyi have hown the tone olumn reinfored oil had an inreae in the bearing apaity. Alo, expeted ettlement value dereaed ompared to the untreated oil. Bearing apaity omputed by uing the laial method wa larger than that found by PLAXIS finite element program. Aording to the reult of analye, reinforement uing geopier element, even with horter olumn length will provide nearly ame improvement with the tone olumn. The alulated ettlement value were larger than the value for tone olumn, but maller than for the untreated oil. Bearing apaity of oil reinfored with geopier alulated by the laial method were larger than that found by PLAXIS. In the analye of the tone olumn by the literature method for the tre onentration ratio n=3 value ued and the analye made with PLAXIS revealed that thi ratio varie between 2.88 and 3.70 depending on the olumn diameter. Therefore the value of n=3 eem to be appropriate. In the geopier alulation with the literature method, tre onentration rate wa taken a 6. The analyi made with PLAXIS howed that, the ratio varie between 5.35 and 5.75 depending on the olumn diameter. Key Word: Earthfill, ground treatment, tone olumn, geopier, rammed aggregate pier, ettlement, bearing apaity. xix

20 1 1. GİRİŞ Kötü zemin şartlarına ahip ahalarda inşa edileek yapılarda gelenekel zemin inşaatı yöntemleri ekonomik boyutunu kaybetmektedir. Bu nedenle bunlara bir alternatif teşkil edeek yöntemler geliştirilmeye çalışılmıştır. Bunlardan biri de yerinde zemin iyileştirme yöntemlerinden olan taş kolon yöntemidir. Taş kolonlar ilk olarak 1830 lu yıllarda Frana da doğal zeminlerin iyileştirilmei için kullanılmıştır. Anak, bu yöntem Avrupa da 1950 den onra, Amerika da ie 1972 den onra yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Bu yöntemde bir prob veya muhafaza boruu yardımıyla itenilen derinliğe kadar zemine yer değiştirterek inilmekte ve daha onra oluşturulan bu boşluğa zemin yüzeyine kadar titreşim ile ıkıştırılarak granüler malzeme doldurulmakta ve zemin içeriinde kolonlar oluşturulmaktadır. Genellikle taş kolonların ağlam tabakaya ulaşaak şekilde uygulanmaı terih edilmektedir. Son yirmi yıllık dönemde ie Amerika Birleşik Devletleri nde yumuşak zemin özelliği taşıyan bölgelerde yapılan birçok projede, özel bir taş kolon çeşidi olan geopier kolonlar (Rammed Aggregate Pier) yöntemi kullanılarak zemin iyileştirmeinde oldukça başarılı ve ekonomik onuçlar elde edilmiştir. Bu yöntem özetle, zeminde açılan bir kuyu içeriine çok ert ve yoğunluğu yükek agregaların patentli konik uçlu bir darbe tokmağı ile kademeler halinde ıkıştırılmaı ve zeminde yükek yoğunlukta agrega kolonlar oluşturulmaıdır. Bu yöntemde, agrega kolonunun tabanı daha alttaki ert bir zemine değil, yumuşak ve ıkışma özelliği göteren zeminlere oturtulmaktadır. Geopier kolonlar inşa edilirken darbe ile ıkıştırılan agregalar yanal olarak genişlemekte ve zeminde yanal yönde bir ıkışma ağlanmaktadır. Geopier yöntemi ile iyileştirilen zeminlerde zemin üt ve alt bölge olarak iki kıımda ele alınmakta, geopier uygulanan tabakada oluşan gerilme birikimini modellemek için yay yaklaşımı kullanılmaktadır. Böylee kolonun yataklanma katayıına göre meydana gelebileek oturmalar kolaya belirlenebilmektedir. Bu yaklaşıma uygun olarak genellikle arazide yükleme deneyleri yapılarak geopier kolonların ıkışma modülü tepit edilmektedir. Alt bölgedeki zeminin oturmaları ie gelenekel zemin mekaniği yöntemleri kullanılarak heaplanmaktadır. Daha onra bu iki tabaka için elde edilen değerler toplanarak toplam oturma değerleri elde edilmektedir. Geopier kolonlar darbe etkii ile oluşturulduğu için yükek çevre ürtünmeine ahiptir. Bu nedenle, kolon tabanına yerleştirilen ve çekme çubukları ile yüzeye bağlanan bir metal plaka vaıtaıyla düşey ankraj olarak da kullanılabilmektedirler.

21 2 1.1 Literatür Araştırmaı Zemin iyileştirme amaı ile kullanılan taş kolon ve geopier uygulamaları hakkında literatürde yer alan bazı çalışmalara aşağıda kıaa değinilmiştir. Bölüm 2 ve Bölüm 3 de, ıraı ile, taş kolon ve geopier uygulamaları hakkında daha geniş bilgi ile birlikte literatürde yer alan diğer çalışmalara yer verilmiştir. Durunoğlu vd. nin (1992) yayınlamış olduğu makalede ülkemizde ilk defa Borçelik Gemlik Soğuk Hadde Fabrikaı nda uygulanan taş kolonların projelendirilmei, gerçekleştirilen deneyler ve elde edilen onuçlar anlatılmıştır. ZETAŞ Zemin Teknolojii A.Ş. tarafından gerçekleştirilen zemin etüdü bulguları fabrika alanının ıvılaşma potaniyeline ahip bir bölge olduğu götermiştir. Bu amaçla, doğal zemin kotundan itibaren 12.0 m derinliğe kadar olan zemin tabakalarının taş kolonlar ile ılah edilmei projelendirilmiştir. Ayrıa tei dahilindeki yükek tok ahaı yüklerini taşımak ve oturmaları azaltmak için de bazı bölgelerde ağlam (taşıyıı) zemine kadar taş kolon uygulamaı gerçekleştirilmiştir. (Durunoğlu vd, 1992). Yapılan çalışmada, uygulama alanı arazide ratlanan zemin tabakalarına göre dört bölgeye ayrılmıştır. Bu bölgelerin zemin modellerine uygun olarak taş kolon çapları, dizilimleri ve boyları belirlenmiştir. Taş kolonlar bir muhafaza boruunun ütten darbe ile ürülmei onuu oluşturulmuşlardır. Bu yöntemde, uu a tıpa ile kapalı bir muhafaza boruu ütten bir darbeli dizel çekiç ile vurularak itenilen derinliğe kadar ürülmüştür. Muhafaza boruu çelik olup kalınlığı kullanılan çekiin uygulayaağı en yükek darbeye dayanır nitelikte eçilmiştir. Tıpa, çakma enaında maruz kalaağı yükler altında deforme olmamaı için min. 12 mm kalınlıkta a olarak eçilmiştir. Proje kotuna kadar çakma işlemi yapıldıktan onra, boru içeriine taş kolon malzemei doldurulmuştur. Boru titreşim ile yukarı çekilmiştir. Borunun yukarı çekilme işlemi başladıktan onra uçtaki tıpa muhafaza boruunun uundan ayrılmış ve çakıldığı yerde kalmıştır. Taş kolonda kullanılan malzeme temiz, ert ve kimyaal reakiyona girmeyen doğal kırma taştır. Malzeme mm dane boyutundadır ve 200 no lu elekten geçen ine dane miktarı %5 den azdır. (Durunoğlu vd., 1992). Zeminin iyileşme dereeinin belirlenmei için CPT ve bölge yükleme deneyleri yapılmıştır. Buna göre uygulama bölgeleri adetlik taş kolon alanlarına bölünerek her bir deney alanında ikii taş kolon önei dördü ie taş kolon uygulandıktan onra olmak üzere altı adet CPT deneyi yapılmıştır. CPT deneyleri 200 kn kapaiteli elektrikli onda (piezoone) ve mekanik onda kullanılarak yapılmıştır. Ayrıa tei genelinde ikii iyileştirilmemiş alanda,

22 3 ikii ie taş kolon ile iyileştirilmiş alanda olmak üzere dört adet yükleme deneyi yapılmıştır. Deneylerden elde edilen onuçlar aşağıda özetlenmiştir. Sürtünme oranı FR>%3 olan killi zemin tabakalarında iyileştirme önei ve onraı CPT uç mukavemeti değerlerinde belirgin bir fark olmamaktadır. Başka bir deyişle, FR>%3 olan killi tabakalarda taş kolon uygulamaı mukavemeti arttırmamaktadır. Haa kil tabakalarında taş kolon uygulamaı onraında CPT uç mukavemetinin azaldığı gözlemlenmiştir. FR<%3 olan kıımlarda ölçülen CPT değerlerinde iyileştirme onraı uç mukavemeti değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Deney yapılan kıımlarda çakmadan dolayı boşluk uyu baınında artış meydana geldiği için bir üre beklendikten onra yapılan deneylerde uç mukavemeti daha fazla çıkmaktadır. İki bölgede yapılan yükleme deneyi onuunda yükleme oturma grafiği 300 ton (19 t/m 2 ) değerine kadar aynı şekilde ilerlemekte, 300 tonu geçine iyileştirilmemiş zeminde oturmalar hızlı bir şekilde artmaktayken iyileştirilmiş zeminde bu görülmemektedir. 19 t/m 2 den onra taş kolon olmayan bölgede oturmaların hızlanmaı, bu gerilmenin üzerinde zeminde bir taşıma kapaitei göçmei olduğunu götermektedir. Taş kolonda ie 27 t/m 2 zemin gerilmeine kadar bu tür göçme olmamaktadır. Bu bilgiler ışığında 20 t/m 2 tok ahaı yükü etkiyen fakat projede taş kolon uygulanmaı ön görülmeyen kıımlara da taş kolon uygulanmaına karar verilmiştir. Lawton vd. (1994) oturmaları ve ıyrılmaları kontrol etmek için kıa agrega kolonlar kullanılarak iyileştirilen iki ayrı projede yapılan heaplamaları ve uygulama onuunda elde edilen değerleri karşılaştırmışlardır. Birini projede agrega kolonlar, tekil ve radye temellerde meydana gelebileek oturma miktarını azaltmak için kullanılmıştır. Makalede agrega kolonlar ile güçlendirilmiş zeminlerde oturmaların heabı için uygulanabileek yöntem tanımlanmış ve bu yönteme göre yapılan heaplarda bulunan ile gerçek oturmanın birbirine yakın olduğu göterilmiştir. İkini projede kıa agrega kolonlar yükek kaldırma güü oluşmaına ebep olan rüzgar yüküne karşılık, havalimanı hangarının ıyrılma kapaiteini arttırmak için kullanılmışlardır. Agrega kolonlar 113 km/a hızdan daha hızlı een rüzgara karşı iyi bir şekilde dayanabilmişlerdir. Makalede agrega kolonların ıyrılma kapaiteini heaplamak için teorik bir yöntem önerilmiştir. Birini proje, bir hatanenin genişletilmei amaıyla iki adet kule bina eklenmei çalışmaıdır. Bu çalışma ile ek ofi ve hatane odaları elde edilmei planlanmıştır. Dört katlı bir yapının üzerine yirmi katlı olmaı planlanan kulelerden biri inşa edileektir. Yapılaak olan diğer kule ie 16 katlı olup ıfırdan inşa edileektir. Bölgedeki zemin formayonu, ertten katıya değişen kil, kumlu ilt, ıkı iltli kum üzerinde gevşek iltli kum ve en altta kaya şeklinde tanımlanmaktadır. Taarım aşamaında heaplanan oturma değerleri ile oluşan gerçek oturma değerleri Çizelge 1.1 de unulmuştur.

23 4 Çizelge 1.1 Tahmin edilen oturma değerleri ile gerçek oturma değerlerinin karşılaştırılmaı. (Lawton vd., 1994) Oturma Miktarı (mm) Tahmin Edilen Çalışma Yeri ve Temel Şekli Agrega Ölçülen İyileştirilmemiş Kolonlu Değer Güney Kulei, Kare Temel <6 Güney Kulei, Dikdörtgen Temel <10 Kuzey Kulei, Geniş Radye Temel <10 Kuzey Kulei, Küçük Radye Temel <20 Agrega kolonlu ve agrega kolonuz zeminlerde tahmin edilen ve ölçülen oturma değerleri, agrega kolonların toplam ve farklı oturma değerlerini düşürmekte etkili olduğunu götermiştir. (Lawton vd., 1994). Raju (1997) çok yumuşak killerde vibro yer değiştirme (taş kolonlar) yöntemi uygulandığında oluşan konolidayon üreini inelemiştir. Vibro yerdeğiştirme genellikle gevşek iltli kumlar, yumuşak iltler ve kayma mukavemeti 15 kpa dan yukarı olan killer gibi zayıf zeminlerin iyileştirilmeinde kullanılmaktadır. Çalışmada, vibro yerdeğiştirme metodunun drenajız kayma mukavemeti 10 kpa dan az olan çok yumuşak killer için uygun olup olmadığı Malezya daki Kinrara ve Kebun iimli şehirlerde gerçekleştirilen araştırmalar ile inelenmiştir. Kinrara daki madenilik etkinlikleri nedeniyle bölgede geniş çukurlar açılmakta ve bu çukurların içi çamur ile dolu bulunmaktadır. Bazı yerlerde bu çamurların kalınlıkları 16 m yi bulmakta ve derinliği boyuna SPT değerleri ıfıra eşit olmaktadır. Çamur havuzu derinliğinin 16 m olduğu noktadan bir otoyol geçirilmei araştırılmıştır. Şekil 1.1a da Kinrara da çamur havuzunda gerçekleştirilen CPT deneyi onuçlarından biri göterilmiştir. Uç direni değerleri 0.15 MPa ile 1.0 MPa araında değişmektedir. Kayma mukavemeti değerleri tepede 6 kpa dan azdır ve derinlikle birlikte her metrede 2-3 kpa artmaktadır. Kebun ie Malezya nın batı ahilinde yer alan bir liman kentidir. Sahil keiminde zeminin üt kımında bakın olarak kalınlığı 35 m den fazla olan çok yumuşak deniz kili bulunmaktadır. Şekil 1.1b Kebun da 11 m kalınlığındaki yumuşak kil tabakaında gerçekleştirilen CPT deneyi onuçları göterilmiştir. Buna göre uç direni 0.1 MPa ile 0.3 MPa araında değişmektedir. Drenajız kayma mukavemeti değerleri ie 5 kpa dan azdır ve derinlikle birlikte her metrede 1 kpa artmaktadır. Çizelge 1.2 de örnek teşkil etmei amaıyla zemin özellikleri verilmiştir.

24 5 Çizelge 1.2 Örnek numunelerden elde edilen laboratuar deneyleri onuu. Saha Zemin Cini Kinrara Maden Çamuru Kebun Deniz Kili w (%) w l w p PI Kil Silt Kum S t v (%) (%) (%) (%) (%) (%) (-) (m 2 /yıl) Şekil 1.1 CPT deneyi onuçları: (a) Kinrara ve (b) Kebun. (q, uç direni; FR, ürtünme oranı.) Taş kolon uygulamaı Priebe ın (1995) geliştirdiği yönteme göre taarlanmıştır. Kolon çapları 1 m olmakla beraber, bazı durumlarda kolon çapı 1.2 m den fazla alınmıştır. Kolonlar bazı yerlerde 1.5 m, bazı yerlerdeye 2 m aralıklara ahip olaak yerleşim düzeninde ve ıkı veya katı tabakaya ulaşaak boyda imal edilmişlerdir.

25 6 Şekil 1.2 Zemin iyileştirilmei için kullanılan taş kolonların şemaı.(raju, 1997) Şekil 1.3 Kinrara ve Kebun da ölçüm ihazından alınan oturma onuçları. Oturma ölçüm aletleri ile oluşaak olan oturmaların geniş bir alanda ölçülmeine çalışılmıştır. Her ahaya yaklaşık 40 adet ölçüm ihazı yerleştirilmiştir. Şekil 1.3 Kinrara ve Kebun da en fazla oturmanın olduğu kıımda ölçülen oturmaların onuçları göterilmektedir. Kinrara da, ölçüm yapılan noktada kolon çapı 1.2 m, kolonlar araı meafe merkezden merkeze 1.8 m ve kolon boyu ie 17 m olarak alınmıştır. Kebun da ie kolon çapı 1.1 m, kolonlar araı meafe

26 7 merkezden merkeze 2.2 m ve kolon boyu 12 m olarak alınmıştır. Kinrara da ölçüm alınan nokta, dolgunun makimum yükekliğinin olduğu nokta yani 7.5 m olduğu noktadır ve bu noktada oturma 25 m olarak ölçülmüştür. Bu oturmanın büyük kımı dolgu inşa edilirken, geri kalan kımı ie ondan onraki 3 ay içinde meydana gelmiştir. Kebun da dolgunun 2.6 m (1m lik ön yüklemeyi içermekte) olduğu noktada alınan ölçümlere göre oturma 40 m olarak ölçülmüştür. Bu değerin %25 i dolgu inşaatı ıraında meydana gelmiştir. Geri kalan oturma ie ondan onraki 8 ayda tamamlanmıştır. Raju (1997) iki aha araındaki zemin şartları farklı olduğu için oturma değerlerinin direkt karşılaştırılamayaağını öylemiştir. Raju (1997) tarafından ulaşılan onuçlar aşağıda özetlenmiştir. Ölçülen oturma değerleri Kinrara da 25 m, Kebun da ie 40 m olarak belirlenmiştir. Bu değerler iyileştirilmemiş zemindekilerle karşılaştırıldığında iyileşme faktörünün ıraıyla 4 ve 2.5 olduğunu tepit etmiştir. Bu ie vibro yer değiştirme ile çok yumuşak killerde iyileşme ağlanabileeğini götermektedir. Birbirine yakın gibi görünen çok yumuşak kil zeminlerin oturma davranışının çok farklı olduğu görülmüştür. Çamur (lime) çok çabuk konolide olmuştur. Oturmanın %75 inden fazlaı dolgu inşa edilirken meydana gelmiş ve bundan onraki üç aylık bir dönemde aşırı bir oturma tepit edilmemiştir. Deniz kilinde ie konolidayon daha uzun zaman almıştır. Oturmanın %75 inden fazlaı dolgu inşaatından onraki dönemde meydana gelmiştir. Oturmaların tabil hale gelmei için 6 ay geçmei gerekmiştir. Raju ya (1997) göre bu davranış kilin konolidayon katayıına ve deniz kilinin yükek platiiteli olmaına bağlanabilir. Deniz killerinde ön yükleme yapılırken uzun dönemde meydana geleek oturmalara dikkat edilmei önerilmektedir. Sonuç olarak, bu çalışmaya göre taş kolonları drenajız kayma mukavemeti 10 kpa dan küçük olan çok yumuşak killi zeminlerde uygulamak mümkündür. Uygulanan zemin iyileştirmeini takiben 10 m lik otoyol dolguu inşa edilmiştir ve meydana gelen oturmaların kabul edilebilir ınırlar içeriinde kaldığı görülmüştür. Wimann (1999) geopier ile deteklenmiş temellerin taşıma kapaiteini belirlemek için gerekli taarım yöntemlerini ele almıştır. Geopier elemanlarının tekil ve grup davranışı, bu elemanların inşaı ıraında uygulanan çakma işlemi ebebiyle zeminde oluşan gerilme değişimi ve temel, zemin ve geopier araındaki karmaşık yükleme-aktarım mekanizmaı nedeniyle oldukça karmaşıktır. Birbirleriyle olan bu karmaşık etkileşimler nedeniyle baitleştirilmiş yaklaşımlar ve kabuller yapmak gerekmektedir. Çalışmada çeşitli uzunlukta geopier elemanlar kullanımı ile elde edilen taşıma güü değerleri karşılaştırılmıştır. Wimann vd. (2002) geopier uygulamalarında kullanılan taarım parametrelerini, genel tabilite ve oturma kontrolü yönünden inelemişlerdir. Geopierlarda kullanılan agrega elemanlarının ahip olduğu yükek kayma dayanımı şevlerdeki ve dolgu altındaki zeminlerin kayma direninde önemli artışlara olanak ağlamakta ve bunun onuunda göçmeye karşı yükek güvenlik ağlamaktadır. Wimann vd., (2002) geopier elemanlarının mühendilik

27 8 özelliklerini belirlemek için arazi ve laboratuar deneyleri gerçekleştirmişlerdir. Arazide geopir elemanların tepe noktaında yaptıkları keme deneyleri ve laboratuar numuneleri üzerinde yaptıkları üç ekenli deneyler ile kolon elemanların yükek keme dayanımına ahip olduklarını bulmuşlardır. Gerçekleştirdikleri tam ölçekli keme deneylerinde, geopier kolon inşa edildikten onra, ine dane oranı %0 olan malzeme ile inşa edilen kolonların olduğu bölgede içel ürtünme açıı 49 ivarında, ine daneli malzeme oranı %10 olan kolonların olduğu bölgede ie 52 ivarında bulunmuştur. İne daneli malzeme oranı %10 olan kolonların olduğu bölgeden alınan numuneler üzerinde yapılan üç ekenli deney onuunda içel ürtünme açıı 51 olarak bulunmuştur. Şekil 1.4 de arazide yapılan keme deneyi onuçları göterilmiştir. Çeşitli zeminlerde, değişik boy ve uzunluktaki geopier elemanları üzerinde gerçekleştirilen modül deneyleri onuunda Fox ve Cowell (1998) tarafından bir veri tabanı geliştirilmiştir. Sıkışma modülü, kolon elemanı üzerindeki gerilmenin kolon elemanı üzerindeki dönmeye oranı olarak tanımlanır. Şekil 1.4 Tam ölçekli keme deneyi onuçları. (Wimann vd., 2002) Geopier elemanlarının rijitliği ve bu elemanların inşaı ıraında zeminde oluşturulan yanal gerilme artışı nedeniyle iyileştirme yapılan bölgede kompozit rijitlik artmakta ve oturmaların azalmaı ağlanmaktadır. (Wimann, 2002). Ayrıa zeminde uygulanan geopir elemanlar nedeniyle oluşaak radyal drenaj oturmaların daha hızlı olmaı ağlanmaktadır. De Moine, Iowa da yapılan arazi deney çalışmaında köprü ayağı altında inşa edilen geopierlerin

28 9 davranışı inelenmiştir. Taarım boyutları 0.76 m çaplı, merkezden merkeze 1.8 m aralıklı ve 5.5 m boyunda olan geopier kolonlar yumuşak kil zeminde inşa edilmişlerdir. İnşaat onraında güçlendirilmiş zeminde yapılan ölçümlerde oturmanın yaklaşık 2.5 m olduğu ivarında görülmüştür ki bu değer iyileştirilmemiş zeminde tahmin edilen oturmanın %10 u kadardır. White vd. (2002), De Moine, Iowa daki bir otoyol genişletme işi için inşa edilen taş kolon ve geopier uygulamalarını karşılaştırmışlardır. Burada inşa edileek iki adet dolgunun zemin tarafından taşınabilmei için zeminde iyileştirme yapılmaı gerekmektedir. Bir bölümde ıkışabilirliği azaltmak ve kayma dayanımını arttırmak için taş kolon inşa edilmiş, diğer bölümde de oturmaların azaltılmaı ve oturma hızının arttırılmaı için geopier inşa edilmiştir. Dolgu ahaı benzer zeminlerden oluşmaktadır. Taş kolonlar büyük çaplı ve uzun elemanlar olarak eçilmişlerdir. Geopier elemanlar ie küçük çaplı ve kıa fakat yükek rijitlikte eçilmişlerdir. Dolgu yerleştirilmeden öne arazi deneyleri ve tam ölçekli yükleme deneyleri yapılarak taarım için gerekli zemin parametreleri belirlenmiştir. Ayrıa dolgu inşaı ıraında dolgu altındaki oturmaları belirleyebilmek için ölçüm plakaları yerleştirilmiştir. Bu araştırma, yerinde ölçümlerle taş kolon ve geopier davranışı karşılaştırıldığı için önemlidir. Deney ahaında taş kolonlar 9m lik köprü ayağı dolguunun genel tabiliteini ağlamak için, oturmaları azaltaak ve güvenlik faktörünü arttıraak şekilde 3 m ile 14 m araında değişen boylarda inşa edilmişlerdir. Benzer ahada ie geopier kolonlar boyları 4.5 m ile 6.5 m araında değişeek şekilde inşa edilmişlerdir. Geopier kullanımı ile oturma değerinin azaltılmaı ve oturma hızının arttırılmaı amaçlanmış ve bu şekilde köprü ayaklarının hızlı bir şekilde inşa edilmeinin ağlanabileeği düşünülmüştür. Arazi deneylerinin gerçekleştirildiği inşaat ahaında zemin özellikleri benzer olmakla birlikte, taş kolonların uygulandığı zemin ile geopier kolonların uygulandığı zemin koşulları araında bazı farklılıklar mevuttur. Çizelge 1.3 de zemin özellikleri karşılaştırılmalı olarak unulmuştur. Taş kolonların uygulandığı ahadaki CPT uç direninin geopier inşa edilen ahadakine oranı yaklaşık olarak 1.2 dir. Bu oran bize taş kolon imal edilen ahadaki killi ve iltli zeminlerin geopier inşa edilen ahadakinden biraz daha dayanımlı olduğunu götermektedir. Taş kolon ahaında ölçülen CPT ürtünme oranı değeri geopier ahaından elde edilen değerlerden düşüktür. Bu değerin düşük olmaı zeminin daha az kohezyonlu davranış götereeği şeklinde yorumlanabilir. (Dougla and Olen, 1981; White, D.J. vd., 2002). Farklı boyda inşa edildikleri için farklı özellikteki tabakada onlanmaktadırlar. Geopier elemanlarının çapları

29 10 küçük olduğu için taş kolonlara nazaran daha küçük alan değişim oranları elde edilmektedir. Çizelge 1.3 Taş kolon ve geopier inşa ahaının zemin özelliklerinin karşılaştırılmaı.(white vd., 2002) Taş Kolon Geopier Taşıyıı tabakaya olan meafe (m) CPT Uç Direni (kpa) CPT Sürtünme Oranı (%) Kolon Elemanı İnşa Derinliği (m) Kolon Elemanı Çapı (m) Kolon Elemanları Araı Meafe (m) 1.8 (Eşkenar Üçgen Dizilimi) 1.8 (Kare) Alan Değişim Oranı (%) Dolgu Tabakaı Yükekliği (m) 9 8 Kolon Elemanı Sayıı Taş kolon ve geopier tek elemanları üzerinde, ayrıa taş kolon ve geopier elemanları ile iyileştirilen zeminler üzerinde yükleme deneyleri yapılmıştır. Çizelge 1.4 de yükleme deneylerinde elde edilen onuçların karşılaştırılmaı göterilmiştir. Çizelge 1.4 Yükleme deneyinden elde edilen Rijitlik değerlerinin karşılaştırılmaı. (White vd., 2002) Etkiyen Gerilme (kpa) Taş Kolon Rijitliği (MPa) Geopier Kolon Rijitliği (MPa) Geopier ve Taş Kolon Rijitlik Oranı Çizelge 1.4 de, etkiyen gerilme ile rijitlik araındaki bağlantı taş kolon ve geopier elemanlar için göterilmiştir. Rijitlik Şekil 1.5 de göterilen gerilme deformayon eğriinin eğimi olarak tanımlanmıştır.

