YÖNTEMLERİ. ZM 11 Karadeniz Teknik Üniversitesi TRABZON

Transkript

1 ZEMİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ Neyi Nasıl l Ne kadar İyileştiriyoruz? Prof.Dr.. Ahmet Sağlamer lamer, İTÜ ZM 11 Karadeniz Teknik Üniversitesi TRABZON

2 Zemin iyileştirme yöntemlerinde temel amaç, mekanik araçlarla zeminin boşluk oranının azaltılması veya zemin boşluklarının çeşitli bileşimdeki karışımlarla doldurulması işlemidir. Zemin iyileştirme yöntemleri aşağıdaki amaçlarla yapılır: Zayıf zeminin taşıma kapasitesini artırmak, Toplam oturmayı azaltıp konsolidasyonu hızlandırmak, Dolgu ve şevlerin stabilitesini sağlamak, İstinat duvarlarını desteklemek Zeminin potansiyel sıvılaşma riskini azaltmak

3 Zemin ıslah yöntemleri uygulandığında zeminin; Kayma mukavemeti artar, Kumlu zeminlerin sıkılığı, killi zeminlerin kıvamı iyileşir, Sıkışabilirliği azalır, Şişme ve büzülme potansiyeli düşer, Permeabilitesi azalır, Borulanmaya karşı mukavemeti artar, Sıvılaşma potansiyeli azalır.

4 Zemin iyileştirme yöntemleri başlıca üç ana grupta toplanabilir: Sadece inşaat aşamasında uygulanan geçici iyileştirme yöntemleri Zemine herhangi bir malzeme karıştırmadan uygulanan kalıcı iyileştirme yöntemleri Zemine çeşitli malzemeler karıştırarak uygulanan iyileştirme yöntemleri

5 Zemin iyileştirme yöntemleri, uygulama derinliğine bağlı olarak sınıflandırılabilir: Derin iyileştirme yöntemleri Yüzeysel iyileştirme yöntemleri

6 DERİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERY NTEMLERİ Patlatma ile sıkıştırma (Blasting): Zemin tabakaları içine yerleştirilen patlayıcılarla şok dalgaları oluşturarak gevşek granüler zemini, başlangıçtaki durumuna oranla daha kompakt hale getirme işlemidir. Dinamik kompaksiyon (Dynamic compaction): Büyük ağırlıkların ( ton) 40 m ye varan yüksekliklerden düşürülmesiyle kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin iyileştirilmesidir. Düşey drenler (Vertical drains): Konsolidasyonu hızlandırmak amacıyla, yumuşak kil zeminlere plastik veya kum drenler yerleştirilmesi ve ön yükleme yapılması.

7 DİNAMİK K KOMPAKSİYON Granüler ve dolgu zeminlerde uygundur Zemine büyük ağırlıklar düşürülerek enerji verilmesi ve zeminin boşluk oranının azaltılmasıdır

8 DİNAMİK K KOMPAKSİYON

9 DİNAMİK K KOMPAKSİYON

10 DERİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERY NTEMLERİ Elektro-osmoz (Electro-osmosis): Kohezyonlu yumuşak zeminlerin mukavemet ve deformasyon özelliklerini ıslah için zemine doğru akım uygulayarak yer altı suyunun indirilmesi ve konsolidasyonun hızlandırılması işlemidir. Isıtma dondurma (Heating and Freezing): Kil zeminin ısıtılması veya zemin suyunun dondurulması suretiyle geçici olarak zeminin kayma mukavemetini ve deformasyon modülünü arttırmak. Özellikle dondurma işlemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Enjeksiyon teknikleri (Grouting): Temel zemininin veya kayanın kayma mukavemetini ve deformasyon modülünü arttırmak ve permeabilitesini azaltmak için çeşitli bileşimdeki karışımların zemin içine basınçla basılması işlemidir.

11 DERİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ Ön yükleme (Preloading): Oturmayı sınırlandırmak için yapı yüküne eşdeğer bir dolgu yüküyle yumuşak kil zeminin yüklenerek zeminin konsolide edilmesidir. Kompaksiyon kazıkları (Compaction piles) Vibro-kompaksiyon (Vibroflotasyon) Jet Grouting Derin Karıştırma (Deep Mixing)

