ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Gülsen TUMLUER ÇİMENTO KATKILI KUMLU ZEMİNLERİN MUKAVEMETİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇİMENTO KATKILI KUMLU ZEMİNLERİN MUKAVEMETİ Gülsen TUMLUER YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez / / 2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza:... İmza:... İmza:... Prof. Dr. Mustafa LAMAN Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY Prof. Dr. Hasan ÇETİN DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇİMENTO KATKILI KUMLU ZEMİNLERİN MUKAVEMETİ Gülsen TUMLUER ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Prof. Dr. Mustafa LAMAN Yıl : 2006, Sayfa : 161 Jüri : Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY : Prof. Dr. Hasan ÇETİN Bu çalışmada, çeşitli zemin ıslah yöntemleri teorik ve deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca, katkı malzemeleri ile stabilizasyon üzerine deneysel araştırmalar yapılmıştır. Kum zeminlerin geoteknik özelliklerinin belli oranlarda kompoze çimento ve demir artığı olan cüruf katkıları ile değişimi araştırılmıştır. Problemli zeminlerin ıslah edilerek kullanımı özellikle büyük şehirlerde ve sınırlı arazilerde maliyet açısından önem kazanmaktadır. Ayrıca cüruf gibi atık malzemelerin geri dönüşümlü olarak kullanılması çevre ve ekonomi bakımından büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada üniform kum, cüruf, kompoze portland çimentosu kullanılmış ve kompaksiyon, serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Sonuçta; kum zeminlerin çimento kullanılarak ıslah edilebildiği gibi çimento ile aynı oranda cüruf kullanımı ile de mukavemet artışında sadece çimento kullanılarak elde edilen mukavemete yakın sonuçlar elde edileceği bulunmuştur. Ayrıca kürün de mukavemet üzerinde önemli etkisi olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Cüruf, Çimento, Kum, Serbest Basınç Deneyi, Kompaksiyon. I

4 ABSTRACT MSc THESIS SHEAR STRENGTH OF SAND-MIXED WITH CEMENT Gülsen TUMLUER DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Prof. Dr. Mustafa LAMAN Year : 2006, Page : 161 Jury : Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY : Prof. Dr. Hasan ÇETİN In this study, various soil improvement techniques were investigated theoreticaly and experimantaly. In addition, experimental studies were performed on additional materials for stabilization. The effects of the composite portland cement and slag, used in specific proportions, on the geothecnical properties of sandy soils have been investigated. The improvement of the weak soil deposits has a major importance in the metropolis and limited areas because of the economic and environmental aspects. In the present study uniform sand soil, slag and composite portland cement were used and compaction test, unconfined compression tests were carried out. The consequence of this study following results have been obtained. The sandy soils can be stabilized using the cement. Also similar improvement can be achieved using the mix consisting of cement and slag in the same proportions. The cure is a very important factor affecting the strength of the stabilized soil. Key Words: Slag, Cement, Sand, Unconfined Compression Test, Compaction. II

5 TEŞEKKÜR Öncelikle, yüksek lisans tez konusunun belirlenmesinde ve bu çalışmayı hazırlamam sırasında bana yardımcı olan, her türlü soruma cevap veren değerli danışman hocam Prof. Dr. Mustafa LAMAN a, deneysel çalışmalarım sırasında bana verdiği destek ve katkıdan dolayı değerli hocam Arş. Gör. Ahmet DEMİR e ve tüm bölüm hocalarıma teşekkürlerimi arz ederim. Ayrıca, her zaman yanımda olan ve benden desteklerini esirgemeyen aileme de teşekkür ederim. III

6 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZ I ABSTRACT II TEŞEKKÜR III İÇİNDEKİLER IV ÇİZELGELER DİZİNİ VII ŞEKİLLER DİZİNİ IX SİMGELER VE KISALTMALAR XI 1 GİRİŞ 1 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Mekanik Stabilizasyon Tesviye Zemin Değiştirme Suyun Uzaklaştırılması Kompaksiyon (Sıkıştırma) Arazi Sıkışma Kontrolü Kompaksiyon Makineleri Kompaksiyonda Dikkat Edilecek Hususlar Saha Güçlendirmesi Özel Kompaksiyon Teknikleri Dinamik Kompaksiyon Vibroflatasyon Vibrokompaksiyon Patlatmayla Sıkıştırma Enjeksiyon Termal Yer Altı Suyu Kontrolü (Drenaj) Geosentetikler ve Donatılı Zemin Ankrajlar Diyafram Duvarlar 40 IV