30 11 Arazide taş kolon ve geopier ile iyileştirilen zeminler üzerinde yapılan dolgular altında ölçülen oturma değerleri Şekil 1.6 da göterilmiş ve Çizelge 1.5 de özetlenmiştir. Arazide ölçülen oturma değerlerine göre; 6 m lik dolgu yerleştirildikten onra, taş kolon inşa edilen zemin yaklaşık 19.5 m oturmuştur. Geopier inşa edilen zeminde ie bu değer yaklaşık 5.4 m ivarındadır. Taş kolon ile iyileştirilmiş zeminlerde oturma miktarının geopierdeki oturma miktarına oranı 6 m lik dolgu için yaklaşık 3.2 dir. Taş kolon elemanları ile zemin araındaki farklı oturmalar, geopier elemanları ile zemin araındaki farklı oturmalardan çok daha büyüktür. Taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde geopierdekinden daha fazla oturma meydana gelmeinin açıklamaı, taş kolon ile yeniden şekillendirilen zemininin kolonları ınırlandırmamaı ve kolonların genişlemeidir. (Mkenn vd., 1975) Çizelge 1.5 Oturma gözlemlemeleri onuçları. (White vd., 2002) Dolgu Yükekliği (m) Oturma (m) Taş Kolon Elemanı Taş Kolonlu Zemin Taş Kolonlu Zemin ile Taş Kolon Elemanı Araındaki Oran Geopier Elemanı Geopierli Zemin Geopierli Zemin ile Geopier Elemanı Araındaki Oran White vd. (2002) tarafından gerçekleştirilen kapamlı arazi araştırmaları onuçları aşağıdaki şekilde özetlenebilir. CPT onuçlarına göre taş kolon imal edilen aha, geopier inşa edilen ahaya göre biraz daha yükek dayanımlı ve daha az kohezyonludur. Her iki ahada da kolonlar araındaki boşluk merkezden merkeze 1.8 m olarak alınmıştır. Taş kolonların çaplarının büyük olmaı ve eşkenar üçgen dizilim uygulanmaı nedeniyle alan değişim oranı daha yükektir. Kolonlar araında gerçekleştirilen SPT onuçlarına göre, ortalama N değeri taş kolon uygulanmış ahada 11, geopier uygulanmış ahada 17 olarak bulunmuştur. İnşaat onraı geopier elemanlı zemindeki yanal gerilmenin taş kolonlu zemindekine oranı yaklaşık 2 bulunmuştur.

31 12 Şekil 1.5 Geopier ve taş kolon elemanlarındaki karşılaştırmalı gerilme-şekil değiştirme grafiği. Şekil 1.6 Oturma plakalarından okunan dolgu yükekliğine göre oturma miktarları.

32 13 Taş kolonlar ile iyileştirilen zeminde meydana gelen oturma, geopier uygulanan zeminde meydana gelen oturmadan 3 kat fazladır. Yükleme deneyi onuçlarına göre geopier rijitliğinin taş kolon rijitliğine oranı uygulanan gerilmenin fonkiyonu olarak 2 ila 9 araında değişmektedir. Taş kolonlu dolgu ahaı amaçlanan genel şev tabilitei güçlendirmeine uygun davranmıştır. Geopier uygulamaının ie oturmaların azaltılmaı ve dolgu ile köprü ayağı yapım üreinin kıaltılmaı amaçlarına uygun davrandığı gözlenmiştir. Geopierle, 120 gün olarak planlanan inşaat ürei 30 güne düşmüştür. 1.2 Amaç Bu çalışmada, zayıf zemin tabakalarının yerinde iyileştirilmei için kullanılan taş kolonlar ve gepier elemanların, zemin özelliklerinin iyileştirilmei, taşıma güünün arttırılmaı ve oturmaların azaltılmaı yönünden etkinliklerinin araştırılmaı amaçlanmıştır. Taş kolonlar ve geopier elemanların yapım yöntemleri ve uygulama örnekleri inelenerek, üzerine dolgu inşa edileek zayıf zemin tabakalarının taşıma güünün ve meydana geleek oturmaların belirlenebilmei için, klaik heap yöntemleri yanında onlu elemanlar yöntemini kullanan Plaxi programından da yararlanılarak heaplar gerçekleştirilmiş ve onuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Bu şekilde, klaik heap yöntemlerinde taş kolon ile zemin araında yük paylaşımı için yapılan kabullerin geçerliliğinin araştırılmaı amaçlanmıştır.

33 14 2. TAŞ KOLONLAR 2.1 Genel Kötü zemin şartlarına ahip ahalarda inşa edileek yapılarda gelenekel temel inşaatı yöntemleri pahalıya mal olmakta ve ekonomikliğini kaybetmektedir. Gelenekel temellerin bu tür zeminlerde inşaat maliyetinin yükek olmaı, çevre faktörlerinin oluşturduğu ayıız ıkıntılar ve bunların aşılmaındaki güçlükler nedeniyle zayıf zeminlerde, yerinde zemin iyileştirme yöntemleri araştırılmaya başlamıştır. Geçmişte uygulanmış bazı yöntemlerle bu tür zeminlerde ekonomik çözümler elde edilmiştir. Bu yöntemlerin bazıları günümüzde uygulanabilirliğini korumaktadır. Fakat uygulanan bu yöntemlerin uygulanabilirliği ve güvenilir olup olmadığı hakkında daha fazla araştırmaya gerek duyulmaktadır. Burada önemli olan oru bu yöntemlerin gelenekel temel inşaatı yöntemlerine, çevreye uygunluk ve ekonomiklik yönünden bir alternatif teşkil edip edemeyeeğidir. Zemin iyileştirme yöntemleri araında yeralan taş kolonlar bu zamana kadar başarı ile uygulanmış yöntemlerden biridir. Bu zamana kadar yapılan çalışmalarda taş kolonların yumuşak killerde, iltlerde ve iltli kumlarda güçlendirme amaıyla kullanımının iyi onuçlar verdiği görülmüştür. Taş kolonların geçmişine bakarak, ilk olarak 1830 larda Frana da doğal zeminlerin iyileştirilmei için uygulandığını görürüz. O zamandan bu zamana bu yöntem Avrupa da anak 1950 den onra, Amerika da ie 1972 den onra yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Gerek ine daneli gereke kaba daneli zeminlere uygulanabilen taş kolonların başlıa kullanım amaçları; Konolidayonu hızlandırmak Taşıma kapaitelerini arttırmak Sıvılaşma potaniyelini azaltmak Dolgu ve şev tabilizeini ağlamak olarak özetlenebilir. İne daneli zeminlerde taş kolon uygulamalarının başlıa amaı arazide meydana geleek konolidayon oturmaını hızlandırarak yapım önei temel için gerekli zeminin rijitliğini ve dayanımını arttırmaktır. Taş kolon uygulamaı ile zemin içeriindeki u, yüklemeden kaynaklanan hidrolik eğim ayeinde yükek enerji eviyeinden düşük enerji eviyeine doğru hareket eder. Suyun taş kolon içeriindeki hareketi zemin içeriindeki hareketine nazaran daha kolay olduğundan, taş kolonlar düşük enerji potaniyeline ahiptir. Bu nedenle,

34 15 zemin uyu taş kolonlar ile kolaya drene edilebilir. Taş kolonlar ayrıa zemindeki ıvılaşma potaniyelini azaltmak amaıyla uygulanmaktadır. Sıvılaşma potaniyeli olan bir zemine taş kolon uygulandığında zemine kazandırdığı özellikler aşağıdaki gibi ıralanabilir: Taş kolon yapımı ıraında oluşan titreşim ve yer değiştirme ayeinde zeminin ıkılık dereeinde artış ağlanır. Taş kolonlar, ahip oldukları yükek dayanım ve yoğunluk ile zeminin taşıma güü kapaiteini arttırırlar. Taş kolonlar aşırı boşluk uyu baını oluşmaını engeller. Taş kolon uygulamaı ile kolon etrafındaki zeminde yanal gerilme artışı meydana gelir. Taş kolon inşaı yüzeydeki uygun olmayan zeminin genellikle zayıf tabakaya tamamen bataak şekilde inşa edilmiş ıkıştırılmış düşey taş kolonlarla kımi olarak yer değiştirmeini içerir. Eğer inşa ıraında u kullanılıyora bu işlem vibro-replaement veya ılak metot olarak adlandırılır. Ilak metotta titreşim yanında baınçlı u jeti yardımıyla vibroflotun zeminde ilerlemei ağlanmaktadır. Eki kontrolüz dolgu zeminler gibi kımen uya doygun zeminlerde u kullanılmadan yapılan işleme ie vibro-diplaement veya kuru metot denilir. Bu yöntem ıraında zemine baınçlı hava verilerek zeminin yanal olarak yer değiştirmei ağlanarak probun zayıf tabakada ilerlemei ağlanmaktadır. İlerleyen kıımlarda bu yöntemler ayrıntılı olarak ele alınaaktır. Aşağıda taş kolon imalatında kullanılan aletler ve malzemeler anlatılmıştır. Burada kullanılan bilgiler Vibratory Ground Improvement Manual den alınmış olup taş kolonların inşa adımları, ekipmanları ve uygulamaları hakkında özet bilgiler için Greenwood ve Kirh in (1983) yapmış olduğu çalışmadan yararlanılabilir. Taş kolon imalatı ıraında kullanılan malzeme, orijinali 1935 yılında granüler zeminlerin ıkıştırılmaı için geliştirilen, titreşimli bir prob yardımı ile ıkıştırılır. Prob gövdei içeriindeki ekantrik ağırlık ve elektrik veya hidrolik güç kullanılarak prob uç kımında yanal titreşim oluşturulmaktadır. Her ne kadar her üretii kendi aletlerini farklı iimlerle adlandıra da genel olarak probları tanımlamak için Vibroflot veya Poker terimleri kullanılır. Şekil 2.1 de taş kolon imalatında kullanılan Vibro Sytem adlı şirketin V23 modeline ait keit göterilmiştir. Çizelge 2.1 de ie bazı vibroprob çeşitleri göterilmiştir.

35 16 Şekil 2.1 Vibroprob keiti. (Vibratory Ground Improvement Manual, Vibro Sytem In.)

36 17 Çizelge 2.1 Vibroprob çeşitleri. Üretii Bauer Bauer Keller Keller Keller Keller Vibro Vibro Makine İmi TR13 TR85 M S A L V23 V32 Uzunluk (m) Çap (mm) Ağırlık (kg) Motor (kw) Hız (min -1 ) Genlik (mm) Dinamik Kuvvet (kn) Problar genellikle 30 m ile 46 m araında değişen çap değerlerine ahiptir. Bu değerler üretiinin donanımlarına bağlı olarak değişir. 2.2 Taş Kolon İmalatı Titreşim ve u ve/veya hava jeti yardımıyla vibroprob ile zeminde gerekli derinlikte bir kuyu kazılır. Kazı ıraında kuyu içeriindeki erozyon ve yanal ıkışma nedeniyle kuyu probdan bir miktar geniştir. Kuyu içeriinde 30 m.den 120 m.ye kadar değişen kalınlıktaki tabakalar halinde geri dolgularla yüzeye kadar çıkılarak kolon imal edilmektedir. Taş zemin yüzeyinden boşaltılır ve prob ile zemin araındaki daireel boşluğa düşmeine izin verilir. Çukur kenarlarının göçmeyeeği bilinen zeminlerde açılan çukura taş eklenmeden öne prob geri çekilebilir. Her tabakanın oluşturulmaı ıraında malzemeyi ıkıştırmak ve zemin içeriine iyie yerleşmeini ağlamak amaıyla vibroprob tabakaya birkaç kez batırılıp çıkarılır. Taşın ıkışmaı amaıyla vibroprob belli bir üre abit poziyonda tutulabilir. Taş kolon zemin yüzeyine ulaşınaya kadar, birbirini takip eden ve ıkıştırılarak oluşturulan tabakalar halinde imal edilir. Aşağıda imalat adımları Şekil 2.2 de göterilmiştir.

37 18 Penetrayon: Vibroprobe titreşimle gerekli derinliğe kadar indirilir. Kuyunun Baınçlı Suyla Temizlenmei: Vibroprob etrafındaki bölge taş aktarımı için baınçlı uyla temizlenir. Kurulum: Yukarıdan çakıl aktarılarak taş kolon imalatına başlanır. Bitiş: Yüzey eviyei ile eşitlenir ve onunda ilindirle kompakiyon yapılır. Şekil 2.2 İmalat adımları. 2.3 Vibratör Vibratör kendi ağırlığı ve oluşturulan titreşimle zemin içeriine batırılarak ilerler. Bazen zemin içeriinde daha kolay ilerlemeini ağlamak için hava veya u jeti kullanılır. İtenilen derinlikte ekantrik ağırlık ve elektrikli motor kullanılarak yanal vibrayon oluşmaı ağlanır.

38 19 Vibratörün hareketi yatay düzlemde daireel bir harekettir ve zayıf zemin içeriinde dinamik kuvvetler oluşturur. Bu, vibratör itenilen derinlikteyken üretilen vibrayon enerjiinin efektif kullanımını ve en iyi ıkışmanın elde edilmeini ağlar. Şekil 2.3 Vibratör hareketi ve şemaı. 2.4 Taş Kolon Uygulama Yöntemleri Taş kolonlar farklı metotlarla değişik çap ve uzunluklarda uygulanabilmektedir. Uygulama yapılaak zemine göre değişen metotların bazıları aşağıda kıaa açıklanmıştır Vibro Kompakiyon Vibro kompakiyon temiz, kohezyonuz zeminlerin (Genellikle ine dane oranı %10 dan az) derinlik vibratörleri kullanılarak ıkılığının arttırılmaında kullanılır. Genellikle u jeti ile deteklenen vibratörün hareketi zemin partikülleri araındaki kuvvetlerin yenilmeini ağlayarak onların daha ıkı konuma geçmeini ağlar. Bu yöntemle tipik olarak %70 80 rölatif ıkılık elde edilebilir. Kompakiyon u eviyei altında ve ütünde başarılı olabilir. İyileştirilen zeminin özellikleri, zemin tipine ve dereelenmeine, penetrayon meafeine ve kompakiyon için geçen zamana bağlıdır. Genellikle merkez ile araındaki meafe 1,8 metre

39 20 ile 4,3 metre araında değişen değerlerde ve dizilimi eşkenar üçgen veya kare oluşturaak şekilde uygulanır. Vibratör bir kez itenilen derinliğe indikten onra öneden ayarlanmış derinlik aralıklarında işleme başlanır. Kompakiyon ıraında kompakiyondan dolayı zemin haminde meydana gelen azalmayı dengelemek amaıyla yüzeyden temiz kum eklenir. Bu yolla arazi eviyei korunmuş olur. Buna rağmen çalışma onunda arazide planlanan temel kotunun altında bir kot değeri elde edilebilir. Uygulamalarda kompakiyon ıraında zemin yüzeyinin çökmeine izin verilir. Bazen yüzeye yakın zeminler geri dolgu malzemei olarak kullanılabilir. Vibro kompakiyon, taarım taşıma baını genellikle 240 kpa ile 480 kpa araında değişen ekonomik ürekli temel kullanımına olanak verir. Oturma ve ıvılaşma potaniyelini düşürür. Gerekli işlem derinliği genellikle 4,5 metre ile 15 metre araında değişir, fakat uygulamada en fazla 36,5 metre derinliğe kadar inilmiştir. Çizelge 2.2 de zemin inlerine göre elde edilen başarım ve Şekil 2.4 de imalat adımları göterilmiştir. Çizelge 2.2 Vibrokompakiyon uygulamalarında beklenen onuçlar. Zemin Cini Sonuç Kumlar Mükemmel Siltli Kumlar İyiye Yakın Siltler Zayıf Killer Uygulanamaz Maden Kalıntıları İyi (Eğer Temiz Granülere) Kontrolüz Dolgularda Dolgunun Tabiatına Bağlı Olarak Değişir

40 21 Kuyu Açılmaı Titreşim ve u ve/veya hava jeti kullanılarak vibroprob yardımı ile gerekli derinliğe inilir. Kompakiyon Vibroprobe makimum derinliğe inildikten onra 0.5 m aralıklarla geri çekilmeye başlanır. Yerinde kum ve çakıl malzeme vibroprob doğrultuunda akıtılır. Geri Dolgu Kompakiyon, tepeden veya yerinde yapılan geri dolgu ile tamamlanır. Şekil 2.4 İmalat adımları.

41 22 Şekil 2.5 Tipik bir vibro kompakiyon makinei. Singapur da Chagi havaalanında bu yöntem kullanılmıştır. Arazi ılahı ıraında 170 milyon m 3 kum iyileştirme amaçlı erilmiştir. Serilen kum dolgunun altında 35 m lik yumuşak kil tabakaı bulunmaktadır. Yumuşak kildeki iyileştirme işlemi için prefabrik dikey direnler ve ürşarj yükü uygulamaına gidilmiştir. Kil tabakaı konolide olduktan onra üzerindeki kum tabakaı ıkıştırılmıştır.

42 23 Şekil 2.6 İyileştirme yapılan aha planı ve keiti. İyileştirme yapılan alan, her biri 2500 m 2 alana ahip olaak şekilde kıımlara ayrılmıştır. Sıkıştırmadan onra kontrol amaçlı olarak her bir kıımda CPT deneyi gerçekleştirilmiştir. Deneyler genellikle eşkenar üçgen dizilimini oluşturulan üç kolonun oluşturduğu bölgenin ortaında gerçekleştirilmiştir. Şekil 2.7 Gerçekleştirilen tipik CPT deneyi onuçları, (a) ıkıştırılmamış alan, (b) ıkıştırma onraı uçak piti alanı, () ıkıştırma onraı taxiway alanı. (Raju, V.R. vd., 1998) CPT deneyi onuçlarında minimum uç direni değerleri, uçak piti alanında q = 15 Mpa ve taxiway ahaında q = 12 Mpa olarak ölçülmüştür.

43 Vibro Kompakiyonun Performanı Vibro kompakiyonun başarıı vibratörün kullanımına bağlıdır. Çizelge 2.3 de V23 model vibratör kullanıldığında elde edileek minimum ve makimum değerler göterilmiştir. Fakat bu değerler projeden projeye değişiklik göterebilmektedir. Çizelge 2.3 Vibro kompakiyon performanı. Temiz Kum Kum (10% < 0.06mm) Her Metredeki Kompakiyon Zamanı Her Kuyudaki Batış Zamanı 1.5 dak 1.5 dak Dakika / m * M / aat ** * 10 veya 20 m.lik bir derin kompakiyonda %75 rölatif ıkılığa ulaşıldığı kabul edilmiştir. ** %80 zaman verimliliği = 48 dakika çalışma / aat kabul edilmiştir Vibro Yer Değiştirme Kohezyonlu, karışık ve tabakalı zeminler adee vibrayonla kolaya ıkılaştırılamaz. Derin vibrayon işlemleri ile iyileştirilebileek zemin inleri ayıını arttırabilmek amaıyla taş kolon yöntemi geliştirilmiştir. Vibro yer değiştirme yöntemi ile zemin içeriinde, kırma taştan oluşturulan ıkı kolonlarla elde edilen yararlar şöyle ıralanabilir; Temel altında oluşaak oturmaların azaltılmaı Taşıma güü kapaiteinin arttırılmaı ve temel boyutlarının düşmei Simik bir aktivite ıraında ıvılaşma rikinin azaltılmaı Şev tabilizayonu Dolgu zeminlerde inşaat Zayıf zeminlerde yüzeyel temellere detek Taş kolonların zemine eklenmei ile iltli, killi zeminlerde taşıma güü kapaitei arttırılabilir. Taş kolon oluşturulmaı ıraında vibro kompakiyondakine benzer titreşimli bir prob kullanılır. Prob zeminde ilerlemeyi ve ilerlerken zeminde radyal olarak yer değiştirme oluşmaını ağlar. Bir kez itenilen derinliğe ulaşıldıktan onra probe dışarı çekilir ve oluşturulan kuyuya 75 mm.den büyük dereelenmiş agrega ile geri dolgu yapılır. Probe tekrar kuyuya indirilerek agreganın ıkışmaı ve radyal olarak yayılmaı ağlanır. Bu adımlar gerekli taş kolon oluşturulana kadar tekrarlanır. Yumuşak killerde zemin yer değiştirmez, u jeti ile

44 25 uzaklaştırılır. Bu method eğer temel yükleri fazla değile geçerlidir. Yükün çok fazla olduğu temellerde aşırı oturmalar meydana gelebilir. Oluşturulan vibro kolon ve zemin karışımı bütünleşik item düşük ıkışabilirliğe ve yükek keme dayanımına ahiptir. Mevut aşırı boşluk uyu anki düşey drenler varmış gibi taş kolonlarla kolaya dağıtılır. Vibro taş kolonlar performan şartlarına, zemin inine ve yükleme koşullarına bağlı olarak projelendirilir. Kolonlar araı meafe genellikle 1,8 metre ile 3 metre araında değişir. Güçlendirilmiş zeminlerde izin verilebilir yükler zemin durumu ve performan gerekliliklerine bağlı olarak değişir. Fakat kohezyonlu zeminlerde genellikle bu değer 48 kpa ile 240 kpa araındadır. Bununla birlikte daha yükek değerler (96 kpa ile 480 kpa) granüler zeminlerde veya konolidayonun hızlı olmaı itenilen zeminlerde uygulanabilir. Vibro taş kolon imalatında iki ana yöntem vardır. Bunlar; Ilak, tepeden belemeli yöntem Kuru, dipten belemeli yöntem olarak adlandırılır Ilak, Tepeden Belemeli Yöntem Bu yöntemde u jeti yumuşak malzemeleri kaldırmak ve açılan çukurun tabilizayonunu ağlamak için kullanılır. Çok kullanılan ve uygun maliyetli bir derin vibrayon tekniğidir. Arazi koşulları içinde u jeti için kullanılaak u mevuta ve ortaya çıkaak atık çevreye zarar vermiyora bu metot kuru yöntemden daha uygundur. Şekil 2.8 de imalat adımları göterilmiştir. Bu yöntemde önemli olan parametreler; Zemin ini Rölatif ıkılık Suya doygunluk dereei Permeabilite olarak ıralanabilir. Taş kolon inşaatı bittikten onra arazide yapılan işlemi kontrol etmek amaıyla yükleme deneyi, preiyometre deneyi (PMT), dilatometre deneyi (DMT), tandart penetrayon deneyi (SPT) ve koni penetrayon deneyi (CPT) gibi arazi deneylerinden biri veya birkaçı yapılır.