12 YÜZEYSEL İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ Kompaksiyon (Compaction): Statik, vibrasyonlu ve darbeli aletlerle zeminin mekanik olarak sıkıştırılması, zemin boşluklarındaki havanın atılması ve dolayısıyla zeminin kayma mukavemetinin ve borulanmaya karşı direncinin artırılması, permeabilitesinin ve sıkışabilirliğinin azaltılması, sıvılaşma riskinin düşürülmesi işlemidir. Kireçle stabilizasyon (Lime stabilization): Kil zeminlerde kireç katkısıyla plastisite indisi düşürülür, kuru birim hacim ağırlığı arttırılır. Çimento stabilizasyonu (Cement stabilization) : Organik zeminler hariç tüm zemin cinslerinde uygulanır. Bitümle stabilizasyon (Bituminous stabilization): Granüler malzemeye kohezyon verir. Her üç yöntemle (kireç, çimento ve bitümle stabilizasyon) kireç, çimento ve bitüm vb maddeler zeminle üniform şekilde karıştırılıp sıkıştırılarak yoğrulmuş zeminin mekanik özellikleri ıslah edilmektedir.

13 KOMPAKSİYON

14 KOMPAKSİYON

15 DİĞER YÖNTEMLERY Geotekstil kullanılarak zeminin iyileştirilmesi Hidro kompaksiyon Zemin yerdeğiştirilmesi

16 Taş Kolon Uygulamaları Kohezyonsuz Zeminler (% F <20) Amaç: Kolon etrafındaki zemini sıkıştırmak Kohezyonlu Zeminler Amaç: KİL zemin içerisinde nispeten rijit kolonlar oluşturmak

17 Vibratör boy: 2-3m2 çap: m0.3m kütle: 2-3ton2

18 Genel GörünümG

19 Taş kolon yapımında üstten besleme işlemii

20 Taş kolonun dikey kesitte ve üstten görünüşü

21 Denizdeki uygulamalar

22 Kohezyonlu zeminlerde vibro-yerdeğiştirme (vibro-replacement)

23 Kohezyonsuz zeminlerde vibro-kompaksiyon

24 Kolon uygulaması sonrası kum zeminin SPT dirençlerindeki artış

25 JET GROUTING Jet grouting yöntemi, tüm zemin tipleri ve dane çaplarında uygulanabilen ve çimento bazlı enjeksiyon karışımlarının kullanıldığı bir yöntemdir. Bu yöntemde, çok yüksek basınçla ( bar) zemine enjekte edilen bir stabilize malzeme (çimento-su karışımı) ile zemin karıştırılır.

26 JET GROUTING Bu yöntemde, yüksek hızla enjekte edilen karışım zeminin doğal yapısını bozmakta ve zemin ile enjekte edilen malzemenin karışımıyla yeni bir malzeme (soil crete) oluşmaktadır. Böylece, zeminin taşıma gücü ve elastisite modülü artarken permeabilitesi azalmaktadır. Homojen ve sürekli yapıdaki bu yeni malzemenin karakteristik özellikleri önceden belirlenebilmektedir. Jet grout yöntemi, zemine malzeme karıştırılarak yapılan derin ve kalıcı bir zemin iyileştirme yöntemidir.

27 Jet Grouting Yönteminin Uygulama Alanları Temel takviyesi, Kazı yüzeylerinin desteklenmesi, Zemin iyileştirmesi, Tünel inşaatlarında tünel aynasının ve tünel tavanının desteklenmesi, Kazı çukurlarına gelen yeraltı sularının azaltılması, Şev ve heyelan stabilizasyonu, Geçirimsizlik perdeleri, Atık sahalarında geçirimsizliğin sağlanması

28 JET GROUT EKİPMANLARI Delgi Makinesi Çimento Silosu Karıştırma Ünitesi Yüksek Basınç Pompası Su Pompası Kompresör

29 JET GROUT EKİPMANLARI

30 JET GROUT YAPIMI

31 JET GROUT YÖNTEMY NTEMİNİNİ UYGULANABİLD LDİĞİ ZEMİNLER

32 JET GROUT KOLONLARI

33 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ Jet 1 Tek Akışkanlı Sistem Jet 2 Çift Akışkanlı Sistem Jet 3 Üç Akışkanlı Sistem

34 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ JET 1 Tek Akış ışkanlı Sistem Zemine gönderilen tek akışkan çimento su karışımıdır.

35 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ JET 2 Çift Akış ışkanlı Sistem Zemine gönderilen akışkanlar çimento su karışımı ile havadır. Yüksek hıza sahip enjeksiyon jeti, 2-15 barlık sıkıştırılmış ve enjeksiyonu çevreleyen hava konisi ile birlikte püskürtülmektedir.