7 2.12 Katkı Maddeleri Uygulaması Stabilizör Seçimi Kireçle Stabilizasyon Çimento İle Stabilizasyon Bitümlü Stabilizasyon Kireç- Baca Külü Stabilizasyonu Cüruf Katkısı Uçucu Kül Katkısı Eski Kamyon Lastiği Katkısı Uçucu Kül ve Çimento Katkısı Kireç ve Çimento Katkısı Değirmen Artığı Malzeme Katkısı Reçine İle Stabilizasyon Cüruf, Bentonit, Kireç Katkısı Cüruf, Uçucu Kül ve Portland Çimentosu Katkısı Çimento, Uçucu Kül ve EER Bentonit, Kireç ve Çimento Asfalt, Kireç ve Çimento Bentonit, Kil, Uçucu Kül ve Silis Dumanı Atık Çamur Katkısı Granüler Kauçuk Katkısı Uçucu Pirinç Kabuğu ve Kireç Uçucu Pirinç Kabuğu ve Çimento Sodyum Silikat Kloritler Fosforik Asit Diğer Kimyasal Katkılar Kontrol 90 3 MATERYAL VE METOD Zemin Özellikleri 91 V

8 3.2 Yüksek Fırın Cürufu Özellikleri Çimento Özellikleri Standart Proktor Deneyi Deneyin Teorisi Kullanılan Aletler Deneyin Yapılışı Numunelerin Hazırlanması ve Bakımı Serbest Basınç Deneyi Deneyin Teorisi Kullanılan Aletler Deneyin Yapılışı BULGULAR VE TARTIŞMA Birinci Grup Deneyler İkinci Grup Deneyler Üçüncü Grup Deneyler SONUÇLAR VE ÖNERİLER 123 KAYNAKLAR 125 ÖZGEÇMİŞ 130 EKLER 131 VI

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 Sabilizasyon Metodları 9 Çizelge 2.2 Zemin Cinsine Göre Stabilizasyon Metodu 9 Çizelge 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Teknikleri 12 Çizelge 2.4 Çeşitli Zemin Tipleri İçin n Katsayısı 24 Çizelge 2.5 Stabilizör Seçimi İçin Rehber 43 Çizelge 2.6 Kireç ve Çimento Stabilizasyonunda Durabilite Kriterleri 46 Çizelge 2.7 Zemin Cinslerine Göre Yaklaşık Kireç Miktarı 47 Çizelge 2.8 Zemin Tipleri İçin Tahmini Çimento Miktarı 58 Çizelge 2.9 Değişik Zemin Sınıflarına Göre Çimento İhtiyacı 58 Çizelge 2.10 Çimento Stabilizasyonunun Sıkıştırılmış Zemine Etkisi 63 Çizelge 2.11 Bitümle Stabilize Edilecek Zeminlerde Tavsiye Edilen Gradasyon Limitleri 66 Çizelge 2.12 Bitümle Stabilizasyonda Kullanılacak Asfalt Tipi 67 Çizelge 3.1 Kum Zeminin Elek Analizi Sonuçları 92 Çizelge 3.2 Yüksek Fırın Cürufu ve Çimento Kimyasal Kompozisyonu (%) 92 Çizelge 4.1 Şekil 4.4 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 106 Çizelge 4.2 Şekil 4.5 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 107 Çizelge 4.3 Birinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri 108 Çizelge 4.4 Birinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 108 Çizelge 4.5 Şekil 4.6 ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 110 Çizelge 4.6 Şekil 4.10 a Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 113 Çizelge 4.7 İkinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri 114 Çizelge 4.8 İkinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 114 Çizelge 4.9 Şekil 4.11 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 115 Çizelge 4.10 Şekil 4.12 ye Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 116 Çizelge 4.11 Şekil 4.13 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 117 Çizelge 4.12 Şekil 4.14 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 118 Çizelge 4.13 Şekil 4.15 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 118 Çizelge 4.14 Şekil 4.16 ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 119 VII

10 Çizelge 4.15 Üçüncü Grup Deneyler İçin Su Muhtevası Değerleri 121 Çizelge 4.16 Üçüncü Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 122 VIII