45 26 Delme Vibroprobe titreşim vaıtaıyla gerekli derinliğe iner. Deliğin Baınçlı Suyla Yıkanmaı Vibroprobe etrafındaki bölge taş aktarımı için baınçlı uyla yıkanır. İmalat Taş kolon yüzeyden taş eklenerek oluşturulur Tamamlanma Son kıımda, taş kolon imalatı bittikten onra, yüzey ilindirle düzeltilir. Şekil 2.8 Ilak yöntemle taş kolon imalatı Kuru, Dipten Belemeli Yöntem Vibro yer değiştirme yönteminde zemine yanal yönde yer değiştirtmek ve probun zemin içeriinde ilerlemeini ağlamak amaıyla baınçlı hava kullanılır. Bu yöntemde vibro değiştirme ile aynı tandartlara ahip titreşimli problar kullanılır. Fakat ek olarak geri dolgunun vibratörün uç kımından yapılmaını ağlamak amaıyla doldurma hunii ve beleme tüpü bulunmaktadır. Şekil 2.9 da bu yöntemde kullanılan bir vibroprob göterilmiştir. Dipten belemeli vibro yer değiştirme tamamen kuru bir operayondur. Bu yüzden inşa işlemi ıraında vibratör kuyu içeriinde durur. İşlem ıraında 24 metreden daha derine inilebilir ve yeraltı uyunun varlığı işlemi ınırlandırmaz Bu yöntemin avantajı, inşaat ıraında kullanılaak taş haminin tam olarak heaplanabilir ve taş dolgu tüketiminin düşük olmaı, ayrıa u jeti kullanılmadığı için ortaya daha az miktarda atık çıkmaıdır. Şekil 2.10 de inşa adımları göterilmiştir.

46 27 Dipten belemeli yöntemde taşı vibratörün uuna aktarmak için doldurma hunii ve beleme tüpü bulunur. Şekil 2.9 Dipten belemeli yöntem için kullanılan vibroprob.

47 28 Batma Vibroprob gerekli derinliğe vibrayon ve baınçlı hava yardımıyla iner. Kurulum Taşlar vibroprobun uç kımına aktarılarak kurulum işlemine başlanır Tamamlanma İşlem bittikten onra eviye düzlenir ve ilindirajı yapılır. 2.5 Vibro Sitemlerin Taarımı Şekil 2.10 İnşa adımları Taarım Kriterleri Taş kolon dizilimi iyileştirilmemiş zemin durumuna göre tanımlanan temel oturmaının, iyileştirilmiş zemin durumuna göre oluşaak temel oturmaına oranı olarak tanımlanan hedeflenen oturma iyileştirmei oranına (SIR) göre belirlenebilir. Arzulanan SIR orijinal zemin koşullarına göre heaplanan oturmaya bağlı olarak belirlenebilir.(clemente, J.L. ve Davie, J.R., 1999). SIR ile taş kolon alan değişim oranı araındaki ampirik bağıntılar için Priebe ın (1995) çalışmaı yayınlanmıştır. Clemente J. ve Davie R. (1999) yaptıkları arazi çalışmaında taş kolon aralıklarının naıl olmaı gerektiği ve taş kolonların oturmalar üzerindeki etkiini inelemişlerdir. Yapılan çalışmada 4 adet deney ahaında mevut olan

48 29 granüler, uya doygun kohezyonlu zeminler ve aşırı konolide zeminlerin oturma heapları onuçları unulmuştur. Aşağıda Çizelge 2.4 de 1 numaralı deney ahaındaki zemin özellikleri örnek teşkil etmei amaıyla unulmuştur. Çizelge 2.4 Enerji Jeneratörü Deney Sahaı Zemin Profili (Clemente J. ve Davie R., 1999) Zemin Tanımı Kum Silt/Kil Kum ve Meran H (m) E (MPa) > Taş kolonlar çalışma yapılaak zeminin durumunu iyileştirmek amaıyla 8 m boyunda imal edilmiştir. İnelenen ahada taş kolonların dizilimi ıraıyla şu şekilde eçilmiştir: 2 tane eşkenar üçgen dizilimli, 1.2 m aralıklı; 1 tane eşkenar üçgen dizilimli, 1.6 m aralıklı ve on olarak kare dizilimli 1.6 m aralıklı olarak taarlanmıştır. Ayrıa bunlara ek olarak iyileştirilmemiş zeminde deney gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilmiş deney programı hakkında detaylı bilgi Clemente vd. de (1997) bulunabilir. Elde edilen onuçlara göre; İyileştirilmemiş zeminde Çizelge 2.2 kullanılarak yapılan heaplarda 250 kpa lık yük altında 2.5 m 2 lik temelde 44 mm, 2.8 m 2 lik temelde 51 mm ve 3.2 m 2 lik temelde ie 64 mm lik oturma tepit edilmiştir. Yükleme deneyinde 2.5 m 2 lik temel (1.2 m aralıklı) izin verilebilir taşıma güü değerinin iki katı kadar olan 500 kpa lık yükü taşıyabilmiştir. 2.8 m 2 lik temelde (1.6 m aralıklı) gerçekleştirilen deneyde ie 462 kpa lık yükü taşıyabilmiştir. Temel ve taş kolonların taarımı elde edilmek itenilen iyileştirmeye göre eçilmelidir. Titreşim teknolojileri için taarım kriterleri üç ana kategoriden birine veya birkaçına bağlıdır. Bunlar; Keme Dayanımı Oturma Kontrolü Sıvılaşma Riki olarak ıralanabilir.

49 30 Şekil 2.11 Vibrayon teknolojileri ile işlenebilir zemin ınırları. (Hayward Baker Vibrayon Teknolojileri) Şekil 2.11 de vibro teknolojileri ile işlenebilen zeminlerin ınırları göterilmiştir. Drenler ile birlikte kullanılan vibro değiştirme yöntemi ile işlenebilir zemin ınırları genişlemektedir Taarım için Gerekli Veriler Taarım için gerekli veriler; Toplam yük (Yapı, ürşarj, hareketli yükler, rüzgâr yükü ve deprem yükü) Zemin ini (Çeşitlilik, tratigrafi, yeraltı uyu konumu) Temel taarımı Yapı için izin verilebilir oturma miktarı den oluşmaktadır Taşıma Kapaiteinin Arttırılmaı Taşıma kapaitei zemine ait içel ürtünme açıı ve kohezyondan türetilen kayma dayanımının bir fonkiyonudur. Vibro itemler efektif içel ürtünme açıını yükelterek izin verilebilir taşıma kapaiteini arttırırlar. Vibro Kompakiyon kohezyonuz granüler zeminleri ıkıştırır, dolayııyla içel ürtünme açıının artmaını ağlar. İzin verilebilir taşıma kapaitei, artan içel ürtünme açıı kullanılarak gelenekel heap yöntemleri kullanılarak heaplanır.

50 31 Vibro Değiştirme ile iyileştirilmek itenilen bölgede ıkı vibro taş kolonlar inşa edilir. İzin verilebilir taşıma kapaitei çeşitli yöntemlerle heaplanabilir. Bunlardan bir tanei de Priebe tarafından geliştirilen ve The Deign of Vibro Replaement (Ground Engineering, Deember 1995) adlı makalede yayınlanan yöntemdir. Eğer ahadaki zemin içeriinde granüler malzeme vara, taarım için granüler malzemenin iyileştirilmiş değerleri de heaplanmalıdır İyileştirilmiş Zeminde Oturma Heabı Oturma, zeminin ıkışma modülünün ve konolidayon karakterinin bir fonkiyonudur. Vibro itemler yapılmaı planlanan temelin altında meydana geleek oturmaları azaltır. Bunun için ahadaki zeminin ıkışma modülü değerinde artış ağlanır veya yükek modüllü vibro taş kolonlar inşa edilir. Vibro Kompakiyon kohezyonuz, granüler zeminleri ıkıştırdığı için zeminin ıkışma modülü değeri artar. Oturma heabı gelenekel heap yöntemleri ile iyileştirilmiş modül değeri kullanılarak yapılır. Vibro Değiştirme ile iyileştirmede gerekli bölgede yükek modüllü ıkı vibro taş kolonlar inşa edilir. Beklenilen oturma Priebe yöntemi gibi çeşitli yöntemlerle heaplanabilir. Bu yöntemde taş kolonun içel ürtünme açıına ve iyileştirilen bölgede taş kolonla değiştirilen bölgenin yüzdeine (alan değiştirme oranı) bağlı bir iyileştirme faktörü tanımlanır. Ayrıa zeminde granüler malzeme vara taarımda onların iyileştirilmiş parametreleri kullanılmalıdır İyileştirilmiş Zemin Parametreleri Kohezyonuz zeminlerde vibrayon yardımıyla ıkılık dereeinin arttırılmaıyla zeminin iyileşmeini ağlayan vibro kompakiyonun terine, vibro değiştirme işleminde zeminde iyi kompakte edilmiş ve iyi dereelendirilmiş granüler malzemeden oluşan kolonlar oluşturulur. Burada problem zemin içeriinde oluşturulan ıkıştırılmış taş kolon malzemei ile zemin bir araya geldiğinde oluşaak yeni parametrelerin ve ne kadarlık bir iyileşme ağlandığının belirlenmeidir. Priebe a (1995) göre taş kolonların davranışlarının belirlenmei için geniş ölçekli arazi deneyleri gerekmektedir. Bununla birlikte taş kolonlu ve taş kolonuz zemin durumları kıyalanarak iyileşme dereei belirlenebilir. Priebe a (1995) göre yerleşim planı geometrii ve dolgu malzemei özellikleri bilindiğinden bu durum mümkündür. İyileştirilmiş zemin parametrelerinin belirlenmei için Priebe (1995) tarafından önerilen yöntem aşağıda adım adım göterilmiştir. Bu yöntemde kolonun iyileştirme etkii zeminin başlangıçtaki durumu ile kıyalanmakta ve taş kolon ile iyileştirilen zemin, iyileştirilmemiş

51 32 zemin ile karşılaştırılarak bir iyileştirme faktörü elde edilmektedir İyileştirme Faktörü Heabı Priebe (1995) tarafından önerilen taş kolon taarım yöntemine göre, kolonun rijid bir tabaka üzerine yerleştirildiği ve kolon zemin iteminin adee yatay deformayonlar netieinde oturduğu kabul edilmiştir. Kolon malzemeinin baştan itibaren keildiği, çevreindeki zeminin ie elatik davrandığı kabul edilirken, kolon imalatı ıraında çevre zeminin aşırı yer değiştirmeye zorlanmaından dolayı başlangıç yanal direninin ıvı duruma karşılık geldiği (yanal toprak baını katayıının K=1 olduğu) varayılmaktadır. Buna göre iyileştirme faktörü (n 0 ); K AC φ = tan 2 (45 C ) (2.1) 2 (1 μ S )(1 AC / A) f ( μ S, AC / A) = (2.2) 1 2μ + A / A S C n 0 AC 1/ 2 + f ( μ S, AC / A) = 1+ 1 A K AC f ( μ S, AC / A) (2.3) bağıntııyla heaplanmaktadır. Burada; Taş Kolon Malzemei Aktif İtki Katayıı : Taş Kolon Malzemei İçel Sürtünme Açıı : Zeminin PoionOranı : Taş Kolon Alanı : Toplam Alan olarak tanımlanır. Birçok durumda poion oranının μ = 1/ 3 alınmaı, on oturma durumu için çoğunlukla yeterlidir. Bu durumda iyileştirme faktörü;

52 33 n 0 A 5 A = 1+ A 1 A A 4K (1 ) AC A (2.3a) şeklinde adeleştirilebilir. İyileştirme faktörü n, ter alan oranı A/ A ve kolon malzemei içel ürtünme açıı araındaki bağlantı Şekil 2.12 de verilmiştir.. 0 Şekil 2.12 μ = 1/ 3 için iyileştirme faktörü grafiği. (Priebe; Keller-Publiation) Kolon Sıkışabilirlik Etkiinin Göz Önüne Alınmaı Sıkıştırılan kolon dolgu malzemei pratikte hala ıkışabilmektedir. Bu nedenle üzerine herhangi bir yük geldiğinde, kolonun dışa doğru genişlemei ile alakalı olmayan oturmalar meydana geleektir. Teoride A / A C oranı 1 olduğunda iyileştirme faktörü onuz heaplanmaktadır, gerçekte ie kolonun ıkışabilirliğine göre değişmektedir. Priebe a göre iyileştirme faktörü kolon ve çevre zemin araındaki tek ekenli ıkışma modülleri (D/D ) oranıyla ınırlıdır. Bu kabulle, kolonun ıkışabilirliğinin iyileştirme faktörü üzerindeki etkiini heaplayabilmek için, hangi alan oranında iyileştirme faktörünün tek ekenli ıkışma modülleri oranına eşit olaağını bulmak yeterli olaaktır. μ = için; 4K AC ( n0 2) K AC ( n0 2) K AC ( n0 1) ( A C / A) 1 = ± + (2.4) 2(4K AC 1) 2 4K AC 1 4K AC 1 2

53 34 Kolon malzemeinin ıkışabilirliğini yaklaşık olarak dikkate almak için, alan oranına (A/A ) aşağıdaki eklemeyi yaparak bir düzeltilmiş iyileştirme oranı bulunabilmektedir. 1 Δ( A / AC ) = 1 (2.5) ( A / A) Düzeltilmiş alan oranı; C 1 A 1 = A A + Δ A A A (2.6) şeklinde elde edildikten onra, düzeltilmiş iyileştirme faktörü heaplanabilmektedir. n 1 A C 1/ 2 + f ( μ S, AC / A) = 1+ 1 A K AC f ( μ S, AC / A) (2.7) Poion oranı μ = olan zeminlerde değişik taş kolon malzemei içel ürtünme açıları ve tek ekenli ıkışma modülleri oranları için alan düzeltme faktörü grafiği Şekil 2.13 de göterilmiştir. Şekil 2.13 μ = için kolon ıkışabilirlik düzeltmei eğrileri. (Priebe; Keller-Publiation)

54 Derinliğin (Jeolojik Yükün) Etkiinin Göz Önüne Alınmaı Kolonun ve zeminin birim haim ağırlığını ihmal etmek, kolonun dışa doğru genişlemeine yol açan (bulging) kolon ve zemin araındaki başlangıç baınçlarındaki farklılığın adee temelden gelen P yükünün, taş kolonlar ve zemin araında dağıtımına bağlı ve derinlikle abit olduğunu varaymak anlamına gelmektedir. Gerçekçi bir yaklaşımla, zeminin ve kolonun ağırlıkları dış yüke eklenmelidir. Bu ağırlıkların göz önüne alınmaı ile başlangıç baınç farklılığı derinlikle aimptotik olarak düşeek ve yanal genişlemenin azalmaına yol açaaktır. Diğer bir deyişle derinlikle jeolojik yükün artmaı nedeniyle kolonlar yanal olarak daha iyi detekleneek ve bu nedenle taşıma kapaitei artaaktır. Baınç farklılığı iyileştirme faktörünün elde edilmeinde doğrual değişen bir parametre olduğundan, başlangıç baınç farklılığı ile derinliğe bağlı olanın oranı (derinlik faktörü, f d ) kullanılarak iyileştirme faktöründe bir düzeltme yapılabilir. Düzeltilmiş iyileştirme faktörü n = f 2 d n 1 olarak elde edilir. Örnek olarak baınç farklılığı miktarı başlangıç değerinin %50 i olan derinlikte, derinlik faktörü a f = 2 olmaktadır. Derinlik faktörünün, derinlikle lineer olarak değişen d ( P + γ d) K ve ( P γ d)( K = 1) yanal baınç çizgilerinden heaplanabileeği kabul + edilmektedir. Bununla birlikte derinlikle yatay deformayonların azalmaı ile kolonlardan, toprak baını aktif baınç katayıı K AC değerinden ükûnetteki K OC değerine doğru değişmektedir. Baınç farkı olarak kabul edilen düz çizginin, var olan aimptotik çizgi ile buluştuğu derinliğe kadar önerilen derinlik faktörü güvenli tarafta kalmaktadır. Pratikte iyileştirme derinliği bundan çoğunlukla daha azdır. f d f d = 1+ K o K 1 W W o W x P (2.8) P = A A P A 1 + A P P (2.9) P P f ( μ, A A) = (2.10) K f ( μ, A A) A W = ( γ Δd) (2.11a)

55 W = ( γ Δd) (2.11b) 36 K o = 1 inφ (2.12) n = f (2.13) 2 d n 1 Burada; f d : Derinlik Faktörü W : Zemin Ağırlığı W : Kolon Malzemei Ağırlığı P : Temelden Dolayı Kolona Gelen Yük P : Temelden Dolayı Zemine Gelen Yük P : Temel Yükü K o : Kolonun Malzemeinin Sükûnetteki Toprak Baını Katayıı olarak tanımlanır. Şekil 2.14 de göterilen baitleştirilmiş diyagramda, kolon malzemei ve zemin için aynı birim haim ağırlık değerleri kullanılmıştır. Güvenli yönde olmayan bu kabul nedeniyle daha düşük değere ahip olan zeminin birim haim ağırlığı göz önüne alınmalıdır. f d 1 = K o 1 W 1+ x K P o 1 = K o 1 1+ K o ( γ Δd) P (2.14a) Burada W W = γ Δd = Δd ile ifade edilir. Fakat γ yerine γ değerinin kullanılmaı durumunda γ faktörü aşağıdaki şekilde; 1 K olaaktır. y = K 0 0 etki faktörü olarak tanımlanıra, derinlik düzeltme f d = 1 y 1 ( γ Δd) P (2.14b) olarak elde edilir. Şekil 2.14 de μ = için etki faktörünün (y) alan oranı ve kolon malzemei içel

56 37 ürtünme açıı ile değişimi göterilmiştir. Şekil 2.14 μ = için derinlik etki faktörü. (Priebe; Keller-Publiation) Uygunluk Kontrolü Taarım aşamaındaki bait adımlar matematikel olarak bağlantılı olmayıp çeşitli baitleştirmeler ve kabuller içermektedir. Bu nedenle ınır durumlarda kolonların ıkışabilirliğine bağlı olarak taşıyabileeklerinden daha fazla yük gelmemei için uygunluk kontrolü yapılmalıdır. Derinlik arttıkça zemin tarafından ağlanan detek, kolonun artık yanal olarak genişleyemeyeeği ınıra ulaşır. Bununla birlikte derinlik faktörü onuza kadar artmaz. Bu yüzden ilk uyumluluk kontrolü derinlik faktörü ınırlarının belirlenmei ve dolayııyla kolonun etkiyeek yükün ınırlanmaı olmalı ve kolonun içel ıkışabilirliğine bağlı olarak oluşaak oturma, kompoit itemin oturma değerini geçmemelidir. Bu kontrol özellikle arazide oldukça ıkı ve katı zeminler yer aldığı zaman uygulanmalıdır. Derinliğe bağlı iyileştirme faktörü düzeltmeinin ınır değeri; D D f d (2.15) P P olmalıdır. Burada; D : Kolon Malzemei Tek Boyutlu Sıkışma Modülü

57 38 D : Zeminin Tek Boyutlu Sıkışma Modülü olmaktadır. Şekil 2.15 Derinlik faktörü limit değerleri. (Priebe; Keller-Publiation) Şekil 2.15 de göterilen grafiklerden alan oranı A/A ve kolon malzemei içel ürtünme açıına bağlı olarak etki faktörü y değeri bulunur ve bu değer kullanılarak derinlik faktörü D f d < y değeri kontrol edilir. Eğer derinlik faktörü d < 1 D f olarak heaplanıra göz önüne alınmamalıdır. Bu durumda zorunlu olarak iyileştirme faktörünün makimum değeri ile alakalı ikini bir uygunluk kontrolü gerekir. Bu kontrol ilk kontrolle benzerdir ve kolonların, her birine gelen yükten dolayı içel ıkışabilirliklerinin neden olaağı oturmanın, çevreleyen zeminin oturmaını aşmamaını garantiler. İkini kontrolün önelikle arazide gevşek veya yumuşak zemin tabakalarının yer aldığı durumlarda uygulanmaı gerekmektedir. A D n mak = 1+ ( 1) (2.16) A D İyileştirilmiş Zeminin Mekanik Dayanım Parametreleri İyileştirilmiş olan zeminlerde kolonlar, alan oranı ( / A) ve iyileştirme faktörü (n) ye bağlı A C olarak uygulanan yükün belli bir kımını taşımaktadır. Bu oran;

58 39 m = ( n 1+ AC / A) / n (2.17) formülüyle heaplanabilmektedir. Burada; m: Taş Kolonlara Gelen Yük Oranı olarak tanımlanabilir. Önerilen taarım yöntemine göre kolonlar yanal deplaman yaptıktan onra çevre zeminde oluşan haimel azalmalar heaba katılmamaktadır. Bu ebeple, özellikle yük alan oranlarında çevre zemin heaplanandan daha fazla yük taşımaktadır. Kolonların keme direnini gerçekte olmaı gerektiğinden daha fazla almamak için, kolonların taşıdığı yük oranı azaltılmalıdır. Priebe a (1995) göre aşağıda ifade edilen yaklaşık bağıntı bu etkiyi heaba katmak için yeterli olaaktır. ' m = ( n 1) / n (2.18) Uygulanan yüklerin kolonlar ve çevre zemin araında oranlanmaının onraında kompozit itemin içel ürtünme açıı aşağıdaki bağıntıyla heaplanmaktadır. ' ' tanφ = m tanφ + (1 m ) tanφ (2.19) C S Kompozit zemine ait kohezyon ie; = ( 1 A / A) (2.20) C S bağıntıından heaplanmaktadır. Kolonların imalatı ıraında çevre zemin örelenmekte ve yapıı bozulmaktadır. Bu yüzden Priebe kohezyonun yük oranlarına bağlı olarak değerlendirilmeini önermektedir. Bu şekliyle kompozit itemdeki kohezyon değeri; ' ' = (1 m ) (2.21) S bağıntııyla heaplanmaktadır. Poion oranı μ = olan zeminlerde değişik alan oranları ve kolon içel ürtünme açıları için kolonun taşıdığı yük oranlarının heabına dair grafik Şekil 2.16 da göterilmiştir.

59 40 Şekil 2.16 μ = için kolon yük oranları. (Priebe; Keller-Publiation) İyileştirilmiş Zemin Oturma Heapları Taş kolonların tekil veya şerit temel altındaki performanı kein olarak belirlenebilmiş değildir. Taarım, ınırız yükleme alanı altındaki ınırız kolon dizilimi performanının belirlenmeine dayanmaktadır. Bu durumda homojen koşullarda oluşaak olan toplam oturma, yukarıda tanımlanan n2 değerinin d derinliğine bağlı ortalama değeri kullanılarak; d S = p (2.22) Dn 2 formülü ile heaplanabilir. Burada; S : Homojen Zeminde Sınırız Kolon Dizilimi ve Sınırız Yükleme Alanı Altında Oturma p : İyileştirilmiş Zemine Uygulanan Temel Taban Baını d : Derinlik olarak tanımlanabilir. Aşağıda verilen Şekil 2.17a ve Şekil 2.17b de bu değer kullanılarak taş kolon uygulanmış tekil veya şerit temellerin oturmaları heaplanabilir. Taş kolon çapı D değerinin de kullanıldığı bu diyagramlar bir yanda yükleme dağılımının ve diğer yanda temel altındaki kolon gruplarında, dışardaki kolonların düşük taşıma kapaiteinin göz önüne alındığı ayıız heaplamalara dayanmaktadır.