36 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ JET 3 Üç Akış ışkanlı Sistem

37 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ JET 3 Üç Akış ışkanlı Sistem Zemine gönderilen akışkanlar çimento su karışımı, hava ve sudur. Sistemde zeminin sökülmesi, sıkıştırılmış hava konisi tarafından çevrelenmiş su jeti ile yapılmakta ve bu jetten birkaç desimetre aşağıda yerleştirilmiş olan püskürtme ağzından çimento enjeksiyonu tek başına püskürtülmektedir. Bu sayede, sistemin aşındırma enerjisi ve verimi artmakta, kohezyonlu zeminlerde 150 cm, kohezyonsuz zeminlerde 300 cm çapa kadar kolon oluşturulabilmektedir

38 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ KARŞILA ILAŞTIRMA TABLOSU Zemin Cinsi Kolon Çapı JG Kolon Dayanımı Jet 1 Kum ve Çakıl Kil 60 cm 90 cm (up to 110 cm) 60 cm 90 cm kg/cm kg/cm 2 Jet 2 Kum ve Çakıl Kil Jet 3 Kum ve Çakıl Kil 90 cm 180 cm (up to 300 cm) 90 cm 150 cm 150 cm 240 cm 90 cm 180 cm kg/cm kg/cm kg/cm kg/cm 2

39 TİPİK K JG KOLONU DAYANIMLARI

40 JET GROUT SİSTEMLERS STEMLERİ İMALAT PARAMETRELERİ JET SİSTEMİ (JET-1, JET-2, JET-3) ENJEKSİYON BASINCI (bar) NOZUL SAYISI VE ÇAPI (adet, mm) TİJ DÖNME HIZI (rpm) TİJ ÇEKME HIZI (cm/dak) SU / ÇİMENTO ORANI POMPA KAPASİTESİ (lt/dak) SİSTEM ENJEKSİYON TİPİ BASINÇ NOZUL ADEDİ VE ÇAPI ÇEKME HIZI DÖNME HIZI SU/ÇİMENTO ORANI POMPA KAPASİTESİ JET 1 ÇİMENTO X JET 2 ÇİMENTO X HAVA JET 3 ÇİMENTO X HAVA SU

41 JET GROUT IN AVANTAJLARI Klasik enjeksiyon yöntemlerine göre daha hızlı ve ekonomiktir. Monitör ve püskürtme ağızlarının tasarımındaki esneklik sayesinde farklı geometride elemanlar imal edilebilir. Yatay, eğimli ve düşey duvarlar rahatlıkla yapılabilmektedir. Klasik enjeksiyona göre kontrolü daha kolaydır. Kimyasal açıdan zemine hiçbir zararı ve kirletici etkisi yoktur. Kullanılan ekipmanın boyutları sayesinde kapalı, dar ve sıkışık ortamlarda dahi çalışılabilmektedir. Bütün zemin cinslerinde kullanılabilmektedir. İmalata istenilen derinlikten başlanabilir ve istenilen derinlikte son verilebilir. Vibrasyonsuz bir yöntemdir.

42 JET GROUT IN DEZAVANTAJLARI Yöntem henüz gelişme aşamasındadır. Teknolojisinin yeni oluşu ve teorik bilgi eksikliği nedeniyle mühendislik tasarımında yararlanılacak kurallar henüz kesinleşmemiştir. Bu nedenle, benzer koşullarda yapılmış olan tecrübeler ile uygulama sırasında yapılan gözlemlere dayalı tasarım yapılmaktadır. Zemin içinde enjeksiyonun dağılımını ve oluşan geometriyi belirlemek zordur. Bu nedenle, dikkatli ve detaylı gözlem ve kontrol testleri yapmayı zorunlu kılmaktadır.

43 KALİTE KONTROL Jet grout kolonlarının performanslarını etkiliyen parametreler: Zemin/çimento karışımının kalitesi Yapılmış kolonun bütünlüğü ve boyu Kolonun çapı Kolonun geçirimsizliği Zemin/çimento karışımının mukavemeti Kolonun taşıma gücü Enjeksiyon malzemesi üzerinde yapılan deneyler : Su : ph derecesi, klor ve organik madde oranı Çimento : dane çapı dağılımı Karışım : birim hacim ağırlık, Marsh viskozitesi, priz süresi, basınç mukavemeti ve sızma

44 KALİTE KONTROL Kolon sürekliliğinin belirlenmesi için Integrity Test Kolon geometrisinin belirlenmesi için yerinde kazarak karot alma Jet grout kolonunun taşıma kapasitesinin belirlenmesi için Jet Grout Kolonu Eksenel Basınç ve Jet Grout Kolonu Eksenel Çekme deneyleri