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Zemin Islah Yöntemlerinin Sınıflandırılması 5 Şekil 2.2 İyileştirme Yöntemlerinin Dane Boyutuna Göre Uygulanabilirliği 8 Şekil 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Metodları İçin Gradasyon ve Plastik Özelliklerine Göre Zemin Sınıflandırması 10 Şekil 2.4 Zeminlerin Yerinde Yoğunluğunu Ölçmek İçin Kullanılan Yöntemler 18 Şekil 2.5 Proktor İğnesi ve Kalibrasyon Eğrisi 19 Şekil 2.6 Test Sahası 20 Şekil 2.7 Dolgularda Serim ve Sıkıştırma 21 Şekil 2.8 Dinamik Kompaksiyon 23 Şekil 2.9 Dinamik Kompaksiyon İçin Zemin Sınıfları 25 Şekil 2.10 Vibroflatasyon ile Gevşek Granüler Zeminlerin Kompaksiyonu 26 Şekil 2.11 Gradasyonun Vibroflatasyon Üzerindeki Etkisi 27 Şekil 2.12 Vibro-Kanat Yöntemi ile Vibrokompaksiyon 29 Şekil 2.13 Vibrokompaksiyon Tekniğinde Kullanılan Aparatlar 30 Şekil 2.14 Vibrokompaksiyon İçin Zemin Gradasyon Limitleri 30 Şekil 2.15 Zemin Gradasyon Üçgeni 44 Şekil 2.16 Kireç İçeriğinin Çeşitli Zeminlerdeki Etkisi 48 Şekil 2.17 Aynı Kireç İçeriğindeki Farklı Zemin Cinslerinin Zamana Bağlı Mukavemet Artışı 49 Şekil 2.18 Kireç Miktarının PI Değerini Azaltma Etkisi 51 Şekil 2.19 Kireç Katkısının Kil Dayanımını Arttırması 53 Şekil 2.20 Çimento Stabilizasyon Mukavemeti İle Çimento İçeriği İlişkisi 59 Şekil 2.21 Çimento Katkı Yüzdesinin Hesaplanması 61 Şekil 2.22 Serbest Basınç Deneyinden Sonra Numunelerin Görünüşü 64 Şekil 2.23 Bitüm Yüzdesinin Tahmini 69 Şekil 3.1 Kompaksion Eğrisi 94 Şekil 3.2 Numunelerin Hazırlanma Aşamaları 98 Şekil 3.3 Serbest Basınç Deneyinde Kırılma ve Gerilme Deformasyon 99 Şekil 3.4 Drenajsız Kayma Mukavemeti Zarfı ve Mohr Dairesi 100 IX

12 Şekil 3.5 Serbest Basınç Deneyinin Yapılışı ve Kırılmış Numuneler 102 Şekil 4.1 Çalışmada Kullanılan Kum Zeminin Proktor Deneyi Sonucunda Elde Edilen Grafik 103 Şekil 4.2 %4 Çimento Katkısında Gerilme Deformasyon İlişkisi 104 Şekil 4.3 Çimento Miktarı Artışının 7 Günlük Numunelerde Mukavemet Üzerindeki Etkisi 105 Şekil 4.4 Aynı Gün İçerisinde Yapılan Aynı Yüzdede Çimento İçeren Numune Üzerinde Yapılan Deneyler 106 Şekil 4.5 Aynı Yüzdede Hazırlanan Numunelerin Zamanla Gerilme Artışı 107 Şekil 4.6 Birinci ve İkinci Grup Deneylerin Karşılaştırılması (Kür Faktörü) 109 Şekil Gün Sonunda Aynı Miktar Çimento ve Çimentolu Cüruf İlavesinin Karşılaştırılması 110 Şekil 4.8 Sadece %7 Çimento İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri 111 Şekil 4.9 %3,5Çimento %3,5 Cüruf İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri 111 Şekil 4.10 %7 Katkı Malzemesi İle Elde Edilen Grafik 113 Şekil 4.11 Farklı Oranlarda Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri 115 Şekil 4.12 Cüruflu Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri 116 Şekil 4.13 İlk 7 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme Değerleri 117 Şekil 4.14 Toplam 56 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme Değerleri 117 Şekil 4.15 Sadece Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı 118 Şekil 4.16 Cüruflu Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı 119 Şekil 4.17 Deneyin Tutarlılığı İçin %5 Çimento Katkısı İçin Hazırlanan Grafik 120 X