60 41 Şekil 2.17a Tekil temellerin oturmaı. (Priebe; Keller-Publiation) Şekil 2.17b Şerit temellerin oturmaı. (Priebe; Keller-Publiation)

61 İyileştirilmiş Zeminde Taşıma Güü Heabı Tekil Kolon İçin Göçme Mekanizmaları Taş kolonlar yumuşak tabaka içeriinde imal edilirken ağlam tabakaya kadar uzatılabilir ya da ağlam tabakaya kadar uzatılmadan kolon uu yumuşak tabaka içeriinde kalaak şekilde yüzen itemler olarak imal edilebilirler. Yanal Sürtünme Uç Taşıma Not: Keme Göçmei Meydana Gelebilir Birini Sağlam Tabaka (Gerekli Değil) (a) Uzun Taş Kolon, Sağlam Tabakada veya Yüzen Sitem Olarak (b) Rijit Kıa Kolon - Keme Göçmei () Yüzen Kıa Kolon Zımbalanma Göçmei Şekil 2.18 Homojen zeminde tekil taş kolonun göçme mekanizmaları. Şekil 2.18 de göterildiği gibi taş kolon yüklendiğinde meydana gelebileek göçme türlerini ineleyelim. Taş kolon iter ağlam tabakaya kadar uzatılın itere yüzen bir item olarak imal edilin, eğer kolon uzuna Şekil 2.18a da göterildiği gibi göçme malzemenin dışa doğru kabarmaı ve kolon çapının genişlemei şeklinde olur. Eğer kolon çok kıaya ve ağlam tabakaya kadar iniyora, Şekil 2.18b de göterildiği gibi yüzeyde kolonu da içereek şekilde genel ve yerel göçme meydana gelebilir. Son olarak kolon kıaya ve yüzen item olarak imal edilmişe Şekil 2.18 deki gibi göçme uç kıımda meydana gelebilir Taş Kolon Grupları İçin Göçme Mekanizmaları Tekil bir taş kolon, taş kolon grubu ile karşılaştırıldığında nihai yükleme kapaitei grup içeriindeki bir kolona göre küçük bir miktar daha düşüktür. Çevreleyen kolonlar ile içteki kolonun hareketi ınırlandırılır ve çevreleyen zemin pekleştirilir. Bu nedenle her bir kolonun nihai taşıma güünde bir miktar artış meydana gelir.

62 43 Model yükleme deneyleri tekil kolonun davranışının yükün uygulanma yönteminden önemli oranda etkilendiğini götermektedir. (Şekil 2.19). Yükün kolon çapından geniş rijit bir temel ile uygulanmaı (Şekil 2.19a) durumunda kolon etrafındaki gerilmelerde ve taşıma güünde artış meydana gelmektedir. Yüklenen taş kolonun götereeği yanal genişlemenin yüklenme şeklinden büyük oranda etkilendiği Şekil 2.19 da göterilen farklı yükleme türleri için gözlenmektedir. Rjit Temel (a) Rijit Temel Yüklemei (b) Plaka Yükleme Deneyi Gerilme Konantrayonu Dolgu () Dolgu Yüklemei Şekil 2.19 Taş kolona etkiyen farklı tipteki yükler.

63 44 Daireel Göçme Yüzeyi Yumuşak Kil Yumuşak Kil (a) Yanal Yayılma Geniş Dolgu Yüklemei (b) Genel Daireel Göçme () Kabarma Göçmei Küçük Grup Yumuşak Kil (d) Kıa Kolonlarda Zımbalanma Göçmei Homojen Yumuşak Zemin Şekil 2.20 Taş Kolon gruplarının göçme mekanizmaları. Şekil 2.19 ve Şekil 2.20a da göterilen dolgu inşaatı gibi yüklemenin geniş bir alanda yapıldığı ve zeminin taş kolonlar ile iyileştirildiğini düşünelim. Vautrain (1977) ıkışabilir zemin ve taş kolonda meydana gelen oturmanın dolgu altında yaklaşık olarak eşit olduğunu bulmuştur. Zayıf zeminlerde dolgu inşaatına bağlı olarak temel altındaki zemin Şekil 2.20a ve Şekil 2.20b de göterildiği gibi yanal olarak ötelenir. Bu durum yanal yayılma olarak adlandırılır. Arazi deneyimleri ve onlu elemanlar analizleri onuçları, yanal yayılma oluştuğunda meydana gelen oturmaların yanal yayılma oluşmaının engellendiğinde meydana gelebileek oturmalardan çok daha fazla olduğunu götermektedir. Yanal yayılma zeminle taş kolon araındaki yanal deteği azaltmaktadır. Ayrıa yanal yayılma taş kolon içeriinde dışa doğru genişleme nedeniyle oluşaak göçme ihtimalini bir miktar arttırmaktadır.

64 45 Güçlendirilmiş Toprak Duvar Güçlendirilmiş Toprak Duvar Seviye (ft.) Yatay Yer Değiştirme (inhe) Şekil 2.21 Sürşarj yüklemei onunda dolgu altında meydana gelen yanal yer değiştirme. Başlangıç Durumu Göçmeden Sonraki Durum Seviye (ft.) Yaklaşık Göçme Yüzeyi Şekil 2.22 Jourdan terminali taş kolonla güçlendirilmiş zemin üzerindeki donatılı zemin itinat duvarı altında göçmeden onraki durum.

65 46 Jourdan Terminali dolgu inşaatında inklinometrik ölçümler ile belirlenen yanal yayılma ötelenmeleri Şekil 2.21 de göterilmiştir. Bu projede 11x 4 m 2 boyutlarındaki bir inşaat ahaında 1.1 m çapında 14 adet taş kolon ile deteklenen küçük bir donatı zemin duvar inşa edilmiştir. Daha onra itinat yapıı üzerine ürşarj yükü uygulanmış ve önünde kazıya başlanmıştır. Kazı ıraında Şekil 2.22 de göterildiği gibi bir göçme meydana gelmiştir. Yumuşak zemin içeriindeki taş kolon gruplarında Şekil 2.20 de göterildiği gibi yerel göçme ve kabarma tipinde göçmeler meydana gelebilmektedir. Yerel göçme rölatif olarak rijit taş kolonun (veya kolon grubunun) zımbalanmaı şeklinde meydana gelir. Kıa kolon gruplarında Şekil 2.18d de göterildiği gibi uçta on taşıma güünün aşılmaı nedeniyle göçme meydana gelebilir. Yukarıda idealize edilen göçme mekanizmaları tanımlanırken zeminin üniform olduğu kabul edilmiştir ki gerçekte bu çok nadir bir durumdur. Deneyimlerden elde edilen onuçlara göre zemin tabakaları içeriinde ınırlandırılmış, izole edilmiş çok yumuşak kohezyonlu zeminlerin bulunmaı, imal edileek taş kolon veya taş kolon gruplarının Şekil 2.23 de göterildiği gibi zeminin o bölgeinde dışa doğru kabararak göçmeine neden olabilmektedirler. Ayrıa arazi gözlemlerinden bu tabakanın kalınlığının taş kolonun çapından çok büyük olmaı durumunda taş kolonda iddi tabilite orunlarının ortaya çıkabileeği farkedilmiştir. Şekil 2.23 Homojen olmayan kohezyonlu zeminlerde taş kolon göçme mekanizmaları.

66 Temel Bağlantılar Taş kolonlar genellikle eşkenar üçgen diziliminde inşa edilirler, bazen de inşa ıraında kare dizilim uygulanabilir. Eşkenar üçgen dizilimi bize daha ıkı bir taş kolon paketi unar. Şekil 2.22 de tipik bir taş kolon planı göterilmiştir Birim Hüre Kavramı Eşdeğer Çap: Oturma ve tabilite analizlerini yapabilmek için her bir kolonu çevreleyen zemin kolon ile birlikte düşünülmelidir. Bu kolonu çevreleyen zeminin alanı Şekil 2.24 ve Şekil 2.25 de göterildiği gibi düzgün altıgenden oluştuğu için buna yakın bir değerde, aynı alan değerine ahip bir daire kabul edilebilir. Şekil 2.24 Taş kolonlarda eşkenar üçgen dizilimi.

67 48 Fiktif Tutuu (a) Plan Taş Kolon Zemin Rijit, Sürtünmeiz Yüzey Taş Kolon Rijit () Keit (b) Birim Hüre Şekil 2.25 Birim hüre yaklaşımı. Eşkenar üçgen yerleşimli kolonlar için bu eşdeğer dairenin efektif çapı; D e = (2.23) kare yerleşimine göre ie; D e = (2.24) olarak bulunur. Burada, kolon merkezleri araındaki meafedir. Buna göre D e çapına ahip ve heap yapılan alanı içeriine alan ilindirik birim içeriinde zemin ve taş kolondan oluşan yapı birim hüre olarak adlandırılır. Taş kolon ve birim hürenin merkezleri ortaktır. Alan Değişim Oranı: Taş kolonlar ile değiştirilen zemin hami iyileştirilmiş zeminin performanında önemli bir etkiye ahiptir. Değiştirilen zemin miktarını belirlemek amaıyla, alan değişim oranı, a ; A a = A (2.25) şeklinde tanımlanabilir. Burada;

68 49 A : Sıkıştırmadan onra taş kolonun alanı A : Birim hürenin toplam alanı olarak tanımlanabilir. Zemin alan oranı ie; A a = A (2.26) a = 1 (2.27) a bağıntılarından heaplanabilir. Alan değişim oranı ayrıa; 2 D a = C1 (2.28) formülüyle heaplanabilir. Burada; D: Sıkıştırılmış Taş Kolonun Çapı : Merkezden Merkeze Taş Kolonlar Araındaki Meafe C1 : Taş Kolonların Dizilimine Göre Belirlenen Sabit Bir Katayı π π C 1 katayıı, kare dizilim için, eşkenar üçgen dizilimi için üçgen dizilimine göre a ; olarak alınır. Eşkenar 2 D a = (2.29) olarak alınır. Gerilme Konantrayonu: Taş kolon üzerine bir dolgu veya temel yerleştirildiğinde, Şekil 2.25 de göterildiği gibi taş kolonda önemli miktarda bir gerilme artışı meydana gelmekte ve çevreinde bulunan zeminde oluşaak gerilme miktarı azalmaktadır. Zeminde ve taş kolonda meydana gelen düşey oturmalar neredeye aynı olduğu için ve taş kolon zemine göre daha rijit olduğu için gerilme konantrayonu taş kolon içeriinde meydana gelir. Birim hüre kavramına uygun, kabul edilebilir genişlikte, göreeli olarak üniform yükün etkidiği, eşkenar üçgen veya kare yerleşimli bir taş kolon grubunu göz önüne alalım. Şekil 2.25 de göterilen düşey gerilme dağılımı aşağıda tanımlanan gerilme konantrayonu faktörü, n ile ifade edilebilir.

69 50 n σ = (2.30) σ Burada; σ : Taş Kolon İçeriindeki Gerilme σ : Kohezyonlu Zemin İçeriindeki Gerilme olarak tanımlanır. Formülden de anlaşılaağı üzere temelden gelen yük nedeniyle kolonda ve zeminde oluşaak olan gerilme miktarlarının oranı gerilme konantrayon faktörü n olarak tanımlanır. Barkdale ve Bahu (1983) çeşitli arazi ölçümlerinden elde edilen gerilme konantrayon oranlarını tablo olarak unmuşlardır. Bu çalışmada 12 farklı ahada ölçüm yapılmış ve bunların 4 taneinde ölçümler 3 metre ve 15 metre derinlikte yapılmıştır. Ölçümler 15 haftalık konolidayon döneminden onra alınmıştır. Buna göre oluşturulan tablo Şekil 2.26 da göterilmiştir. Şekil 2.26 Taş kolonlarda gözlemlenen gerilme yoğunluğu faktörleri. (Barkdale ve Bahu, 1983) Birim hüre içeriinde verilen bir derinlikte var olmaı gereken ortalama gerilme, birim hüre içeriindeki düşey kuvvetlerin dengei için verilen alan değişim oranı ile aşağıdaki gibi

70 51 heaplanabilirler. σ = σ a + σ 1 a ) (2.31) ( Bu denklemden kohezyonlu zemindeki ve taş kolondaki gerilmeler, gerilme konantrayon faktörü (n) kullanılarak; σ σ = = σ [ 1+ ( n 1) a ] nσ [ 1+ ( n 1) a ] = μ σ = μ σ (2.32) (2.33) heaplanabilir. Burada μ ve μ, zemindeki ve taş kolondaki gerilmelerin oranıdır. σ, σ ve σ etkiyen yüklemeye bağlıdır. Ayrıa başlangıçtaki efektif (veya toplam) düşey jeolojik gerilmeler ve yanal gerilmeler de önemlidir. Yukarıdaki iki eşitlik, etkiyen yüke göre taş kolondaki ve zemindeki gerilmeyi veren oturma ve tabilite analizlerinde oldukça kullanışlıdır Nihai Taşıma Güü Analizi Tekil Taş Kolon Taş kolonun uzunluğunun çapına oranı dört veya altıya eşit veya daha büyüke genellikle taş kolonda dışa doğru kabarma (genişleme) şeklinde göçme meydana gelmektedir. Kolon uu yumuşak tabaka içinde kalaak şekilde yüzen item olarak taarlanmış ya da ağlam tabakaya kadar uzatılmış olmaı fark etmez. Şekil 2.27 de yumuşak kilde tek bir taş kolonun kabarma göçmei göterilmiştir. Hughe ve Wither (1974) tarafından yumuşak kilde yapılan küçük ölçekli bir model deneyinde göçmenin yüzeyden, çapın iki veya üç katı derinlikte meydana geldiği görülmüştür. Bu modelde 12.5 mm den 38 mm ye kadar değişen çapta ve 150 mm uzunluğunda kum kolonlar kullanılmıştır. Deneyde kayma mukavemeti 19.1 kpa olan yumuşak kaolin kil kullanılmıştır. Kompozit zemin kütlei içeriindeki birim şekil değiştirme belirlenmiştir. Bu deneyde tekil bir kolona yük geldiğinde yükün zemine aktarıldığı gözlenmiştir. Etkiyen yük onuunda kolon dışa doğru taşmış ve aşağı doğru hareket etmiş, kolon içeriindeki granüler malzemenin çevreindeki zemine bakı yaptığı gözlenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan çalışmalar göçmeye yakın yük eviyelerinde kolon üt keimlerinde taş ile kil araındaki ara yüzeyde kayma oluştuğuna işaret etmektedir.

71 52 Şekil 2.27 Tekil bir kolon üzerindeki rijit bir plakaya etkiyen yük onuunda kolonda oluşaak kabarma göçmei modu. Taş kolonu detekleyen, yanal çevre gerilmei ( σ 3 ) bu yöntemde çevre zeminde taş kolon genişlediğinde mobilize olan nihai paif direnç olarak alınır. Kolon göçme durumunda kabul edildiğinde, nihai düşey gerilme σ 1, taş kolon malzemei paif itki katayıı gerilmei σ 3 ie klaik platik teori kavramından aşağıdaki denklem yazılabilir. K p, yanal çevre σ 1 σ 3 1+ inφ = (2.34) 1 inφ φ : Taş Kolonun İçel Sürtünme Açıı Gerilme oranı σ 1 σ 3, taş kolon için paif toprak baını Kp katayııdır. Boşluk Genişleme Teorii: İlk yaklaşım olarak çevre zeminde oluşaak nihai paif direnç, imetri ekeni etrafında genişleyebilen onuz uzun bir ilindire karşı oluşan paif direnç

72 53 olarak modellenebilir. Genişleyebilen ilindirik boşluk yaklaşık olarak zemin içeriinde yanal olarak dışarı doğru taşan kolonu temil edebilir. Hughe ve Wither (1974), Datye vd. (1978) ve Walley vd. (1981) bu yaklaşımı kullanarak taş kolonu çevreleyen zeminde oluşan baını inelemişlerdir. Taş kolon iki veya üç çap kadar uzunlukta dışa doğru taşmaına rağmen, mühendilik yaklaşımı olarak onuz uzun ve genişleyebilir ilindir teorii uygun onuçlar vermektedir. Hughe ve Wither (1974), tek bir taş kolondaki kabarma göçmeinin preiyometre teti ıraında gelişen boşluk ile benzer özellikler taşıdığını düşünmüşlerdir. Yaklaşımlarına göre Gibon ve Anderon (1961) tarafından ürtünmeiz bir malzeme ve onuz uzunlukta genişleyebilir bir ilindirik boşluk için geliştirilen elato-platik teori, çevreleyen zeminde oluşaak drenajız nihai yanal gerilme değerini heaplamak için kullanılabilir. σ 3 E = σ ro ln (2.35) 2(1 + ν ) Burada; σ : Nihai Drenajız Yanal Gerilme 3 σ : Kolon İmalatından Sonraki Toplam Radyal Gerilme ro E : Zeminin Elatik Modülü : Drenajız Kayma Mukavemeti ν : Poion Oranı olarak tanımlanır. (2.35) eşitliği kullanılarak elde edilen taş kolonu çevreleyen zemindeki gerilme değeri kullanılarak ve q ult = σ 1 kabul edilerek; q ult = σ ro E 1 + inφ ln (2.36) 2(1 + ν ) 1 inφ formülü ile taş kolona uygulanabileek nihai gerilme heaplanabilir. Yumuşak kohezyonlu zeminin drenajız elatiite modülü yaklaşık olarak drenajız keme dayanımı ile orantılı olarak alınabilir. Vei (1972) Boşluk Genişleme Teorii: Genel ilindirik boşluk genişleme teorii Vei (1972) tarafından ürtünmeli ve kohezyonlu zeminleri içereek şekilde genişletilmiştir. Bir kez daha onuz uzun bir ilindir alınmış ve zemin elato-platik kabul edilmiştir. Çevreleyen zeminden dolayı oluşaak nihai yanal direnç σ 3 ;

73 54 σ = F + qf (2.37) ' ' 3 u q formülü ile heaplanabilir. Burada; u : Kilin Drenajız Kohezyonu q : Heap Derinliğindeki Ortalama Normal Gerilme F, ' ' F q : Boşluk Genişleme Faktörleri olarak tanımlanır. Şekil 2.28 de zeminin içel ürtünme açıına bağlı boşluk genişleme teorii ' ' faktörleri ve F değerlerinin rijitlik indeki Ir ye bağlı değişimi göterilmiştir. Rijilik indeki; F q I r = E (1 +ν )( + qtgφ ) (2.38) 2 şeklinde ifade edilebilir. Burada; E : Zeminin Elatiite Modülü φ : Zeminin Kayma Mukavemeti Açıı : Zeminin Kohezyonu ν : Zeminin Poion Oranı q : Göçme Bölgeindeki Ortalama Normal Gerilme olarak tanımlanır.

74 55 (Ф = 0 için) Şekil 2.28 Vei (1972) ilindirik boşluk genişleme faktörleri. q ult = σ 1 kabul ederek; q ult = ' ' 1+ inφ [ F + qf ] q 1 inφ (2.39) denklemi elde edilir. Vei (1972) tarafından geliştirilen bu yöntem bize ürtünmeiz zeminler için, nihai yükleme altında Gibon ve Anderon (1961) tarafından geliştirilen boşluk genişleme teorii ile aynı onuçları vermektedir. Normal gerilme q analizlerde kabarmanın meydana geldiği derinlikteki ortalama gerilme değeri olarak alınmalıdır. Normal gerilme q, başlangıç gerilmelerinin ve etkiyen yükten dolayı oluşaak gerilme değişiminin toplamı olarak ifade edilebilir. Taş kolondaki gerilme konantrayonuna bağlı olarak taş kolonun kıa ve uzun dönem için nihai kapaitei boşluk genişleme teorii kullanılarak heaplanabilir. Ayrıa inşaat ıraında önyükleme ve konolidayon dolayııyla yumuşak zemindeki mukavemet artışı göz önüne alınmalıdır.

75 Taş Kolon Gruplarının Nihai Taşıma Kapaitei Şekil 2.29 da göterilen, taş kolon ile iyileştirilmiş kohezyonlu zemin tabakaı üzerine oturan kare veya onuz uzun, rijit beton bir temelin taşıma güünü belirlemek için, yükün çok çabuk yüklendiğini, bu nedenle kohezyonlu zeminde drenajız keme durumu meydana geldiğini ve içel ürtünme açıının bu nedenle ihmal edildiğini kabul edelim. Ayrıa, keme dayanımının hem taş kolonda hem de zeminde tam olarak mobilize olduğunu kabul edelim. Grubun nihai taşıma kapaitei yaklaşık olarak iki düz yırtılma çizgii tarafından oluşturulan bir göçme yüzeyi kabul edilerek belirlenebilir. Şekil 2.29 Taş Kolon grup analizleri.

76 57 Bu teori ilk olarak homojen zeminler için Bell (1978) tarafından geliştirilmiş daha onra Terzaghi ve Sower (1979) tarafından modifiye edilmiştir. Homojen zeminler için Bell in taşıma kapaitei teorii, Terzaghi nin yerel göçme teoriine yakın onuçlar vermektedir. Şekil 2.29 da göterildiği gibi temelin hemen altındaki zeminin düz bir yırtılma çizgii ile üçgen bir blok oluşturaak şekilde göçtüğünü kabul edelim. Zeminin kompozit keme dayanımı keme yüzeyinde gerçekleşebilir. Kompozit zeminin karşı koyabileeği nihai gerilme, bloğun yanal harekete nihai direni, σ e ve eğimli keme yüzeyinde oluşaak qult 3 kompoit keme direnine bağlıdır. Bloğun dengei göz önüne alındığında blok içeriindeki ortalama keme dayanımı parametreleri; [ tg ] μatgφ φ = (2.40a) avg = ( 1 a (2.40b) avg ) denklemleri ile heaplanabilir. Burada; [ tgφ ] avg : Kompoit İçel Sürtünme Açıının Tanjantı : Temelin Altındaki Keme Yüzeyinin Kompoit Kohezyonu avg a : Alan Değişim Oranı μ : Taş Kolon İçin Gerilme Konantrayon Faktörü olarak tanımlanabilir. Daha öneden de açıklandığı üzere taş kolonun kohezyonu ve zeminin içel ürtünme açıı ihmal edilmiştir. Göçme yüzeyi temelle bir β açıı yapmaktadır. Kompoit zemin için bu açı; φ avg β = 45 + (2.41) 2 olarak yazılabilir. Taş kolon grubunun nihai taşıma güünü heaplamak için önelikle nihai yanal gerilme σ 3 heaplanmalıdır. Klaik toprak baını teoriinde, uya doygun killerde onuz uzun bir temelde; γ Btgβ σ 3 = + 2 (2.42) 2 bağıntıı kullanılabilir. Burada; σ : Ortalama Yanal Çevre Baını 3

77 58 γ : Kohezyonlu Zeminin Doygun veya Ilak Birim Haim Ağırlığı B : Temel Genişliği β : Göçme Yüzeyinin Eğimi : İyileştirilmemiş Zemindeki Drenajız Keme Dayanımı Kare temel için yanal gerilme; Vei in (2.37) bağıntıı ile ifade edilen boşluk genişleme teorii kullanılarak heaplanabilir. Vei ilindirik genişleme teorii göçme bloğuna etkiyen nihai yanal gerilmeyi verir. Nihai düşey gerilme gerilmeler olarak kabul edilire, bloğun dengeinden, q ve nihai yanal gerilme qult 3 2 = σ tg β tgβ (2.43) ult avg σ aal olarak yazılabilir. Burada σ 3 (2.42) eşitliği kullanılarak heaplanabilir. Kamadaki zeminin ağırlığı ihmal edilmiştir. Kamadaki zeminin ağırlığı kompozit keme dayanımını arttırabilir ve (2.40a) nın modifiye edilmei ile analizlerde dikkate alınabilir. Taş kolon gruplarının nihai taşıma güünün heaplanmaı için önerilen bu yöntemde, temel şekli, temel boyutları, taş kolonun içel ürtünme açıı, taş kolonla güçlendirilmiş kompoit zeminin kayma mukavemeti ve üzerine etkiyen jeolojik gerilme ile çevreleyen zeminin rijitlik indeki ile tanımlanan ıkışabilirliği göz önüne alınmaktadır.