45 JG KOLONU ÇAP KONTROLU C C P

46 JG KOLONDA BOY KONTROLU Pile Integrity Test

47 JG KOLONUNDAN NUMUNE ALINMASI

48 BİNA İÇİ UYGULAMASI SONRASI JG KOLONUNDAN NUMUNE ALINMASI

49 TEK EKSENLİ BASINÇ DENEYLERİ

50 JG KOLONU ÇEKME DENEYİ

51 JG KOLONLARINDA GRUP YÜKLEME DENEYİ Oturma (mm) Yük (kn)

52 UYGULAMA ALANLARI

53 UYGULAMA ALANLARI GEÇİRİMSİZLİK PERDELERİ

54 UYGULAMA ALANLARI TEMEL TAKVİYESİ

55 FOUR SEASONS OTELİ SIZDIRMAZLIK PERDESİ YAPILMASI

56 FOUR SEASONS OTELİ SIZDIRMAZLIK ve İKSA PERDESİ YAPILMASI

57

58 FOUR SEASONS OTELİ TEMEL TAKVİYESİ

59 SİLAHTARAĞA SANTRALI SANTRAL İSTANBUL PROJESİ

60 SANTRAL İSTANBUL PROJESİ BİNA İÇİ TEMEL TAKVİYESİ

61 KEDAŞ GENEL MÜDÜRLÜK BİNASI İZMİT BİNA İÇİNDEN TEMEL TAKVİYESİ

62 KEDAŞ GENEL MÜDÜRLÜK BİNASI İZMİT BİNA İÇİNDEN TEMEL TAKVİYESİ Bina içinde çalışabilen küçük JG delgi makinesi

63 TÜNEL MÜHENDİSLİĞİNDE

64 TÜNEL MÜHENDİSLİĞİNDE

65 ŞEV STABİLİTESİNDE

66 KAZI ÇUKURLARINDA

67 TEMEL ZEMİNİ İYİLEŞTİRMESİNDE

68 DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MİXİNG YÖNTEMİ

69 DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ Derin karıştırma, zeminin çimentolu maddelerle yerinde karıştırılmasıdır. Bu amaçla, ucunda palet bulunan içi boş bir burgu (auger) kullanılır. Derin karıştırma yönteminin amacı zeminin basınç mukavemetinin (kayma mukavemeti) arttırılması, permeabilitesinin azaltılması veya zararlı maddelere karşı dayanıklılığının iyileştirilmesidir. Islak ve kuru yöntem olmak üzere iki yöntem söz konusudur.

70 DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ Çimento, uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kireç, çeşitli katkılar veya bunların kombinasyonları bağlayıcı madde olarak kullanılmaktadır. Kullanılan bağlayıcı, zemin cinsine bağlı olarak iyileştirilecek zemin hacminin %20-30 u kadar olmalıdır. İçi boş auger borusu istenilen derinliğe indirildikten sonra boru içinden bağlayıcı madde pompalanarak boru ucundaki paletler yardımı ile zemin ile karıştırılır. Karıştırma enerjisi (geri çekme ve dönme hızı) ve çimento oranı ayarlanarak iyileştirilen zeminin özellikleri belirlenir.

71 DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ Uygulama Alanları Kazı çukurlarının desteklenmesi Geçirimsizlik perdeleri Rıhtım yapıları Tünel zeminin desteklenmesi Temel takviyesi Sıvılaşmanın önlenmesi Su altındaki veya ıslak gevşek kumlar, yumuşak killer Uygulama derinliği ~30m İyileştirilmiş zeminde qu= 70 kpa 3.5MPa

72 DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MIXING YÖNTEMİ Kalite Kontrolu İmalat öncesi karıştırma metodunu, kullanılacak enerjiyi ve bağlayıcı maddeyi belirlemek üzere laboratuar deneyleri Uygulama şartnamesinde yer alacak hususlar: kolon çapı, kolon derinliği, kolonun başlama ve bitirilme zamanı, santralda bağlayıcının karıştırma süresi, bağlayıcı karışımın özellikleri, enjeksiyon basıncı, bir kolona basılacak toplam enjeksiyon miktarı, augerınzemine girişte ve çıkışta dönme hızı (rpm) Arazi Deneyleri

73 DERİN KARIŞTIRMA- DEEP MİXİNG YÖNTEMİ

74 DERİN KARIŞTIRMA YÖNTEMİ KOLON ÖRNEKLERİ

75 DERİN KARIŞTIRMA YÖNTEMİ KOLON ÖRNEKLERİ

76 TEŞEKK EKKÜRLER!