13 SİMGELER VE KISALTMALAR A : Zemin için değişmez katsayı A 0 : Başlangıçtaki en kesit alanı A d : En kesit alanı a : 2mm elek üzerinde kalan b : Zemin için değişmez katsayı b/c : Bitüm içeriği, kuru zemin ağırlığının yüzdesi olarak C : Çimento içeriği c : Kohezyon c u : Kırılma anındaki kohezyon c/c : Çimento içeriği, ağırlıkça yüzde CPT : Koni penetrasyon deneyi D : Islah derinliği Dr : Sıkılık d : Çap H : Boy değişimi E : Elastisite modülü ε : Deformasyon e : Boşluk oranı φ : Kayma mukavemeti açısı γ k : Kuru birim hacim ağırlık γ n : Doğal birim hacim ağırlık γ s : Dane birim hacim ağırlık h : Derinlik H : Tokmak düşüş yüksekliği h c : Kompaksiyon derinliği H 0 : Başlangıçtaki yükseklik H f : Kırılma anındaki boy k : Ampirik katsayı LL : Likit limit XI

14 N : Her bir noktaya düşürülen tokmak sayısı n : Ampirik katsayı OH : Ortadan yükseğe plastisiteli organik killer P : Basınç p : Porozite PI : Plastisite indeksi PT : Turba q u : Kayma direnci R : Etki yarıçapı S N : Uygunluk şartı SPT : Standart penetrasyon deneyi σ t0 : t 0 gündeki serbest basınç dayanımı σ 28 : 28 günlük serbest basınç mukavemeti σ t : t gündeki serbest basınç dayanımı t : Zaman τ 28 : 28 günlük kayma mukavemeti τ f : Kayma mukavemeti UE : Uygulama enerjisi V : Hacim υ : Poison oranı w : Su Muhtevası w opt : Optimum su muhtevası W : Tokmak ağırlığı XII

15 1 GİRİŞ Gülsen TUMLUER 1 GİRİŞ Zeminlerin gerek üzerlerine inşa olunan yapıların temelleri altında taşıyıcı tabaka olarak, gerekse birçok durumlarda inşaat malzemesi olarak, bütün inşaat projelerinde karşımıza çıktığı bilinmektedir. Değişik zeminler birbirinden farklı özelliklere sahiptir ve zeminin mühendislik özellikleri de zeminin cinsi yanında arazi koşullarına bağlı olarak (sıkılık derecesi, su muhtevası, konsolidasyon basıncı, yükleme ve drenaj koşulları gibi) geniş bir aralık içinde değişebilmektedir. Buna bağlı olarak, inşaat sahasında karşılaşılan zeminler her zaman istenilen özelliklere sahip olmayabilirler. İnşaat yerinin değiştirilmesi veya istenilen özelliklere sahip olmayan zeminlerin atılarak yerine elverişli zeminlerin kullanılması ise, teknolojik ve ekonomik nedenlerle çoğu kere uygun çözümler olarak kabul edilmemektedir. Bu gibi durumlarda, arazideki zemin tabakalarının özelliklerinin iyileştirilmeye çalışılması ve/veya usulüne uygun olarak yerleştirilmiş ve sıkıştırılmış toprak dolgular inşası yoluna başvurulmaktadır. Zeminler üzerlerine inşa edilen yapıların ve yol kaplamalarının stabilitesi üzerine oturduğu zeminin ve/veya dolguda kullanılan zeminin özelliklerinden önemli ölçüde etkilenir. Zira zeminler kaplamaların temeli olduğundan dolayı kaplamanın ve trafik yüklerinin yarattığı gerilmelere emniyetle karşı koyabilmelidir. Çevre ve iklim koşullarından ötürü zemin özelliklerinin (örneğin kabarma-büzülme, don kabarması, oturma, su içeriğinde değişiklikler, vb.) değişmesi, taşıma gücünde azalmalar, ilave gerilmeler, vb. hususların oluşmaması veya oluşursa da kaplamada olumsuz etkiler yaratmaması gerekir. Yol kaplamalarının performansı, ömrü ve bakım masrafları, vb. hususlar kaplamanın tasarımı, kullanılan malzemeler, yapım tekniği gibi hususlara bağlı olduğu kadar, zeminin stabilitesiyle de doğrudan ilgilidir. İnşa edilen yapılar ve yol kaplamaları için uygun olmayan zeminler ıslah edilerek yeterince stabil bir hale dönüştürülmelidir. Zeminin bir takım olumsuz özelliklerinin uygun bir stabilizasyon tekniği ile iyileştirilmesi mümkündür. Zemin ıslahı yöntemlerinin başlıca amaçları; 1