78 59 3. GEOPIER KOLON İMALATI 3.1 Genel Yirmi yıldan fazla zamandır Geopier kolonlar (Rammed Aggregate Column) Amerika da oturmaları uygun eviyelere indirmek ve temel altındaki yumuşak zeminlerin taşıma kapaiteini arttırmak amaıyla etkin bir şekilde kullanılmaktadır.(lawton ve Fox, 1994; Lawton vd., 1994; Wimann vd., 2001). Geopier kolonlar, öneden kazılmış kuyulara geri dolgu ile ine, ağlam agrega tabakalarının özel taarlanmış, konik uçlu çekiç ile tokmaklanarak ıkıştırılmaı ile oluşturulur. (Fox ve Cowell, 1998). Kolon inşaı ıraında ilk geri dolgu tabakaı darbe ile ıkıştırılırken alt kımı yayılarak diğer tabakalar için ağlam bir tabaka oluşmaını ağlar. Kuyuda ıkıa ıkıştırılan agrega özellikle iyileştirilmiş bölgedeki yataklanma katayıının artmaını ağlar.(lawton ve Fox, 1994; Lawton vd., 1994). Ütelik darbe ile ıkıştırmadan dolayı kuyu içeriindeki agrega kolon boyuna yanal olarak, uç kıımda ie aşağıya doğru genişleyerek çevre zeminde öngerilme ve şekil değiştirme oluşmaına ebep olur.(fox ve Cowell, 1998; Handy ve White, 2005a; 2005b; Pham vd., 2005) 3.2 Yapım Aşamaları Fox ve Cowell (1998) Geopier kolonlar için detaylı yapım aşamalarını Şekil 3.1 de göterildiği gibi unmuşlardır. Buna göre; 1) Uygun bir kazı aleti ile bir kuyu kazılır. (Şekil 3.1a) 2) Taş malzeme kuyunun dibine yerleştirilir ve ine tabakalar halinde ıkıştırılır. (Şekil 3.1b) genellikle tabaka kalınlığı 300 mm veya daha düşüktür. Göreeli olarak yükek frekanlı, özel taarlanmış 45 dereelik konik uçlu darbe tokmağı, agregayı ıkıştırmak için kullanılır.(şekil 3.1). Bunun onuunda zemin içeriinde yanal ve düşey yöndeki gerilmelerde artış meydana gelir. Bu işlem ıraında kolonun çapı artar. Kolon boyutlarındaki bu artış bitişik zemin tabakaında öngerilme ve şekil değiştirmeye ebep olur. 3) Sıkıştırılan agrega yüzeye ulaşana kadar birçok tabaka oluşturaak şekilde imal edilir. (Şekil 3.1d). 4) Sınırların olmamaı yüzünden ve yüzeyde zemini ıkıştırma kapaiteinin düşmei nedeniyle kolon tepei yüzey eviyeinin biraz altında bırakılır. Daha onra çevre zemin kazılarak on temel eviyeine ulaşılır. (Şekil 3.1d)

79 60 Şekil 3.1 Geopier inşa adımları. (Lawton, 2004)

80 61 Şekil 3.2 Geopier inşa ekipmanları; özel tokmaklı kazıı ve ondaj makinei. (Lawton, 2004) Şekil 3.3 Agreganın yerleştirilmei.

81 Geopier Kolon Çeşitleri İki çeşit kolon inşa edilebilir. Bunlar baınç kolonları (taşıyıı) ve donatılı çekme kolonları olarak adlandırılabilir. Bu iki tip kolon için inşa adımları aynıdır. Birbirine benzemekle birlikte çekme kolonları için birkaç ektra adım gerekir. Dipte oluşturulan şişkin topuk kıım oluşturulduktan onra ıyrılma düzeneği kuyu dibine indirilir. Bu düzenek birbirine geçmiş çelik çubukların, çelik bir plakaya alttan ve ütten vida yardımıyla tutturulmaı ile oluşturulur. (Şekil 3.4 ve Şekil 3.5). Geri kalan inşa adımları öneden tanımlandığı gibidir. Şekil 3.4 Geopier çeşitleri. (Lawton, 2004)

82 63 Şekil 3.5 Donatılı geopier kurulumu. (Lawton, 2004) 3.4 Diğer Zemin İyileştirme Yöntemleri İle Karşılaştırma İki yöntem zemin iyileştirme için ıklıkla kullanılır. Bunlar taş kolonlar ve kazı/yerine geri dolgu yerleştirme yöntemleridir. Geopier elemanları, taş kolonlar ile benzer görünebilir fakat önemli birkaç farklılığı vardır. Bunlar Lawton ve Fox (1994) tarafından aşağıdaki gibi ıralanmıştır: Geopier kolonlar önelikle alt tabakayı pekleştirmek için taarlanırlar. Bazı uygulamalarda önemli olan radyal drenajı arttırmak ve alt tabakayı güçlendirmek ikini plandadır. Geopier kolonlar genellikle kıadır. Uzunlukları genellikle genişliklerinin 2 veya 8 katı olaak şekilde ayarlanırlar. Geopier kolonlar, yatay veya düşey titreşimle yer değiştirmek yerine kazılarak hazırlanırlar. Bu nedenle çevreleyen zemin genellikle yapıal özelliklerini kaybetmez. Geopier kolon inşaı vibrayon teknolojii yerine özel taarlanmış yükek frekanlı tokmak yardımıyla inşa edilir. Geopier kolonlar ine tabakalar halinde inşa edilirler. Bu durum çevre zeminde öngerilme, ön şekil değiştirme ve ıkışmayı ağlar. Elverişiz zeminlerin kazılıp yerine ıkıştırılmış geri dolgu yapılmaı pahalı ve fazla zaman gerektiren işlemlerdir. Kolon inşaı gerekli temel boyutlarına göre gerekli yerlere gerekli

83 64 miktarda kuyu kazılarak yapılır. 3.5 Geopier Kolonlar İle Deteklenmiş Temellerde Oturma Heabı Geopier ile güçlendirilmiş taşıyıı zeminlerin oturmalarını tahmin etmek, iyileştirilmemiş zeminlerinkini tahmin etmekten daha zordur. Şekil 3.6 da rijit temelleri detekleyen RAP itemlerin heabı için kullanılan örnek bir şema göterilmiştir. Şekil 3.6 Rammed aggregate kolonlar ile deteklenmiş temeller için heap şemaı. Şekilde görüleeği üzere zemin iki bölgeye ayrılmıştır ve bu bölgeler üt ve alt bölge olarak adlandırılmıştır. Üt bölge olarak ayrılan tabakanın kalınlığı ( ); kolon boyu H ve kolon çapı ( d haft ) değerlerinin toplamı olarak tanımlanır. Lawton ve Warner a (2004) göre kolonlarla deteklenen rijit temellerde meydana geleek toplam oturma; S T SUZ + S LZ = SUZ + Si, LZ + S, LZ + S, LZ H haft 0 = (3.1) formülü ile tanımlanır. Burada;

84 65 S : Üt Bölgedeki Ani Oturma Miktarı UZ S : Alt Bölgedeki Toplam Oturma Miktarı LZ S : Alt Bölgedeki Ani Oturma Miktarı i,lz S : Alt Bölgedeki Birinil Konolidayon Oturmaı,LZ S : Alt Bölgedeki İkinil Konolidayon Oturmaı,LZ olarak tanımlanabilir. Yukarıda tanımlanan değerlerden ikinil konolidayon oturmaına bağlı olarak meydana gelebileek oturma çok küçük olaağından ihmal edilebilir. Buna göre formül aşağıdaki gibi olaaktır: S T SUZ + Si, LZ + S, LZ = (3.2) Şekil 3.7 de Fox ve Cowell a (1998) göre zemin itemi içeriinde alt ve üt bölgenin yerleri göterilmiştir Üt Bölge Oturmaları Üt bölgedeki oturmalar, kolon ve kolon etrafındaki ıkıştırılmış zeminin kompozit rijitliğine bağlıdır. Üt bölgedeki oturma, kolon modülünün, kolon materyalindeki gerilmenin, zemin modülünün ve zemindeki gerilmenin bir fonkiyonudur. Üt bölge oturmaları heaplanırken zemindeki farklı oturmalar heaba katılmaz. Yapılan arazi çalışmaları götermiştir ki dolgu altında, geopier tepeinde ve zeminde farklı oturma miktarları çok azdır. (Mink, 2001; White, 2002). Şekil 3.8 de geopier elemanlarında gelişen gerilme birikimini anlamaya yardımı olaak bir yay modeli göterilmiştir. Rijit yay rijit kolon materyalini, yumuşak yay ie zemini temil etmektedir. Rijit bir temel ve merkeze etkiyen bir P yükü için bütün yaylar δ miktarı kadar çökeektir. Buna göre P kuvveti; P = k.δ (3.3) olarak yazılabilir. Burada; k : Yay Sabiti olarak tanımlanır. Kolon ile güçlendirilmiş zeminde temel yükü nedeniyle oluşaak kolon üt kımındaki gerilme q, zemine etkiyen q gerilmeinden çok daha büyüktür. Yay abiti p kolonun ve zeminin yataklanma katayıı olarak alınabilir. m

85 66 Eğer temel tam olarak rijite zeminde meydana geleek oturma, kolon içeriinde meydana geleek oturmaya eşit olaaktır. Buna göre eşitlik; q q S = p m UZ = (3.4) k p k m şeklinde yazılabilir. Burada; q : Kolon Elemanı Üzerindeki Gerilme p k : Kolon Elemanı Yataklanma Katayıı p şeklinde tanımlanır. k p değeri genellikle arazide, o inşaatın yapıldığı bölgeyi temil eden bir bölgede inşa edilen izole edilmiş kolon üzerinde gerçekleştirilen deney ile elde edilir. Şekil 3.8 de düşey yöndeki kuvvetlerin toplamı; Fv = = q. A q p. 0 0 A q A (3.5) eşitliğini verir. Burada; F : Düşey Kuvvet v q : Ortalama Temel Tabanı Baını 0 A : Toplam Temel Alanı g m m

86 67 Şekil 3.7 Temel altında yukarı ve aşağı bölge ınırları.

87 68 Şekil 3.8 Gerilme konantrayonu için yay yaklaşımı.

88 69 q : Kolon Ütüne Etkiyen Düşey Gerilme p A : Geopier Kolon Alanı g q : Zemine Etkiyen Düşey Gerilme m A : Zeminin Alanı m olarak tanımlanır. (3.5) eşitliğinin çözümünden kolon ve zemin üzerine gelen gerilme değerleri; q q p m qn = = qo. μ p Ra ( n 1) + 1 (3.6) = q = qo. μ m R ( n 1) + 1 (3.7) a q p R = (3.8) q m Ap Ra = (3.9) A k p R = n = (Tamamen Rijit Temeller İçin) (3.10) k m Rijit temeller için R = n olduğundan kolon ve temeller üzerine gelen gerilme değerleri, q q p m q. R q. μ = = o p Ra ( R 1) + 1 (3.6a) = q = qo. μ m R ( R 1) + 1 (3.7a) a formülleri ile heaplanabilir. Burada; q : Temelden Gelen Ortalama Düşey Gerilme R : Kolon-Zemin Gerilme Oranı n : Gerilme Konantrayon Oranı R : Alan Değişim Oranı a k : Zeminin Yataklanma Katayıı m

89 70 olarak tanımlanır. Tamamen rijit temeller için kolon-zemin gerilme oranı R, gerilme konantrayon oranı n e eşittir. Gerilme konantrayon oranının, yapılan ölçümlerde rijit temeller için 4 ila 45 araında değiştiği bulunmuştur. Dolgular ve MSE duvarlar rijit yapılar olmadığı için gerilme konantrayon oranı rijit temeller için bulunan bu değerlerden daha düşük olmalı ve dikkatli eçilmelidir. Bowle un (1996) belirttiği gibi k ; zeminin elatiite modülü E, poion oranı ν, temel m genişliği B ve etki katayıları I S, I F ile aşağıdaki gibi heaplanabilir: k m 1 = (3.11) BE I I ' F E ' 2 (1 ν ) = (3.12) E Şekil 3.9 da zeminin ve geopier kolonların yataklanma katayılarını belirlemek için yararlanılan bir düzenek göterilmiştir. Şekil 3.9 Plaka yükleme deneyi düzeneği. (Bowle, 1996)

90 Alt Bölge Oturmaları Alt bölgede meydana gelebileek ani oturma aşağıdaki gibi elatik yöntemle; qi q H LZ S i, LZ = (3.13) E LZ heaplanabilir. Kare veya daireel temeller için; H LZ = B H haft = 2B H 0 2 d (3.14) haft olarak tanımlanır. Burada; I : Wetergaard Etki Faktörü q H : Alt Bölge Kalınlığı LZ E : Alt Bölgenin Elatiite Modülü LZ B : Temel Genişliği Ani oturmaların heabı için varolan çeşitli yöntemlerden biri kullanılabilir. Yapılan arazi deneyleri onuunda bu yaklaşımların her biri ile elde edilen değerler hakkındaki özet bilgiler için Lawton un (2004) grup ve tekil geopier kolonları karşılaştırdığı çalışmaına bakılabilir. Elatik modül değerleri, kum ve killer için ampirik yaklaşımlar kullanılarak belirlenir. (Davie ve Lewi, 1988) Alt bölgede meydana gelebileek birinil konolidayon oturmaı ödometre deneyinden elde edilen değerlerle; ' C + = H LZ P0 δp S, LZ log ' 1+ e0 P0 (3.15) formülü kullanılarak heaplanabilir. Burada; C : Sıkışabilirlik veya Tekrar Sıkışabilirlik İndeki P : Başlangıç Düşey Efektif Gerilme ' 0 δ P : Düşey Gerilmedeki Artış e : Başlangıç Boşluk Oranı 0 olarak tanımlanır.

91 Geopier (Rammed Aggregate) Kolonlar İle İyileştirilmiş Zeminlerde Temel Taşıma Güü Heabı Geopier ile iyileştirilmiş zeminlere oturan temellerin taşıma güü, muhtemel göçme durumlarından limit denge denklemleri kullanılarak elde edilen değerlerden minimum olanı alınarak bulunbilir. Şekil 3.10 Rammed aggregate kolonlar ile iyileştirilmiş zeminlere oturan temellerde göçme mekanizmaları; (a) Tek bir kolonun kabarmaı, (b) Tekil kolon altında göçme, () Kolon ile iyileştirilmiş bölgede göçme, (d) Kolon ile iyileştirilmiş bölge altında göçme. (Fox ve Cowell, 1998) Geopier ile güçlendirilmiş zeminlerde taşıma kapaitei analizleri karışıktır. Bu nedenle grup kolon analizi yapmadan öne tekil bir kolonun davranışını inelemek gereklidir Tekil Kolonun Taşıma Kapaitei Lawton (2001) homojen zeminlerde tekil bir kolonun göçme mekanizmaı davranışını inelemiştir. Şekil 3.11 de görüleeği üzere tekil bir kolonda üç tip göçme mekanizmaı mevuttur.

92 73 Şekil 3.11 Tekil kolonlarda göçme durumları. Genişleme (Kabarma) göçmei (Şekil 3.11a), göreeli olarak yumuşak kohezyonlu zeminlerde meydana gelebilir. Kolon kohezyonuz zeminden oluşturulmuştur ve davranışları zemin içeriindeki kuşatma etkiine bağlıdır. Genişleme, kolon içeriindeki yatay gerilme zemin içeriindeki yanal gerilmeden çok daha büyüke meydana gelir. Genişleme, ınırları kolon tepei ile kolon çapının 2 veya 3 katı aşağıı olan bir bölgede meydana gelebilir, eğer zemin tabakalı ie adee zeminin çok zayıf olduğu bir yerde genişleyebilir. Yerel veya genel göçme (Şekil 3.11b) kolon ve zeminden geçerek meydana gelebilir. Bu olay; Eğer çok kıa bir kolon H < (2 veya 3 ) d ) ağlam tabakaya uzatılmışa ( p p Kolon çevreini aran zeminden çok daha kuvvetli değile mümkün olabilir. Zımbalanma göçmei veya kolon altında göçme (Şekil 3.11) uygulanan yük kolon boyuna oluşaak yüzey ürtünmeinden ve uç taşıma dayanımından veya ikiinin birleşiminden büyüke meydana gelir. Bu tür göçme ağlam zemine oturmayan çok kıa kolonlarda yaygın olarak görülür Tekil Kolon Elemanında Genişleme Göçmei Kolon yeterine uzuna, kolonun tepeine etkiyen gerilme kolon içeriindeki agregada,

93 74 gerilme uç kıma tranfer edilmeden öne keme kuvvetinin tamamen mobilize olmaına ebep olabilir. Kolon elemanı içeriinde gelişen keilme yüzeyi, kolon elemanın dışa doğru taşarak göçmeine neden olur. (Şekil 3.10a). Genişleme göz önüne alındığında, kolon ütüne etkiyebileek nihai gerilme q ult, g, çevreleyen ınır radyal gerilme ve kolon elemanına ait Rankine paif toprak baını katayıına bağlıdır ve Hughe ve Wither a (1974) göre; φ 2 g q ult, g = σ r,limtg (45 + ) (3.16) 2 formülü ile heaplanabilir. Burada; σ : Çevreleyen Sınır Radyal Gerilme r,lim φ : Kolon Materyali İçel Sürtünme Açıı g olarak tanımlanır. Bu eşitlik aşağıdaki kabullere dayanmaktadır: Kolon malzemeinde kohezyon yoktur. Kolon ve zemin ara yüzeyinde gelişeek keme kuvvetleri ihmal edilir. Aal gerilmeler düşey ve yatay etkiyen gerilmelerdir. Çevreleyen ınır radyal gerilme, göz önüne alınan derinlikte zemindeki yatay gerilmeler ile kolondan zemine etkiyebileek yanal gerilmelere zeminin karşı koyabilme kapaiteinin toplamıdır. Hughe ve Wither (1974) kolonda meydana gelen genişlemeyi, preiyometre deneyindekine benzer olarak, kil zemin içeriinde ilindirik bir boşluğun genişlemei şeklinde idealize etmişlerdir. Yapılan birçok preiyometre deneyi götermiştir ki zemin limit bir genişleme değerine kadar genişlemeye karşı direnmektedir. Zeminin elato-platik malzeme olarak idealize edilmei ile Gibon ve Anderon (1961) radyal gerilmenin ınır değerinin (2.35) eşitliği ile heaplanabileeğini öylemişlerdir.

94 75 Toplam radyal gerilme σ ro, efektif düşey gerilme ve boşluk uyu baınından; σ σ K + u (3.17) ro = ' vo p o Formülü ile heaplanabilir. Burada; K : Zeminin Paif Toprak Baını Katayıı p σ : Düşey Efektif Gerilme ' vo u : Boşluk Suyu Baını o olarak tanımlanır. Eğer zemin hakkında yeteriz bilgi vara, E ve nun birbirine oranı, tutuu olarak 200 ve poion oranı da 0.5 olarak alınabilir. Hughe ve Wither (1974) yaptıkları birçok arazi çalışmaının onuunda σ r,lim denkleminin; ' σ = + 4 u (3.18) r, lim σ ro u + şeklinde baitleştirilebileeğini belirtmişlerdir. Formüldeki artık boşluk uyu baını (u), kolon içeriine doğru drenaj vara ıfır kabul edilebilir. u u Eğer temel altındaki zemin homojen ie genişleme derinliği, kolonun içel ürtünme açıı z b φ g ve temel derinliği D f kullanılarak; z b 1 φ = D (45 g f + d haft tg + ) (3.19) 2 2 formülünden heaplanabilir. Temelden kaynaklanan düşey ınır gerilmeyi içermediğinden ve geopier inşa edilirken oluşan ek normal ve kayma gerilmeleri Rankine toprak baını durumunda göz önüne alınmadığından, burada heaplanan değer tutuu bir değer olarak göz önüne alınabilir.(wimann, 1999) Tekil Kolon Elemanı Uunda Meydana Gelebileek Göçme Tekil kolon elemanının uç kımında meydana gelebileek göçmede, kolon ütüne etkiyebileek nihai gerilme, çevre ürtünmei ve uç taşıma kapaiteinin birleşimidir. Bir kolonda düşey kuvvetlerin toplamı Şekil 3.11 de görüleeği üzere; F = 0 = q Δz (3.20) v ult, p. Ap + Wg qult, bot, g. Ag f i. pi. i= 1 i

95 76 şeklinde yazılabilir. Burada; W : Geopier Ağırlığı g f : i. Tabakada Kolon Çevre Yüzeyindeki Sürtünme i p : i. Tabakada Kolonun Çevre Uzunluğu i Δ : i. Tabakada Kolon Uzunluğu z i q : Geopier Uç Taşıma Kapaitei ult, bot, g A : Geopier Keit Alanı g n : Tabaka Sayıı olarak tanımlanır. Wimann (1999) (3.20) eşitliğinde kolon ağırlığını ihmal etmiş ve artışı heaba katarak denklemi; A p deki f. A n i haft q ult, g = + q ult, bot, g i 1 A = g (3.21) şeklinde ifade etmiştir. Burada; A : Kolon İnşaı Sıraında Meydana Gelen Genişlemeden Sonraki Kolon Yüzey Alanı haft olarak tanımlanır ve genişleyen kolon çapı d d mm (3 in.) formülü kullanılarak haft heaplanabilir. Çevre ürtünmei her bir tabakadaki ortalama yatay gerilmeye ve malzemenin ürtünme karakteritiğine bağlıdır. Buna göre çevre ürtünmei; = p f i Δzi = d f + γ mk ptg( φm ) (3.22) 2 formülü ile heaplanabilir. Burada; d : i. Tabakanın Tepe Noktaının Derinliği f γ : Zeminin Birim Haim Ağırlığı m φ : Zeminin İçel Sürtünme Açıı m K : Kolon Malzemei İçin Rankine Paif Toprak Baını Katayıı p

96 77 olarak tanımlanır. Bu eşitlikte kolonun yüklenmei ıraında gelişeek olan kayma gerilmeleri ihmal edilmektedir. (Lawton, 1994). Özet olarak, eğer inşa edilen kolon kıaya, kolonun üt kımına gelen gerilme kolonun uç kımına aktarılabilir. Uç kıımda oluşaak bu gerilme göçme meydana gelmeine ebep olabilir. (Şekil 3.10b). Bu durumda nihai taşıma kapaitei; 1 4 = (3.23) q ult, g ( f Ahaft + qtip, g Ag ) = f d' H haft + q 2 tip, g Ag d haft Drenajız durum için; f = u (3.24) q = tip, g u N (3.25) Drenajlı durum için; f H ' haft 2 φ = σ v, ave. tgφ. K p = ( D f + ). γ. tgφ. tg (45 + ) (3.26) 2 2 ' 1 ' q tip, g =. N +. d haft. γ. N γ + σ v. N q (3.27) 2 olaaktır. Burada, q : Kolon Uu Birim Taşıma Güü tip,g f : Kolon Çevre Yüzeyi Boyuna Birim Taşıma Güü d ': Kolon Elemanı Efektif Çapı ve Yaklaşık Olarak N, N q, N γ : Boyutuz Taşıma Güü Faktörleri d haft σ : Kolona Etkiyen Ortalama Düşey Efektif Gerilme ' v,ave φ : Zeminin İçel Sürtünme Açıı γ : Zeminin Birim Haim Ağırlığı σ : Kolon Uç Kımındaki Düşey Efektif Gerilme ' v ın %110 udur Kolon Gruplarının Nihai Taşıma Kapaitei Şekil 3.12 de kolon gruplarında mümkün olabileek göçme mekanizmaları göterilmiştir.

97 78 Kolon gruplarında meydana gelebileek göçme tekil kolonlardaki ile benzerdir. Genişleme, zemin kolon bölgeinde yerel göçme, tekil kolon altında zımbalanma göçmei ve kolonzemin bölgei altında göçme durumları taş kolon grupları için ineleneektir. Şekil 3.12 Kolon gruplarında göçme durumları Kolon Gruplarında Genişleme Göçmei Grup içeriinde genişleme kolonlar araındaki meafeye, temelin ınırlayıı etkiine ve zemin inine bağlı olarak meydana gelebilir. Hughe ve Wither (1974) eğer kolonlar araındaki meafe 2.5d p den çok büyüke ( d p : kolonlar araı merkezden merkeze uzaklık) taş kolonların bağımız hareket edeeğini öylemişlerdir. Bir taş kolon grubunda temelin nihai taşıma kapaitei genişleme göçmeine bağlı olarak (3.6) ve (3.16) eşitlikleri kullanılarak;

98 79 q ult qult, g = (3.28) μ g denkleminden heaplanabilir Kolon Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Geleek Kayma Göçmei Bu durumda Şekil 3.12a da görüleeği üzere göçme düzleminin kolon ve zeminden oluşan bölge içeriinden geçtiği kabul edilir. Kabul edilen göçme düzlemi boyuna keme dayanımı, zeminin kemeye karşı ürtünme direni τ ve kolon elemanlarına ağlanan göçmeye karşı ürtünme direni τ g değerlerine bağlıdır. Kolonlar ile iyileştirilmiş zemin bölgeinde meydana gelebileek yerel göçme, kompozit zemin parametreleri ve gelenekel Terzaghi taşıma güü eşitlikleri kullanılarak heaplanabilir. Kompozit zemin parametreleri Priebe a (1978) göre; φ omp = tg 1 [ n. R a. tgφ + (1 R g a n ). tgφ ] (3.29a) = ( 1 R n ) (3.30a) omp a m formülleri kullanılarak, Wiemann a (1999) göre ie; φ omp = tg 1 ' [ μ. R g ' a '. tgφ + μ.(1 R g m ' a ). tgφ ] m (3.29b) omp ' ' =. R +.(1 R ) (3.30b) a m a ' ' γ = γ R + γ.(1 R ) (3.31) omp a m formülleri ile heaplanabilir. Burada; a R : İndirgeme Faktörü 0.4 ile Çarpılarak Heaplanan Alan Değişim Oranı = ( 0.4R a ) ' a R : İndirgenmiş Gerilme Konantrayon Oranı ( ) = (2.8) ' ' ' μ : (3.6) Eşitliğinden ve Kullanılarak Elde Edilen Değer ' g R a R ' ' μ : (3.7) Eşitliğinde ve Kullanılarak Elde Edilen Değer ' m R a R olarak tanımlanır. R değerindeki azaltma, gerilmedeki ve göçme düzlemi yönündeki değişimi heaplamak içindir. Wiemann (1999) tarafından n değerinin 2.8 alınmaı taviye edilmektedir. Bir kez kompozit keme kuvveti değerleri belirlendikten onra kolon ile deteklenen bölgenin taşıma güü kapaitei taşıma güü denklemi ve (3.28) eşitliği n

99 80 kullanılarak heaplanabilir Grup İçindeki Kolonun Zımbalanma Göçmei Bir kolon grubu içeriindeki tekil bir kolon elemanının zımbalanma göçmei ya da keilmei tekil kolonların analizi ile aynıdır. Tekil kolonun taşıma kapaitei (3.21) eşitliği kullanılarak belirlenir. Daha onra (3.28) eşitliği kullanılarak den q heaplanır. q ult, g ult Kolon ve Zeminden Oluşan Bölge Altında Göçme Meydana Gelmei Şekil 3.12d de görüleeği üzere, genel taşıma güü kapaitei göçme durumu, kolon ve zeminden oluşan bölge altında meydana gelebilir. Bu tür bir problem için gelenekel çözümlerden elde edilen onuun bir öneki denklemden elde edilen onuçla karşılaştırılarak bir izin verilebilir taşıma güü baını belirlenmei yoluna gidilebilir ve bu bölgede bir göçme meydana gelmei engellenebilir. Temel altındaki gerilmenin 2:1 oranında arttığı kabulüyle kolon ile iyileştirilmiş bölge altındaki gerilme; L ' = L + (3.32) H UZ B ' = B + (3.33) H UZ q ult qbottom ( B + HUZ )( L + HUZ ) = (3.34) BL formülleri ile heaplanabilir. Burada; H : Kolon Boyuna Bir Kolon Çapı Eklenerek Heaplanan Uzunluk UZ q : Geopier Uygulanmış Tabakanın Alt Sınırında Oluşan Gerilme bottom olarak tanımlanır.

100 81 4. TAŞ KOLON VEYA GEOPİER İLE İYİLEŞTİRİLMİŞ ZEMİNLERDE OTURMA VE TAŞIMA GÜCÜ HESABI 4.1 Genel Aşağıda üzerine dolgu yapılaak killi zemin tabakalarından oluşan bir araziye ait zemin keiti ve zemin parametreleri göterilmiştir. Bu bölümde literatürdeki heap yöntemleri kullanılarak taş kolon veya geopierlerle iyileştirilen zeminlerde taşıma güü ve oturma heaplarına ait örneklere yer verilmiştir. İnelenen örnekte zemin, aşağıda verilen parametrelerden anlaşılaağı üzere çok yumuşak kohezyonlu bir zemin olup taşıma güü oldukça düşüktür. Zeminin üzerine 6 m yükeklikte ve 10x30 m 2 boyutunda bir toprak dolgu yerleştirileektir. Bu zeminde öne iyileştirme yapılmadan oturma ve taşıma güü değerleri heaplanmıştır. Daha onra taş kolon ve geopier kolonlar ile zeminin iyileştirilmei durumu için heaplamalar yapılmıştır. 4.2 Zemin Keiti ve Özellikleri 12 m 6 m 12 m 6 m 1/2 1/2 Kum Dolgu 2 m YASS 8 m Yumuşak Kil 12 m Orta Katı Kil Kaya Şekil 4.1 Zemin keiti.

101 82 Çizelge 4.1 Zemin özellikleri. Zemin Özellikleri Yumuşak Kil Orta Katı Kil Kum Dolgu Kuru Birim Haim Ağırlık, Suya Doygun Birim Haim Ağırlık, γ ( kn/m 3 ) k γ d ( kn/m 3 ) Permeabilite, k x = k y (m/gün) Elatiite Modülü, E (kn/m 2 ) Poion Oranı, ν Efektif Kohezyon, (kn/m 2 ) Efektif İçel Sürtünme Açıı, φ ( º ) Drenajız Keme Dayanımı, (kn/m 2 ) u Sükunetteki Toprak Baını Katayıı, K Yataklanma Katayıı, k m (MN/m 3 ) Sıkışma İndii, C Boşluk Oranı, e İyileştirme Yapılmamış Zeminde Oturma ve Taşıma Güü Heabı Zeminde meydana gelebileek oturmayı belirleyebilmek için zemin için aldığımız Elatiite modülünü tek ekenli ıkışma modülüne dönüştürmemiz gerekmektedir. Yanal yönde şekil değiştirmenin ınırlandığı durumlarda ıkışma modülü; (1 ν ') E' D = Eödo = (4.1) (1 2ν ')(1 + ν ') formülü ile bulunabilir. Burada; E ödo : Ödometre Modülü E ' ν ' : Kil Zemin İçin Elatiite Modülü : Poion Oranı olarak tanımlanmıştır.

102 83 Ödometre modülü bulunduktan onra aşağıdaki formül yardımıyla haimel ıkışma katayıı heaplanır. m v 1 = (4.2) E ödo Haimel ıkışma katayıı kullanılarak zeminde meydana gelebileek oturmalar aşağıdaki formül yardımıyla heaplanır. δ = m Δσ (4.3) v H z Burada; δ m v : Oturma Miktarı : Haimel Sıkışma Katayıı Δ σ z : Düşey Gerilme Artışı olarak tanımlanabilir E = 5000 Olan Yumuşak Kil Zeminde Meydana Geleek Nihai Oturma Yumuşak kil için ödometre modülü; (1 0.33)(5000) E ödo = = kn/m 2 (1 0.66)( ) olarak bulunur. Bulunan bu değerden; 1 4 m v = = 1.35x10 m 2 /kn elde edilir. Dolgu merkezi altında meydana geleek düşey gerilme artışlarını bulmak için Bouineq çözümünün integrali alınarak elde edilen ve kenarları eğimli çok uzun bir toprak dolgu altında meydana geleek gerilme dağılımını veren teir katayılarının değerlerini göteren grafikten yararlanılmıştır. Bulunan onuçlar Çizelge 4.2 de göterilmiştir.

103 84 Çizelge 4.2 Dolgu merkezi altında yumuşak kilde meydana gelen düşey gerilme artışları. Dolgunun Derinlik z Teir Katayıı B 2 /z B 1 /z Üniform Yükü (m) (I p ) σ (kn/m 2 ) Gerilme Artışı Δ σ = 2I pσ v (kn/m 2 ) Elde edilen bu değerlerle dolgu merkezi altında meydana geleek oturmalar heaplanabilir. Buna göre dolgu merkezi altında meydana geleek nihai oturma Çizelge 4.3 de göterilmiştir. Çizelge 4.3 Dolgu merkezi altında yumuşak katı kilde meydana geleek oturmalar. Derinlik, z (m) Gerilme Artışı, Sıkışma Tabaka Δ σ = 2I pσ Modülü, Kalınlığı, H v m v Oturma Miktarı, S = m v HΔσ (kn/m 2 ) (m 2 /kn) (m) (m) x x x x Toplam v Dolgu merkezi altında meydana geleek nihai toplam oturma; δ = = 0.13 m = 13 m olarak bulunmuştur E = 3500 Olan Yumuşak Kil Zeminde Meydana Geleek Nihai Oturma Yumuşak kil için ödometre modülü; (1 0.33) x3500 E ödo = = 5186 kn/m 2 (1 0.66)( ) olarak bulunur. Bulunan bu değerden; 1 4 m v = = 1.93x10 m 2 /kn 5186 elde edilir.

104 85 Dolgu merkezi altında meydana geleek düşey gerilme artışlarını bulmak için, Bouineq çözümünün integrali alınarak elde edilen ve kenarları eğimli çok uzun bir toprak dolgu altında meydana geleek gerilme dağılımını veren teir katayılarının değerlerini göteren grafikten yararlanılmıştır. Bulunan onuçlar Çizelge 4.4 de göterilmiştir. Çizelge 4.4 Dolgu merkezi altında yumuşak kilde meydana geleek düşey gerilme artışları. Derinlik z (m) B 2 /z B 1 /z Teir Katayıı (I p ) Dolgunun Üniform Yükü σ (kn/m 2 ) Gerilme Artışı Δ σ = 2I pσ v (kn/m 2 ) Elde edilen bu değerlerle dolgu merkezi altında meydana geleek oturmalar heaplanabilir. Buna göre dolgu merkezi altında meydana geleek nihai oturma Çizelge 4.5 de göterilmiştir. Çizelge 4.5 Dolgu merkezi altında yumuşak katı kilde meydana geleek oturmalar. Derinlik, z (m) Gerilme Artışı, Δ σ = 2I pσ v (kn/m 2 ) Sıkışma Modülü, m v (m 2 /kn) Tabaka Kalınlığı, H (m) Oturma Miktarı, S = m v HΔσ (m) v x x x x Toplam Dolgu merkezi altında meydana geleek nihai toplam oturma; δ = 0.18 m = 18 m olarak bulunmuştur İyileştirilmemiş Yumuşak Kil Zeminde Taşıma Güü Terzaghi nin yüzeyel temeller için kullandığı eşitliği kullanarak zeminin taşıma güünü heaplayabiliriz. Burada kil uya doygun olduğu için taşıma güü heabında drenajız kohezyon u = 30 kpa değeri kullanılmıştır. Ayrıa drenajız kohezyonlu zeminler için taşıma

105 86 güü faktörü N değeri Şekil 4.2 kullanılarak eçilmiştir. Şekil 4.2 Kohezyonlu zeminlerde (Ф=0) taşıma kapaitei faktörü N Şekil 4.2 den φ = 0 ve kare temel için, N = 6. 2 olarak bulunur. Dikdörtgen bir temel için bu değer; N, dikdörtgen ( ) N, kare N B = (4.4) L, dikdörtgen = ( N, dikdörtgen = )(6.2) 30 olarak düzeltilir. Dolgu, zemin yüzeyine uygulandığından D = 0, Ф=0 için N = 0 olaaktır. Buna göre genel taşıma güü denklemi, q ult = N (4.5) şekline dönüşür. Buradan zeminin nihai taşıma güü; q N = ( 30)(5.54) = kn/m 2 ult = olarak heaplanır. Güvenli taşıma güü ie; q qult = = = 83.1 FS 2 all kpa f γ

106 87 olarak elde edilmiştir. Bu durumda temel zemininde göçmeye yol açmayaak güvenli dolgu yükekliği; H mak = γ q all do lg u 83.1 = 5.19 m < 6 m 16 olduğundan dolgu yükekliği 4.0 m olarak değiştirilmiştir. Dolgunun bu yükeklik değerine göre heaplar tekrarlanıra; 4 m 22 m 4 m 4 m 1/1 Kum Dolgu 1/1 2 m YASS Yumuşak Kil 8 m Orta Katı Kil 12 m Kaya Şekil 4.3 Zemin ve dolgu keiti. σ γ H = (16)(4) 64 kpa do lg u = do lg u do lg u =

107 88 Çizelge 4.6 Dolgu merkezi altında yumuşak kilde meydana gelen düşey gerilme artışları. Derinlik z (m) B 2 /z B 1 /z Teir Katayıı (I p ) Dolgunun Üniform Yükü σ v (kn/m 2 ) Gerilme Artışı Δ σ = 2I pσ v (kn/m 2 ) Çizelge 4.7 Dolgu merkezi altında yumuşak katı kilde (E=3500 kpa) meydana geleek nihai oturmalar. Derinlik, z (m) Gerilme Artışı, Δ σ = 2I pσ (kn/m 2 ) Sıkışma Modülü, m v (m 2 /kn) Tabaka Kalınlığı, H (m) Oturma Miktarı, S = m v HΔσ x x x x x x x x x (m) Toplam v Dolgu merkezi altında yumuşak kil tabakaının konolidayonundan kaynaklanaak toplam nihai oturma; δ = m 16 m olarak bulunur.

108 89 Suya doygun killerde meydana gelebileek ani oturma için Janbu, Bjerrum, Kjaerni (1956) üniform olarak yüklenmiş bükülebilir bir temelde meydana geleek ortalama oturma için aşağıdaki eşitliği önermişlerdir. (Yıldırım, 2004). qb δ e = A 1 A 2 (4.6) E u A : Temel Şekli ve Sıkışan Tabakanın Kalınlığını Göz Önüne Alan Bir Faktör 1 A : Temel Derinliği Etkiini Göz Önüne Alan Faktör 2 E : Kil İçin Drenajız Elatiite Modülü u q : Temel Yükü olarak tanımlanır. ve A değerleri Şekil 4.3a dan alınabilir. A1 2 Killi zeminlerin katılığının farklı tabakalardan oluşmaı halinde yukarıda belirtilen yöntem üperpoziyon tekniği ile bu durum için uygulanabilir. Üç tabakalı bir kil zemin için ani oturma üperpoziyon tekniği ile aşağıdaki gibi yazılabilir. e = δ H1, E1 + δ ( H1+ H 2), E2 + δ ( H1+ H 2+ H 3), E3 δ H1, E2 δ ( H1+ H 2), E3 δ (4.7) Eşitliğin ağında yer alan ilk üç terim rijit ınırın ıraıyla birini, ikini ve üçünü tabaka altında olduğu varayımıyla Şekil 4.3a daki eğrilerden alınaak A 1, A 2 eşitliğinden bulunaak oturmalardır. Son iki terim fazladan göz önüne alınan oturmaların düzeltilmei ile ilgili olup dördünü terim H1 tabakaının E 2 modülü ile yapaağı oturma, on terim ie ilk iki tabakanın E 3 elatiite modülüne ahip olmaı halinde yapaağı oturmayı belirtmektedir. Bu heaplar modelimize uygulanıra oluşabileek toplam ani oturma değeri aşağıda heaplanmıştır. Birini tabaka için bulunur. Buna göre, H = 10 m dir. Buna göre Şekil 4.3a dan, A = ve A = 1 2 olarak qb (64)(10) δ H1, E1 = A1 A2 = (0.30)(1) = m E 4000 olarak bulunur. 1

109 90 Şekil 4.3a Ani oturma için A1 ve A2 faktörleri. İkini tabaka için H = H1 + H 2 = = 22 m dir. Buna göre Şekil 4.3a dan, A = ve A = 1 2 olarak bulunur. Elde edilen bu değerlere göre rijit temel ikini tabakanın onundaymış gibi düşünüldüğünde elde edileek ani oturma miktarı, qb (64)(10) δ ( H1+ H 2), E 2 = A1 A2 = (0.72)(1) = m E olarak bulunur. Fazladan göz önüne alınan oturmanın düzeltilmei için gerekli değer, qb (64)(10) δ H1, E 2 = A1 A2 = (0.30)(1) = m E olarak heaplanır. Buna göre uya doygun kil zeminde meydana geleek toplam ani oturma miktarı, δ e = δ H1, E1 + δ ( H1+ H 2), E2 δ H1, E2 = = m = 7.2 m olarak bulunur. Buna göre kilde meydana gelebileek toplam oturma,

110 91 δ δ + δ = = 23.2 m T = e olarak bulunur. Heaplanan bu nihai konolidayon oturmaının ne kadar ürede meydana gelebileeğini heaplamak için; T v = t (4.8) H v 2 d v k = (4.9) m γ v w denklemlerini kullanabiliriz. Burada; T v : Zaman Faktörü H d : Drenaj Meafei v : Konolidayon Katayıı k : Permeabilite Katayıı γ w : Suyun Birim Haim ağırlığı olup, alt ve üt tabakanın geçirimli olduğu durumda H H d = (4.10) 2 alt tabakanın geçirimiz olduğu durumda ie H d = H (4.11) olarak alınır. Modelde zemin alttan geçirimiz olduğundan (4.11) eşitliği kullanılaaktır. Buna göre; v k 10 = 1.93x10 = 4 mvγ w 4 = x10 m 2 /gün olarak bulunur.

111 92 U 0.10 Çizelge 4.8 Zemin için (U-Tv) bağıntıı T v U: Konolidayon Yüzdei Çizelge 4.8 kullanılarak iyileştirme yapılmamış kil zeminde meydana gelen konolidayon oturmaının %90 a ulaşmaı için gerekli üre (4.8) eşitliği yardımıyla aşağıdaki gibi heaplanabilir = t x0.848 t = = 1637 gün 5 yıl Konolidayonun %90 değerine ulaşmaı için 5 yıl gerekmektedir. Bu ie inşaat aşamaı için uzun bir üredir. Oturmaları azaltmak ve zeminin taşıma kapaiteini arttırmak için zeminde çeşitli çap ve aralıkta taş kolon inşa edilmei durumu analiz edileektir. 4.4 Taş Kolon İle İyileştirilmiş Yumuşak Kil Zemin Keiti ve Taş Kolon Özellikleri Şekil 4.4 de daha öne oturmaı ve taşıma güü heapları yapılan, üzerine dolgu yapılaak arazide taş kolon uygulandıktan onraki zemin keiti göterilmiş ve taş kolon parametreleri Çizelge 4.9 da verilmiştir. Zemine taş kolon uygulandığında ve daha onra üzerine 4 m yükekliğinde ve 10x30 m 2 boyutunda bir toprak dolgu yerleştirildiğinde zeminde meydana geleek oturma ve taşıma güü değişimleri heaplanmıştır.

112 93 Çizelge 4.9 Taş kolon malzemei özellikleri. Zemin Özellikleri Taş Kolon Kuru Birim Haim Ağırlık, γ ( kn/m 3 ) 21 Suya Doygun Birim Haim Ağırlık, γ d ( kn/m 3 ) k 23 Permeabilite, k x = k y (m/gün) 100 Elatiite Modülü, E (kn/m 2 ) Poion Oranı, ν 0.25 Efektif Kohezyon, (kn/m 2 ) 0.5 Efektif İçel Sürtünme Açıı, φ ( º ) 40 Sükunetteki Toprak Baını Katayıı, K m 22 m 4 m 4 m 1/1 Kum Dolgu 1/1 2 m YASS 8 m Yumuşak Kil Orta Katı Kil 12 m Kaya Şekil 4.4 Zemin, dolgu ve taş kolon keiti.

113 E = 3500 Olan Yumuşak Kilde 2.00 m Aralıklı 80 m Çapındaki Taş Kolonlar ile Zemin İyileştirmei Uygulanmaı Durumu 2 πd A = = m 2 4 a = A A Eşkenar üçgen dizilimine göre; a D = = (0.907)(0.80 / 2.00) 2 = birim hürenin çapı ve toplam alanı, D = ( 1.05)(2) = 2.1 m e 2 2 ( π )( De ) ( π )(2.1) A = = = m2 4 4 olarak bulunur Taş Kolon İle İyileştirilmiş Zeminde Oturmanın Belirlenmei Taş kolon ile iyileştirme onuu meydana geleek oturma miktarı Priebe ın (1995) vibro yer değiştirme kolonlar için geliştirmiş olduğu yöntemle heaplanaaktır. Buna göre daha öne belirlenmiş olan alan değişim oranından kullanılarak iyileştirme faktörü n 0 bulunur. A / = 1/ = 6.9 A n 0 = 1.8 A / A = 1/ a değeri heaplanır ve Şekil 2.12 Daha onra kolonun ıkışabilirliğini dikkate almak için düzeltilmiş iyileştirme değeri n 1 heaplanır.(n 1 her zaman n 0 dan küçük olmalıdır.) Tek ekenli ıkışma modülü değerleri taş kolon ve zemin için aşağıdaki gibi heaplanmıştır. (1 0.25)(75000) D = = kn/m 2 (1 0.50)( ) (1 0.33)(3500) D = = 5186 kn/m 2 (1 0.66)( )

114 95 ve buradan kolonun ve zeminin ıkışma modülleri oranı, D D 17 olarak bulunur. Bulunan bu değer ve Şekil 2.13 kullanılarak ek alan oranı, Δ A A = 0.3 olarak bulunur. Bulunan bu değer kullanılarak, A = A A A 1 + Δ A A = 1 = A A = = 7.2 olarak bulunur. Bulunan bu değer Şekil 2.12 de kullanılıra n 1 değeri, n = olarak bulunur. Derinlik etkiini dikkate almak için, n2 = f d n1 eşitliğindeki f d, derinlik faktörünün bulunmaı gerekir. f d = 1 y 1 ( γ Δd) P (2.14b) Kolon boyu ortaında, ( γ d) = (2)(19) + (3)(19 10) = 65 kpa p = 64 kpa Yukarıda verilen değerler ve Şekil 2.14 kullanılarak derinlik etki faktörü, bulunur. Bulunan bu değere göre derinlik faktörü, y = 0.48 olarak f d 1 = (0.48)(65) 1 64 = 1.95 olarak bulunur.

115 96 Bu değerin güvenli tarafta olup olmadığı kontrol edilmelidir. Bunun için Şekil 2.15 den yararlanılır. Buradan f d için makimum değer, f d D = ( 0.152)( ) = (0.152)(17) = 2.58 D olarak bulunmuştur. Bulduğumuz f d değeri kullanılabilir. Bulunan bu değere göre oturma heaplarında kullanılaak olan n 2 değeri, n d 2 = f n1 = (1.95)(1.7) = 3.32 olarak bulunur. İyileştirme faktörünün makimum değeri kontrolü için, n A D = 1+ 1 = (17 1) = 3.32 n A D mak = olduğundan heaplanan n 2 değeri kullanılabilir. Arazide iyileştirmeden onra meydana geleek oturmayı belirlemek için öne oluşaak toplam oturma belirlenmelidir. Buna göre toplam oturma (2.22) eşitliği kullanılarak aşağıdaki gibi bulunur. 2 S = p d D n 2 = (64) (10) (5186)(3.32) = d D = 10 = Taş kolon ayıı 100 olarak kabul edilmiştir. Buna göre Şekil 2.17a kullanılarak / oranı 0.65 olarak bulunur. Bulunan bu değer kullanılarak meydana geleek oturma miktarı, = ( 0.65)( ) = (0.65)(0.037) = 0.024m olarak bulunur. Çizelge 4.10 da 2 m aralıklı 90 m ve 100 m çapında taş kolonlar kullanılmaı durumunda heaplanan oturma değerleri de verilmiştir.

116 97 Çizelge m aralıklı eşkenar üçgen dizilimli taş kolon uygulanmaından onra beklenen oturma değerleri Kolon Çapı (m) A/A n o D D Δ A A A A n 1 ( d) γ p y f d f d,mak n 2 n max (m) δ (m) Φ Φ Φ Taş kolon ile iyileştirilmemiş bölgede meydana geleek ani ve konolidayon oturmaları aşağıdaki gibi heaplanmıştır ve elde edilen değerler Çizelge 4.11 de göterilmiştir. Kolon altında kalan bölgedeki tabaka için H = m dir. Buna göre Şekil 4.3a dan, A = 0.58 ve A = olarak bulunur. Buna göre kil zeminde meydana geleek ani oturma, qb (64)(10) δ i = A1 A2 = (0.58)(0.8) = m = 2.6 m E u olarak bulunur. Kil zeminde meydana geleek oturma ie Çizelge 4.7 den yararlanılarak, δ = m = 2.9 m olarak bulunur. 80 m lik taş kolonlar ile iyileştirilmiş bölgede meydana geleek toplam oturma, δ δ + δ + δ = = 7.9 m T = i olarak bulunur. Çizelge 4.11 Taş kolonlar ile iyileştirilmiş bölgede meydana geleek oturma miktarı. Kolon Çapı (m) δ (m) δ i (m) δ (m) δ T (m) Φ Φ Φ

117 İyileştirilmiş Zeminde İzole Edilmiş Tekil Kolon İçin Taşıma Güü Alan Değişim Oranı a 2 D = = 0.907x(0.80 / 2) 2 = π ( d) ( π )(0.80) A = = = m ( π )( De ) ( π )(2.1) A = = = m Alan değişim oranından, kolona ve zemine geleek olan gerilmelerin belirlenmeinde kullanılaak olan oranlar gerilme konantrayon faktörü n=3 alınarak aşağıda heaplanmıştır. μ = μ = n n = [ 1+ ( 1) a ] [ 1+ (3 1)0.145] 1 = [ 1+ ( n 1) a ] [ 1+ (3 1)0.145] 3 1 = 2.33 = Taş Kolonda Genişleme Göçmei Taş kolonda oluşaak en büyük genişlemenin yüzeyden 3D kadar derinlikte meydana geleeği kabul edilmiştir. Buna göre oluşabileek genişleme göçmei için gerekli değerler aşağıda heaplanmıştır. q ult, = σ r, lim K p σ r,lim = σ ro + u 1 + ln 2 u Eu (1 + ν u ) σ ro = σ ' vo K + u pm o 2 φ 2 24 φ = 24 için, K p = tg (45 + ) = tg (45 + ) = olarak bulunur. ' σ = (3)(0.80)(19) = 45.6 kpa vo σ = ( 45.6)(2.37) = 108 kpa ro 3500 σ r, lim = x 1 + ln = 248 (2)(30)(1 0.50) kpa +

118 99 Buradan kolonun dışa doğru genişleme meydana gelmei durumuna karşı nihai taşıma kapaitei, 2 40 q ult, = (248) tg (45 + ) = 1140 kpa 2 olarak bulunur Tekil Taş Kolon Kapaitei q = ( F + F q) K ult ' u ' q p Heap derinliğindeki ortalama yanal gerilme, 1 1 q = ( σ 1 + σ 2 + σ 3 ) = ( σ v + 2K 0σ v ) 3 3 formülü ile bulunabilir. Ortalama düşey gerilme, genişlemenin 3D derinlikte olduğu göz önüne alınarak, σ = ( γ ' )( z) ' v ' σ = (3)(0.8)(19) = 45,6 kpa v olarak bulunur. Drenajlı durum için; I = E 2(1 + ν )( + qtgφ) K 0 = 1 inφ = 1 in 24 = 0,593 q 1 1 ( σ v + 2K 0 σ ) = [ (2)(0.593)(45.6)] = kpa 3 3 = v I = ( )(2 + (33.23) tg24) = 78 ' F = 9.0 ; ' F q = 4.2 Buradan kolonun nihai taşıma kapaitei, q = [( 9.0)(30) + (4.2)(33.22)](4.6) = 1884 kpa ult olarak bulunur.

119 100 Drenajız durum için; I = E 2(1 + ν )( + qtgφ) K 0 = 1 inφ = 1 in 0 = 1 q σ = 45.6 kpa = v I 4000 = (2)( )(30 + (45.6)( tg0)) = 44.4 ' F = 4.7 ; ' F q = 1 Bu değerlere göre kolonun nihai taşıma kapaitei, q = [( 4.7)(30) + (1)(45.6)](4.6) = 858 kpa ult olarak bulunur Kolon Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Geleek Göçme Wimann a göre iyileştirilmiş zemin parametreleri (3.30b) ve (3.31b) eşitlikleri kullanılarak aşağıdaki gibi heaplanabilir. φ omp = tg 1 ' ' ' ( μ a tanφ + μ (1 a ) tanφ ) R n ' a = (0.4)( a ) = (0.4)(0.145) = = 2.8 μ = ' μ = ' n = 2.54 a ( n 1) + 1 ' ' a ( n 1 = ) + 1 φ = 40, φ = 24 φ = omp φ = 40, φ = 0 φ = omp omp = ( )( a ' ) + (1 a ' ) ' = 0 = (1 a ) omp

120 101 = 2 kpa = ( 2)( ) = kpa omp = 30 kpa = (30)( ) kpa u u, omp = φ = için genel taşıma güü denkleminde kullanılaak faktörler; B N q N = F = 1 + = 1+ ( )( ) = L N N q = F q = 1 + tg(24.46) = N γ = 6.19 F γ = 1 (0.4)( ) = φ = için genel taşıma güü denkleminde kullanılaak faktörler; B N q N = 7.20 F = 1 + = 1+ ( )( ) = L N N q = 1.89 F q = 1 + tg(7.05) = N γ = F γ = 1 (0.4)( ) = olarak bulunur. Genel taşıma güü denklemi kullanılarak taş kolon grubunda, kolon-zemin bölgeinde meydana gelebileek göçme durumunda, temelin nihai taşıma kapaitei aşağıdaki gibi heaplanır. Drenajlı durumda; q ult ' = N F + qn q F q 1 + γbn 2 γ F γ q = ( 1.88)(19.94)(1.17) (0,5)(19)(10)(6.19)(0,867) = 554 kpa ult olarak bulunur. Drenajız durumda ie; q ult = u, omp N + qn q Fq + 1 γbn 2 γ F γ q = ( 28.5)(7.20)(1.09) (0,5)(19)(10)(0.165)(0,87) = 237 kpa ult olarak bulunur.

121 102 Çizelge 4.12 de 2 m aralıklı 90 m ve 100 m çapında taş kolonların kullanılmaı durumunda heaplanan taşıma güü değerleri de verilmiştir. Çizelge 4.12 Tekil taş kolon ve taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminlerde elde edilen taşıma güü değerleri. Kolon Çapı (m) Tekil Kolon Elemanında Kabarma Göçmei (q ult,g ) Tekil Kolon Elemanında Meydana Gelebileek Göçme (q ult,g ) İyileştirilmiş Kolon-Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Gelebileek Göçme (q ult ) Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum q ult (kpa) Φ80 Φ90 Φ

122 Geopier İle İyileştirilmiş Yumuşak Kil Zemin Keiti ve Geopier Özellikleri Şekil 4.5 de zemin profili göterilen arazide killi zemin tabakaları üzerine dolgu yapılaaktır. Dolgudan öne geopier imalatı ile zemin iyileştirmei uygulandıktan onraki zemin keiti göterilmiş ve geopier parametreleri Çizelge 4.13 de verilmiştir. İyileştirilmiş zemin üzerine uygulanaak olan 4m yükekliğinde ve 10x30 m 2 boyutunda bir dolgudan dolayı zeminde olaşaak oturma ve taşıma güündeki iyileşme miktarı heaplanmaya çalışılmıştır. 22 m 4 m 4 m 4.0 m Kum Dolgu 1/1 1/1 2 m YASS 3 m 5 m Yumuşak Kil 12 m Orta Katı Kil Kaya Şekil 4.5 Zemin, dolgu ve geopier keiti.

123 104 Çizelge 4.13 Geopier malzeme özellikleri. Zemin Özellikleri Geopier Kolon Kuru Birim Haim Ağırlık, Suya Doygun Birim Haim Ağırlık, γ ( kn/m 3 ) 21 k γ d ( kn/m 3 ) 23 Permeabilite, k x = k y (m/gün) 100 Elatiite Modülü, E (kn/m 2 ) Poion Oranı, ν 0.25 Efektif Kohezyon, (kn/m 2 ) 4 Efektif İçel Sürtünme Açıı, φ ( º ) 47 Drenajız Keme Dayanımı, (kn/m 2 ) 0 u Sükunetteki Toprak Baını Katayıı, K k g (MN/m 3 ) Φ80 Çaplı Geopier Kolonların 2.00 m Ara İle Yumuşak Kil Zemine Uygulanmaı Taşıma Güü Heapları Aşağıda Çizelge 4.13 den yararlanılarak geopier oturma ve taşıma güü heaplarında gerekli olan değerler heaplanmıştır. H 0 = 5 m d = 0,80 m haft H H = = 5.80 m UZ = haft H 2 B H = (2)(10) 5.80 = 14.2 m LZ = haft n geopier = 75 A = (10)(30) 300 m 2 do lg u = Bu çalışma için n = 6 olarak kabul edilmiştir.

124 105 2 π (0.80) A geopier = (75) = 37.7 m 2 4 R a 37.7 = = d ' d = = m = haft Tekil Kolon Elemanında Genişleme Göçmei Zeminde, kolon iç malzemeinde oluşan gerilmenin zeminin yanal karşı koyma direnini yenmei durumunda meydana gelebileek göçme için gerekli değer aşağıda heaplanmıştır. 2 φ = tg (45 + ) = tg 2 47 (45 + ) 2 2 K p, g = 6,44 K p 2 φ = tg (45 + ) = tg (45 + ) = 2,37 2 Dışa doğru taşmanın yani kabarmanın meydana geleeği derinlik (3.20) eşitliğinden aşağıdaki gibi heaplanabilir. 47 z b = ( 0.5)(0.876) tg(45 + ) = 1.1 m 2 Bulunan bu derinlik değerine göre o noktadaki başlangıç düşey efektif gerilme değeri, ' σ = (1.1)(19) = kpa vo olarak bulunur. (3.18) eşitliği kullanılarak, σ = ( 21.13)(2.37) = 50 kpa ro Değeri elde edilir. Bu değer (3.17) eşitliğinde yerine konulura ınırlayıı radyal gerilme, 3500 σ r, lim = 50 + (30) 1 + ln 190 (2)(30)(1 0.5) kpa + olarak bulunur. Burada zeminin poion oranı zemin uya doygun kabul edildiği için ν = 0. 5 olarak alınmıştır. Bulunan bu değer (3.16) eşitliğinde yerine konulura kolonun nihai taşıma kapaitei aşağıdaki gibidir q ult, g = (190) tg (45 + ) = 1224 kpa 2 u

125 Tekil Kolon Elemanı Taşıma Güü Bu bölümde tekil geopier elemanında meydana gelebileek zımbalanma göçmei analizi drenajlı ve drenajız durumlar için ineleneektir. Drenajız durum için; Drenajız durumda birim çevre taşıma güü, f = 30 kpa = u Olarak bulunur ve (3.26) eşitliği kullanılarak kolon birim uç taşıma güü, q N = (30)(7) 210 kpa ( N = 7, CFEM) tip, g = u = olarak bulunaaktır. Bu değer (3.24) eşitliğinde yerine konulura geopier elemanı nihai taşıma güü aşağıdaki gibi bulunur. 4 q ult, g = (30)(0.876)(5.80) = 1163 kpa 2 (0.80) Drenajlı durum için; Drenajlı durumda birim çevre taşıma güü (3.27) eşitliği kullanılarak heaplanabilir. f 2 24 = σ v, ave ( tgφ ) K p = ((2)(19) + (0.5)(19 10))( tg24) tg (45 + ) = kpa 2 φ = 24 için birim uç taşıma güü denkleminde kullanılaak faktörler; B N q N = ( N q 1) otφ = (9.6 1)(2.246) = 19.32, F = 1 + = 1+ ( )( ) = L N φ ( π )( tgφ ) 10 N q = tg (45 + ) e = 9.60, F q = 1 + ( tg24) = N γ = 1.5( N q 1) tgφ = 5.74, F γ = 1 (0.4)( ) = olarak heaplanır. Burada F, F q ve F γ genel taşıma güü denklemindeki şekil faktörleridir. Drenajlı durumdaki zemin parametrelerine göre geopier elemanının uç direni (3.28) eşitliği kullanılarak aşağıdaki gibi bulunabilir. q tip, = (2)(19.32)(1.166) + (0.5)(0.876)(9)(5.74)(0.867) + [(2)(19) + (3)(19 10)](9.60)(1.148) g q tip, g = 781 kpa Geopier elemanının nihai taşıma güü ie (3.24) eşitliği kullanılarak heaplanabilir.

126 107 4 q ult, g = (44.87)(0,876)(5.80) = 2206 kpa 2 (0,80) Kolon Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Geleek Göçme Wimann a göre iyileştirilmiş zemin parametreleri (3.30b) ve (3.31b) eşitlikleri kullanılarak aşağıdaki gibi heaplanabilir. φ omp = tg 1 ' ' ' ' ( μ R tanφ + μ (1 R ) tanφ ) g a g m a m R R ' a ' = 0.4Ra = 2.8 = (0.4)(0.126) = μ ' p = μ ' g = ' R = ' R ( R 1) + 1 ' a μ ' m = μ = ' 1 = ' R ( R 1) + 1 ' a φ = 47, φ = 24 φ = g m omp φ = 47, φ = 0 φ = g m omp omp = R ' a + m (1 R ' a ) ' = 0 = (1 R ) = g omp m = 2 kpa = ( 2)( ) = kpa m omp = 30 kpa = (30)( ) kpa u u, omp = a φ = için genel taşıma güü denkleminde kullanılaak faktörler; B N q N = F = 1 + = 1+ ( )( ) = L N N q = F q = 1 + tg(27.76) = N γ = F γ = 1 (0.4)( ) =

127 108 φ = 7. 9 için genel taşıma güü denkleminde kullanılaak faktörler; B N q N = 7.49 F = 1 + = 1+ ( )( ) = L N N q = 2.04 F q = 1 + tg(7.9) = N γ = 0.22 F γ = 1 (0.4)( ) = olarak bulunur. Genel taşıma güü denklemi kullanılarak geopier kolon grubunda, kolonzemin bölgeinde meydana gelebileek göçme durumunda, temelin nihai taşıma kapaitei aşağıdaki gibi heaplanır. Drenajlı durumda; q ult ' = N + qn q F q 1 + γbn 2 γ F γ q = ( 1.9)(25.34)(1.189) (0,5)(19)(10)(10.53)(0,867) = 924 kpa ult olarak bulunur. Drenajız durumda ie; q ult = u, omp N + qn q Fq + 1 γbn 2 γ F γ q = ( 28.5)(7.49)(1.09) (0,5)(19)(10)(0.22)(0,87) = kpa ult olarak bulunur Kolon ve Zeminden Oluşan Bölge Altında Göçme Meydana Gelmei Kolon-zemin iyileştirilmiş bölgeinin altında meydana gelebileek göçme durumunun inelenmei için gerilmenin 2:1 oranında arttığı kabulüne göre heaplamalar yapılmıştır. Bunun için üt bölge heaplarda göz önüne alınmıştır. ' B B + H = = m = UZ ' L L + H = = m = UZ Drenajız durum için; = 30 kpa, φ = 0 u

128 109 N B ( ), = (0.893)(6.2) = 5.54 L = N kare N q = 1 N γ = 0 Temel derinliği geopier boyu olarak alınıra ürşarj yükü aşağıdaki gibi heaplanır. q = ( 2)(19) + (3)(19 10) = 65 kpa Bulunan bu yük değerine göre kolonun nihai uç taşıma güü ve (3.35) eşitliği kullanılarak iyileştirilmiş bölgenin taşıma güü aşağıdaki gibi bulunur. q = N + q = ( 30)(5.54) + 65 = bottom u kpa (231.2)(15.8)(35.8) q ult = = 435 kpa (10)(30) Drenajlı durum; φ = 24, = 2 kpa B N q N = F = 1 + ( )( ) = 1+ ( )( ) = L N N q = 9.60 F q = 1 + ( tg24) = 1, N γ = 5.7 F γ = 1 (0.4) = q bottom ' = N F + σ N v q F q 1 + γbn 2 γ F γ q bottom = ( 2)(19.32)(1.166) + (65)(9.60)(1.148) + 1 (15.80)(9)(5.7)(0.867) 2 q = 1113 kpa bottom (1113)(15.80)(35.80) q ult = = 2098 kpa (10)(30) Çizelge 4.14 de 2 m aralıklı 90 m ve 100 m çapında geopier elemanlar kullanılmaı durumunda heaplanan taşıma güü değerleri de verilmiştir.

129 110 Çizelge 4.14 Tekil geopier eleman ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri. Kolon Çapı (m) Tekil Kolon Elemanında Kabarma Göçmei (q ult,g ) Tekil Kolon Elemanında Meydana Gelebileek Göçme (q ult,g ) İyileştirilmiş Kolon-Zemin Bölgei İçeriinde Meydana Gelebileek Göçme (q ult ) Kolon ve Zeminden Oluşan Bölge Altında Göçme Meydana Gelmei (q ult ) Oturma Heapları Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum Tekil geopier eleman ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri, (kpa) q ult Φ80 Φ90 Φ Üt Bölgede Meydana Geleek Oturma Alan değişim oranı daha öneki heaplardan φ 80 lik kolon için, R a = olarak bulunmuştur. Dolgudan kaynaklanan yük artışı, q = ( 16)(4) = 64 kpa olduğuna göre bu artıştan dolayı bir geopier elemanına geleek gerilme aşağıdaki gibi heaplanabilir. n 6 q g = q = (64) = (6)(0.126) (0.126) 1 kpa n Ra Ra + + Buna göre üt bölgede oluşabileek olan oturma (3.4) eşitliği kullanılarak aşağıdaki gibi heaplanmıştır. q g 236 S UZ = = m = 0.52 m k = g Alt Bölgede Meydana Geleek Oturma Alt bölgede meydana geleek ani oturma Janbu, Bjerrum, Kjaerni nin (1956) önerdiği yöntem kullanılarak aşağıda heaplanmıştır.

130 111 Birini tabaka için H = 4.2 m, d = 5. 8 m dir. Buna göre Şekil 4.3a dan, A = ve f A 2 = 0.90 olarak bulunur. Buna göre, qb (64)(10) δ H1, E1 = A1 A2 = (0.32)(0.90) = m E olarak bulunur. İkini tabaka için H = H + H = m dir. Buna göre Şekil 1 2 = 4.3a dan, A = 0.62 ve A = olarak bulunur. Elde edilen bu değerlere göre rijit temel ikini tabakanın onundaymış gibi düşünüldüğünde elde edileek ani oturma miktarı, qb (64)(10) δ ( H1+ H 2), E 2 = A1 A2 = (0.62)(0.90) = m E olarak bulunur. Fazladan göz önüne alınan oturmanın düzeltilmei için gerekli değer, qb (64)(10) δ H1, E 2 = A1 A2 = (0.32)(0.90) = m E olarak heaplanır. Buna göre uya doygun kil zeminde meydana geleek toplam ani oturma miktarı, δ e = δ H1, E1 + δ ( H1+ H 2), E2 δ H1, E2 = = m = 6.2 m olarak bulunur. Kilde meydana geleek nihai konolidayon oturmaı ie aşağıdaki şekilde heaplanmıştır. Çizelge 4.15 Dolgu merkezi altında alt bölgede meydana gelen düşey gerilme artışları. Dolgunun Gerilme Artışı Derinlik z Teir Katayıı B 2 /z B 1 /z Üniform Yükü Δ σ v = 2I pσ (m) (I p ) σ v (kn/m 2 ) (kn/m 2 )

131 112 Çizelge 4.16 Dolgu merkezi altında alt bölgede meydana geleek nihai konolidayon oturmaı. Derinlik, z (m) Gerilme Artışı, Δ σ = 2I pσ (kn/m 2 ) Sıkışma Modülü, m v (m 2 /kn) Tabaka Kalınlığı, H (m) Oturma Miktarı, S = m v HΔσ x x x x x x x (m) Toplam v Buna göre kilde alt bölgede meydana gelebileek toplam oturma, S S + S = m LZ = i, LZ, LZ = olarak bulunur. Meydana geleek toplam oturma (3.2) eşitliğinden; S S + S = = 14.8 m T = UZ LZ olarak bulunur. Çizelge 4.17 Geopier ile iyileştirilmiş zeminlerde kolon çaplarına göre toplam oturma değerleri. Kolon Çapı (m) S UZ (m) S i, LZ (m) S, LZ (m) S T (m) Φ Φ Φ

132 TAŞ KOLON VEYA GEOPİER İLE İYİLEŞTİRİLMİŞ ZEMİNLERDE OTURMA VE TAŞIMA GÜCÜNÜN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE HESAPLANMASI Bu bölümde taş kolonlar ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zeminlerin taşıma güü ve oturmaları onlu elemanlar yöntemini kullanan Plaxi 7.2 programı ile analiz edilerek öneki bölümlerde klaik yöntemlerle heaplanan değerlerle karşılaştırılaaktır. Öne zeminin iyileştirilmeden öneki davranışı modellenmiş, daha onra taş kolon ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zeminler modellenerek yük altında davranışları analiz edilmiştir. Aşağıda heaplamalarda öne kullanılan Plaxi 7.2 programı kıaa tanıtılmış, daha onra analiz onuçlarına yer verilmiştir. 5.1 Plaxi Sonlu Elemanlar Programı Program, Input, Output, Calulation ve Curve ana başlıkları altında dört bölümden oluşmaktadır. Input kımında gerekli veriler bilgiayara girilmekte, Calulation komutuyla heaplamalar yapılmakta, Output komutuyla analiz onuçları elde edilmekte ve Curve komutu ile itenilen grafikler çizilebilmektedir Modelin Oluşturulmaı (Input) Programın kullanımı ıraında önelikle geometrik modelin oluşturulmaı gereklidir. Geometrik model, gerçek problemi temil edeek şekilde Nokta lar (Point), noktaların birleştirilmeinden oluşan Çizgi ler (Line) ve çizgilerin birbirine eklenmeinden meydana gelen Kapalı Alan lardan (Cluter) oluşturulur. Oluşturulan geometrik modelde zemin tabakalarının, yapıal elemanların, yapım aşamalarının ve yüklemelerin tanımlanmaı gerekir. Model ınırları onuçların etkilenmeyeeği kadar geniş eçilmelidir. Şekil 5.1 de Plaxi deki veri giriş penerei göterilmiştir. Plaxi programı ile bir analize başlanırken önelikle üzerinde çalışılaak projenin genel özelliklerinin verilmei ve ınırlarının belirlenmei gerekmektedir. Şekil 5.1 de göterilen genel ayarlarda proje imi, düğüm noktaı ayıı ve geometrik ınırlar girilerek analize başlanır. Plaxi programında kullanılan onlu elemanlar yönteminde deplamanlar ea bilinmeyen olarak kabul edilmiştir. Sürekli ortam bir çok elemana ayrılır ve her bir eleman üzerindeki düğüm noktaları iki erbetlik dereeine ahiptir. Plaxi programında onlu elemanlar ağının oluşturulmaında üçgen elemanlar kullanılmaktadır. Bu üçgen elemanlar 6 veya 15 düğüm

133 114 noktalı olarak eçilebilmektedir. Bunların terih edilebileekleri durumlar Çizelge 5.1 unulmuştur. Şekil 5.1 Genel ayarların yapılmaı.

134 115 Şekil 5.2 Plaxi veri giriş penerei. Çizelge 5.1 Eleman Tipleri Eleman Tipleri 6 düğüm Noktalı Üçgen Eleman Servi yükleri Düzlem şekil değiştirme Hızlı heap 15 düğüm Noktalı Üçgen eleman Göçme yükleri ve phi/ redution analizleri Aki-imetrik modeller Daha yavaş heap Gerilmelerin ve göçme yüzeylerinin daha doğru heaplanabilmei için 15 düğüm noktalı elemanların eçilmei daha doğru bir yaklaşım olur. Programın kullanımı ıraında önelikle geometrinin oluşturulmaı gerekmektedir. Bu amaçla Şekil 5.2 de göterilen çizim alanında Line komutu kullanılarak çizgiel elemanlarla zemin

135 116 keiti çizilir. Tabakalı bir zemin profilinde bu tabakalar yine çizgiel elemanlarla tanımlanır. Geometri girişinde deformayon problemleri için iki tip ınır koşul bulunmaktadır. Bunlar tanımlı yükler ve tanımlı deplamanlardır. Prenip olarak tüm ınırlarda her bir yönde tek bir ınır koşulu bulunmalıdır. Tanımlı deplamanlar ınır koşulu, yani tandart fixitie durumunda, kenarlarda u x =0, u y =erbet; en altta ie u x =u y =0 olarak alınır. Geometrinin oluşturulmaından onra projedeki zeminin ve yapıal elemanların özellikleri girilir. Şekil 5.3 de görüldüğü üzere malzeme özellikleri dört ana kategoriye ayrılmıştır. Şekil 5.3 Malzeme özellikleri menüü. Zemin ve malzeme özellikleri girildikten onra Meh komutu ile Şekil 5.4 deki gibi onlu elemanlar ağı oluşturulur. Programın normal işleyişinde onlu elemanlar ağı çok ine olarak oluşturulmaz, anak itenildiği takdirde ıklaştırılmak itenilen kıım eçilerek Meh menüünden uygun olan Refine komutu kullanılabilir. Sonlu elemanlar ağı oluşturulduktan onra programda başlangıç koşullarının tanımlanmaı gerekir. Bunun için programda Initial ondition kımı eçilir. Burada vara yer altı u eviyei ve buna bağlı olarak boşluk uyu baını heaplanır. Daha onra zemin ilk durumuna getirilerek efektif gerilmeler belirlenir.

136 117 Bu adımdan onra Şekil 5.5 de görülen Calulation afhaına geçilerek heaplamalara başlanır. Bu aşamada kademeli inşaat yapılmaı durumunda Staged ontrution, tekil ya da yayılı yük tanımlanmaı durumunda ie Total multiplier komutuyla işlem yapılır. Tüm adımların belirlenmeinden onra Calulate komutuyla heaplamalar yaptırılır ve Output komutuyla elde edilen onuçlara ulaşılır. İtenildiği takdirde Curve komutuyla itenilen grafikler çizilerek karşılaştırmalar yapılabilir. Şekil 5.4 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş zemin. Programda zemin özelliklerini belirlemek amaıyla Mohr-Coulomb (MC), Hardening Soil Model, Soft Soil Creep Model (SSC) ve Lineer Elatik Model olmak üzere dört farklı zemin modeli kullanılabilmektedir. Bu çalışma kapamında Mohr-Coulomb modelinden yararlanıldığı için Mohr-Coulomb modeli parametrelerinden bahedileektir.

137 118 Şekil 5.5 Heaplama adımlarının belirlenmei ve heaplamanın yapılmaı Mohr-Coulomb Modelin Temel Kavramları ' Bu modelde kullanılan temel kavramlar Poion oranı (ν ), (efektif) kohezyon ( ), (efektif) içel ürtünme açıı ( φ ' ), zeminin kuru ve doğal birim haim ağırlıkları ( γ k ve γ ), yatay ve düşey permeabilite katayıları ( k, ( ψ ) oluşur. x k y ), Young modülü (E) ve dilatan (genleşme) açıından Mohr-Coulomb Modeli olaı durumları ve avantajları aşağıdaki gibi ıralanabilir: Bait ve açık bir modeldir. Genelde zemin davranışı için birini mertebe yaklaşımı göz önüne alınır. Çoğu pratik programa uygulanabilir. Sınırlı ayıda ve açık parametreler ile çalışılır. Göçme davranışını iyi temil eder. Dilatan ihtiva edebilir. Mohr-Coulomb Modeli olaı durumları ve dezavantajları aşağıdaki gibi ıralanabilir: İzotrop ve homojen davranış göz önüne alınır. Göçmeye kadar lineer elatik davranış yaptığı kabul edilir. Rijitlik gerilmeden bağımızdır. Ön yükleme ve boşaltma veya yeniden yükleme araında ayırım yoktur. Dilatan üreklidir. Bu nedenle kritik boşluk oranı yoktur. Drenajız davranış her zaman gerçekçi değildir.

138 Plaxi İle Oturma ve Taşıma Güü Heabı Şekil 5.6 da göterilen, daha öne oturma ve taşıma güü heapları literatürde yeralan heap yöntemleri ile yapılan, yumuşak ve orta katı kil tabakalarından oluşan iyileştirilmemiş zemin üzerine dolgu yapıldıktan onra, zeminin götereeği davranış Plaxi onlu elemanlar programı yardımı ile modellenmiş ve bu modele göre oturma ve taşıma güü değerleri belirlenmiştir. Şekil 5.6 da görüldüğü üzere 10 m genişlikte ve 4 m yükeklikteki kum dolgu, geçirimiz kaya üzerinde yeralan 12 m kalınlığında orta katı kil ve onun üzerinde yeralan 10 m kalınlığında yumuşak kil zeminden oluşan toplam kalınlığı 22 m olan zemin tabakaı üzerine oturtulmaktadır. Yeraltı u eviyei zemin yüzeyinin 2 m altındadır. Şekil 5.6 Zemin keiti ve 4 m lik kum dolgu. Çizelge 5.2 de verilen zemin parametrelerinden de anlaşılaağı üzere inelenen zemin çok yumuşak kohezyonlu bir zemin olup taşıma güü oldukça düşüktür. Bu nedenle kum dolgu uygulanmadan öne zeminde taş kolon ve bir taş kolon çeşidi olan geopier kolon uygulamaı ile iyileştirme yapılmaı düşünülen bu zemin profili, iyileştirme önei ve onraı ayrı ayrı modellenerek analiz edilmiş ve araştırılmıştır. Dolgu ile birlikte zemin profilindeki imetri göz önüne alınarak analizler ıraında zemin profilinin yarıı modellenmiştir. Plaxite modelleme yapılırken genişlik en az dolgu yükekliğinin üç veya dört katı, derinlik ie en az dolgu yükekliğinin 2 katı olaak şekilde eçilmelidir.

139 120 Çizelge 5.2 Uygulamada kullanılan zemin malzemeinin parametreleri Parametreler Yumuşak Kil Zemin Orta Katı Kil Zemin Kum Dolgu Taş Kolon Geopier Kolon Malzeme Modeli Mohr Coulomb Mohr Coulomb Lineer Elatik Mohr Coulomb Mohr Coulomb Drenaj Durumu Drenajız Drenajız Drenajlı Drenajlı Drenajlı Kuru Birim Haim Ağırlığı, γ k (kn/m 3 ) Suya Doygun Birim Haim Ağırlığı, γ d (kn/m 3 ) Yatay Permeabilite, k x (m/gün) 0,0001 0, Düşey Permeabilite, k y (m/gün) 0,0001 0, ) Elatiite Modülü, E (kn/m Kohezyon, (kn/m 2 ) İçel Sürtünme Açıı, φ (º) Poion Oranı Drenajız Durumda Elatiite Modülü, E u (kn/m 2 ) Drenajız Keme Dayanımı, (kn/m 2 ) u Drenajız Durumda Poion Oranı Genleşme Açıı, ψ (º) Şekil 5.7 de görüleeği üzere ınır koşulu olarak kenarlarda yatay yönde, tabanda ie düşey ve yatay yönde harekete izin verilmemiştir.

140 121 Şekil m lik kum dolgu ve kil zeminin ınır koşulları İyileştirme Yapılmamış Dolgu Temel Zemininin Davranışı Arazide yumuşak ve orta katı kil tabakalarından oluşan zeminin dolgu altındaki davranışını inelemek için Çizelge 5.2 deki parametreler kullanılarak Plaxi onlu elemanlar programı ile bir model oluşturulmuştur. Kum dolgunun Şekil 5.8 de görüldüğü gibi kil tabakaları üzerine inşa edilmei durumu için Plaxi ile gerçekleştirilen nümerik analizler, klaik yöntemler ile uyumlu olmaı amaıyla iki aşamada yapılmıştır. İlk aşamada 4 m lik dolgu temel zemini üzerine yerleştirilerek gerilme-şekil değiştirme analizi yapılmış ve zemin tabakalarında dolgu yüklemeinden kaynaklanan artık boşluk uyu baınçları heaplanmıştır. İkini aşamada ie iki boyutlu konolidayon analizi yapılarak boşluk uyu baınının zamana bağlı önümlenmei ve oluşan şekil değiştirmeler belirlenmiştir.

141 122 Şekil m lik kum dolgunun kil tabakaları üzerine oturtulmaı. Sonlu elemanlar ağı ve ınır koşulları Şekil 5.9 da göterilmiş, gerçekleştirilen analizler onuunda dolgu merkezi altında oluşmaı heaplanan ani oturma ve konolidayon oturmaı değerleri Çizelge 5.3 de özetlenmiştir. Şekil 5.9 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş 4 m lik kum dolgu ile temel zemini ınır koşulları.

142 123 Çizelge 5.3 Analiz onuunda dolgu merkezi altında heaplanan ani ve konolidayon oturmaı değerleri. Ani Oturma (m) 10.8 Konolidayon Oturmaı (m) 10.5 Toplam Oturma (m) 21.3 Diğer yandan killi temel zemini tabakalarının taşıma güü değerini belirlemek için, onlu elemanlar modeli üzerinde zemin göçmeye ulaşınaya kadar yüklenerek taşıma güü belirlenmiştir. Yük Şekil 5.10 da göterildiği gibi zemin yüzeyinde üniform olarak yüklenmiştir. Şekil 5.11 de gerçekleştirilen analiz onuunda elde edilen düşey gerilmeoturma eğrii göterilmiştir. Şekil 5.10 İyileştirilmemiş killi zemin tabakalarının taşıma güünün belirlenmei.

143 124 Şekil 5.11 Temel zemini tabakalarının taşıma güünün belirlenmei için zeminin yüklenmei onuu oluşan düşey gerilme-oturma eğrii. Bu eğriden elde edilen nihai taşıma güü değeri; q = 166 kn/m 2 ult olarak bulunmuştur. Bu analizlerde kil zeminde drenaj olmayaağı düşünülerek temel zemini tabakaları için drenajız parametreler kullanılmıştır Taş Kolon İle İyileştirilmiş Dolgu Temel Zemininin Davranışı Daha öne analiz edilen iyileştirilmemiş dolgu temel zemininin taş kolonlar ile iyileştirildikten onra dolgu altındaki davranışını inelemek için Plaxi onlu elemanlar programı ile bir model oluşturulmuştur. Taş kolonların 2 m ara ile yerleştirildiği zemin üzerinde kum dolgunun Şekil 5.12 deki gibi inşa edildiği kabul edilmiştir. Plaxi ile yapılan analizlerde öne taş kolonların inşa edildiği kabulü yapılarak analizlere başlanmıştır. Daha öneki gibi analiz iki aşamada yapılmıştır. Birini aşamada dolgu yükü altında ani oturmalar ve boşluk uyu baınındaki artışlar, ikini aşamada ie boşluk uyu baınının önümlenmei ve oluşan şekil değiştirmeler heaplanmıştır. Taş kolon uygulanan zemin için oluşturulan onlu elemanlar ağı ve uygulanan ınır koşulları Şekil 5.13 de göterilmiştir. Taş kolonlar imal edilirken zemine yer değiştirttiği için ükunetteki toprak baını K 0, taş kolonlarda ve yumuşak kil zeminde bire eşit olarak alınmış ve analizler ona göre yapılmıştır. Gerçekleştirilen analizler onuunda farklı çaplarda taş

144 125 kolonlar kullanılarak iyileştirilmiş zeminde dolgu merkezi altında heaplanan ani ve konolidayon oturmaı değerleri Çizelge 5.4 de verilmiştir. Şekil m çapındaki taş kolonlar ile iyileştirilmiş temel zemini. Şekil 5.13 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş temel zemini ve 4 m lik kum dolgunun ınır koşulları.

145 126 Çizelge 5.4 Farklı çaplarda taş kolonlar ile iyileştirilmiş zemin için dolgu merkezi altında heaplanan ani ve konolidayon oturmaı değerleri. φ80 φ90 φ 100 Ani Oturma (m) Konolidayon Oturmaı (m) Toplam Oturma (m) Taş kolonlar ile iyileştirilmiş temel zemininin taşıma güünü belirlemek için onlu elemanlar modeli üzerinde taş kolon ile iyileştirilmiş zemin göçmeye ulaşınaya kadar yüklenerek, zeminin drenajlı ve drenajız durumda taşıma güü belirlenmiştir. Yük Şekil 5.14 de göterildiği gibi taş kolonlar ile iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform olarak uygulanmıştır. Şekil 5.15 ve Şekil 5.16 da gerçekleştirilen analiz onuunda, drenajlı ve drenajız durumda, 80 m lik kolonlar ile iyileştirilmiş zemin için heaplanan düşey gerilme-oturma eğrileri göterilmiştir. Şekil 5.17 ve Şekil 5.18 ie, 80 m çaplı taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde dolgu merkezi altında bir taş kolonun, ıraı ile, drenajlı ve drenajız durumlar için heaplanan düşey yük-düşey yerdeğiştirme grafikleri göterilmiştir. Taş kolonlar ile aralarındaki zeminin aynı miktarda düşey yerdeğiştirme göterdiği gözlenmektedir. Şekil 5.19 ve Şekil 5.20 de ıraı ile, drenajlı ve drenajız yüklenme durumları için farklı çaplarda taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin için elde edilen düşey gerilme-oturma eğrileri göterilmiştir. Kolon çapları arttıkça iyileştirilmiş zeminin taşıma güünün bir miktar arttığı gözlemlenmektedir.

146 127 Şekil 5.14 Taş kolonlar ile iyileştirilmiş kil zeminin taşıma güünün belirlenmei. Şekil 5.15 Taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajlı durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

147 128 Şekil 5.16 Taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajız durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Şekil 5.17 Grup kolonlarda zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajlı durum için dolgu merkezi altında taş kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

148 129 Şekil 5.18 Grup kolonlarda zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajız durum için dolgu merkezi altında taş kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Şekil 5.19 Farklı çaplarda taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajlı durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

149 130 Şekil 5.20 Farklı çaplarda taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajız durum için dolgu merkezi altında zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Ayrıa tekil kolonun davranışını belirlemek için Şekil 5.21 de görüldüğü gibi tek bir taş kolon ve içinde yer aldığı zemin tabakaları akiimetrik olarak modellenmiştir. Şekil 5.22 ve Şekil 5.23 de 80 m çapındaki kolon için yük altında drenajlı ve drenajız durumda heaplanan yük deplaman eğrileri göterilmiştir. Şekil 5.24 ve Şekil 5.25 de ie farklı çaplarda kolonlar için drenajlı ve drenajız yüklenme durumlarında heaplanan düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafikleri göterilmiştir. Gerçekleştirilen analizler onuunda düşey yük-düşey yerdeğiştirme eğriinden elde edilen nihai taşıma güü değerleri Çizelge 5.5 de özetlenmiştir.

150 131 Şekil 5.21 Tek bir taş kolon ve içinde yer aldığı zemin tabakalarının akiimetrik olarak modellenmei Şekil 5.22 Tekil kolonda drenajlı durum için kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

151 132 Şekil 5.23 Tekil kolonda drenajız durum için kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Şekil 5.24 Farklı çaplarda taş kolonlar için tekil kolonun drenajlı durumunda kolonun düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği

152 133 Şekil 5.25 Farklı çaplarda taş kolonlar için tekil kolonun drenajız durumunda düşey gerilmedüşey yerdeğiştirme grafiği Çizelge 5.5 Sonlu elemanlar analizi ile heaplanan tekil taş kolon ve taş kolonlarla iyileştirilmiş zemin için taşıma güü değerleri. Taş Kolonlarla İyileştirilmiş Zeminin Taşıma Kapaitei Değerleri Tekil Taş Kolon Taşıma Kapaitei Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Φ80 (m) q ult (kpa) Φ90 (m) Φ100 (m) Taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminde, 4 m dolgu yükü altında taş kolonlar ile aralarındaki zeminin yük paylaşımını inelemek için, kolonlarda ve zemin yüzünde oluşan normal gerilmeler Şekil 5.26 da göterilmiş ve dolgu altında taş kolon/zemin gerilme konantrayon oranları farklı taş kolon çapları için Çizelge 5.6 da verilmiştir.

153 134 Şekil 5.26 Dolgu altında normal gerilme dağılımı. ( φ 80 m ve 2 m ara) Çizelge m ara ile yerleştirilen farklı çaplarda taş kolonlarla iyileştirilmiş zeminde 4 m dolgu yükü altında gerilme konantrayon oranları. φ 80 (m) φ 90 (m) φ 100 (m) 1. Bölge Bölge Bölge Bölge Bölge Bölge Bölge Ortalama Değer Taş kolonlar ile iyileştirilmiş zeminin göçmeye kadar yüklenmei durumu için heaplanan normal gerilmeler Şekil 5.27 ve Şekil 5.28 de drenajlı ve drenajız durumlar için göterilmiş ve göçme durumunda taş kolon/zemin gerilme konantrayon oranları Çizelge 5.7 de farklı taş kolon çapları için özetlenmiştir.

154 135 Şekil m lik kolon grubunda göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajlı durum) Şekil m lik kolon grubunda göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajız durum)

155 136 Çizelge 5.7 Göçme durumunda taş kolon/zemin gerilme konantrayon oranları. φ 80 (m) φ 90 (m) φ 100 (m) Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Toplam Geopier Elemanlar İle İyileştirilmiş Zeminde Dolgunun Kil Zemin Üzerine Oturtulmaı Zemininin geopier elemanlar ile iyileştirildikten onra dolgu altındaki davranışını inelemek için geopier elemanların 2 m ara ile yerleştirildiği bir model Plaxi onlu elemanlar programı ile analiz edilmiştir. Bu modelde geopier ile iyileştirilmiş zemin üzerine kum dolgu Şekil 5.29 daki gibi inşa edilmiştir. Plaxi ile yapılan analizde, taş kolonların modellenmeinde olduğu gibi geopier elemanların öneden inşa edildiği kabulü yapılarak analize başlanmıştır. Daha öneki gibi analizler iki aşamada yapılmıştır. Birini aşama dolgu yükü altında ani oturmalar ve boşluk uyu baınındaki artışlar, ikini aşama ie boşluk uyu baınının önümlenmei ve oluşan şekil değiştirmelerin heaplanmaından oluşmaktadır. Geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminde oluşturulan onlu elemanlar ağı Şekil 5.30 da, uygulanan ınır koşullar ie Şekil 5.31 de göterilmiştir. Geopier elemanlar imal edilirken zemine yer değiştirttiği için ükunetteki toprak baını K 0, geopier elemanlarda ve zeminde bire eşit olarak alınmış ve analizler ona göre yapılmıştır. Gerçekleştirilen analizler onuunda geopier elemanlar ile iyileştirilmiş killi zeminde elde edilen ani ve konolidayon oturmaı değerleri farklı kolon çapları kullanılmaı durumları için Çizelge 5.8 de özetlenmiştir.

156 137 Şekil m çapındaki geopier elemanların 2 m ara ile kil zemine uygulanmaı. Şekil 5.30 Sonlu elemanlar ağı oluşturulmuş zemin.

157 138 Şekil 5.31 Kil temel zemini ve üzerindeki 4 m lik kum dolgunun ınır koşulları. Çizelge 5.8 Geopier elemanları ile iyileştirilmiş zeminde dolgu merkezi altında ani ve konolidayon oturmaı değerleri. φ80 φ90 φ 100 Ani Oturma (m) Konolidayon Oturmaı (m) Toplam Oturma (m) Geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zemininin taşıma güünü belirlemek için onlu elemanlar modeli üzerinde iyileştirilmiş zemin göçmeye ulaşınaya kadar yüklenerek, zeminin drenajlı ve drenajız durumda taşıma güü belirlenmiştir. Yük Şekil 5.32 de göterildiği gibi grup halindeki geopier elemanların ve kil zeminin üzerine üniform olarak yüklenmiştir. Şekil 5.33 ve Şekil 5.34 de gerçekleştirilen analiz onuunda, 80 m lik geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zemin için elde edilen düşey gerilme-oturma eğrileri göterilmiştir. Şekil 5.35 ve Şekil 5.36 da ie ie farklı kolon çapları için,drenajlı ve drenajız durumda elde edilen düşey gerilme-oturma eğrileri göterilmiştir.

158 139 Şekil 5.32 Geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminin taşıma güü değerinin belirlenmei. Şekil 5.33 Geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajlı durum için zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

159 140 Şekil 5.34 Geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin yüzeyine üniform yük uygulandığında drenajız durum için zeminin düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Şekil 5.35 Farklı çaplarda geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajlı durum için düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

160 141 Şekil 5.36 Farklı çaplarda geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminde drenajız durum için düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Geopier bir elemanın tekil davranışını belirlemek için Şekil 5.37 de görüldüğü gibi tek bir geopier eleman ve içinde yer aldığı zemin tabakaları akiimetrik olarak modellenmiştir. Şekil 5.38 ve Şekil 5.39 da 80 m çapında tekil bir elemanın drenajlı ve drenajız durumda düşey yük-düşey yerdeğiştirme grafikleri göterilmiştir. Şekil 5.40 ve Şekil 5.41 de ie farklı kolon çaplarına göre drenajlı ve drenajız durumda elde edilen düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafikleri göterilmiştir. Gerçekleştirilen analizler onuunda düşey yük-düşey yerdeğiştirme eğriinden elde edilen nihai taşıma güü değerleri Çizelge 5.9 da özetlenmiştir.

161 142 Şekil 5.37 Tek bir geopier elemanın ve içinde yer aldığı zemin tabakalarının akiimetrik olarak modellenmei. Şekil 5.38 Tekil geopier eleman için drenajlı durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

162 143 Şekil 5.39 Tekil geopier elemanı için drenajız durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Şekil 5.40 Farklı çaplarda tekil geopier elemanlar için drenajlı durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği.

163 144 Şekil 5.41 Farklı çaplarda tekil geopier elemanlar için drenajız durumda düşey gerilme-düşey yerdeğiştirme grafiği. Çizelge 5.9 Tekil geopier eleman ve geopier elemanlarla iyileştirilmiş zemin için nihai taşıma güü değerleri. Geopier Elemanlarla İyileştirilen Zeminin Taşıma Kapaitei Değerleri Tekil Geopier Eleman Taşıma Kapaitei Değerleri Drenajlı Durum Drenajız Durum Drenajlı Durum Drenajız Durum Φ80 (m) q ult (kpa) Φ90 (m) Φ100 (m) Geopier elemanlar ile zemin araındaki 4 m dolgu yükü altında oluşan normal gerilmeler Şekil 5.42 de göterilmiş ve kolon/zemin gerilme konantrayon oranları Çizelge 5.10 da farklı çaplar için özetlenmiştir.

164 145 Şekil 5.42 Geopier elemanlar ve zeminde 4 m dolgu yükü altında normal gerilme dağılımı. ( φ 80 m ve 2 m ara) Çizelge m dolgu yükü geopier/zemin gerilme konantrayon oranları. φ 80 (m) φ 90 (m) φ 100 (m) 1. Bölge Bölge Bölge Bölge Bölge Bölge Bölge Ortalama Değer Geopier elemanlar ile iyileştirilmiş zeminin göçmeye ulaşınaya kadar yüklenmei durumunda heaplanan normal gerilmeler Şekil 5.43 ve Şekil 5.44 de drenajlı ve drenajız durumlar için göterilmiş, kolon/zemin oluşan bölge için gerilme konantrayon oranları Çizelge 5.11 de farklı kolon çapları için özetlenmiştir.

165 146 Şekil m çapında geopier elemanlar ile zeminde göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajlı durum) Şekil m çapında geopier elemanlar ile zeminde göçme durumunda normal gerilme dağılımı. (Drenajız durum)