16 1 GİRİŞ Gülsen TUMLUER Zayıf bir zeminin taşıma kapasitesini arttırmak, Toplam oturmayı azaltmak ve deformasyonu azaltmak Konsolidasyonu hızlandırmak, Geçirimliliği azaltmak, Dolgu ve yarmaların stabilitesini arttırmak, Zemini iksa duvarı gibi çalıştırmak, İksa duvarlarını desteklemek ve yapıların yukarı kalkmasını önlemek, Zeminin sıvılaşma potansiyelini azaltmak, Yoğunluk artışını sağlamak, Kayma mukavemetini arttırmak, Yeraltı suyunun drene edilmesini kolaylaştırmak ve boşluk suyu basıncını azaltmak, Şişme/kabarma ve don kabarmasının etkilerini azaltmaktır. Zemin, toprak ve kaya olmak üzere iki farklı malzemedir. Genel olarak kaya zeminler, hafriyat güçlükleri ve kompaksiyon hariç, problem doğurmaz iken toprak zeminlerin potansiyel problemleri nedeniyle ıslah edilmeleri gerekebilir veya gerekebileceği hep göz önünde tutulmalıdır. Bir yolda taşıtların konforlu ve emniyetli olarak hareket etmelerini sağlayan kaplamalar, (veya yol üst yapısı) ne kadar iyi tasarlanırsa ve inşa edilirse edilsin, üzerine oturduğu dolgu ve yarma zeminlerin uygun olmaması halinde kaplamadan beklenen hizmetin gerek ömür, gerekse performans olarak yeterli olamayacağı geçmiş tecrübelerden bilinmektedir. Bu nedenle, zemini gerektiğinde uygun bir şekilde ıslah etmek gerekmektedir. Bunun için de zemin mekaniği prensiplerinden yararlanılarak, yapılarda kullanılacak zeminin potansiyel problemlerini ve ıslah tekniklerini iyi bilmek gereklidir. Zeminlerin kullanımı, iki ana grup altında toplanabilir. Bunlardan birincisi zeminin üst yapıdan gelen yükleri taşıyan bir temel olarak kullanılması, ikincisi ise, zeminin ahşap, çelik ya da beton gibi bir yapı malzemesi olarak kullanılmasıdır. Ancak, bazen zeminlerin kullanım amacına uygun özelliklerde olmadığı, örneğin taşıma gücünün yetersiz olması, oturma koşulunu sağlamaması, yeterli geçirimliliğe 2

17 1 GİRİŞ Gülsen TUMLUER ya da geçirimsizliğe sahip olmaması gibi problemlerle karşılaşılabilmektedir. Böyle durumlarla karşılaşıldığı zaman, problemin çözümünde kullanılabilecek, bazı seçenekler bulunmaktadır. Bu seçenekler aşağıda sıralanmaktadır. 1. Kötü zemini bir yöntemle geçerek temelleri sağlam tabakaya oturtmak, 2. Yapı temellerini zayıf zeminin taşıyabileceği özelliklerde yapmak, 3. Kötü malzemeyi tamamen kaldırarak yerine üstün nitelikli zemin doldurmak ya da zemini ıslah ettikten sonra tekrar yerleştirmek, 4. Zeminin özelliklerini yerinde yapılan işlemlerle iyileştirmek. Stabilizasyon gerçek anlamda yirminci yüzyılın bir mühendislik olayıdır. Özellikle son yıllarda yeni yöntemler önerilmiş ve uygulanmıştır. Bunun nedenlerini sağlam zemin bölgelerinin giderek azalması ve yetersiz temel ortamının kullanılma zorunluluğu; yapıların giderek artan boyutlarının getirdiği büyük gerilme limitleri olarak sıralamak mümkündür. Öte yandan, bir ülkede stabilizasyon teknolojisinin gelişmesi de endüstrinin gelişimine paralel olmaktadır. Bu çalışmada; çeşitli zemin ıslah yöntemleri araştırılmış ve katkı malzemeleri ile stabilizasyon üzerine deneysel çalışmalar yapılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar, kum zeminlerin çimento ve cüruf kullanılarak ıslah edilmesi üzerinedir. 3

18 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Bu bölümde daha önce kullanılan zemin ıslah yöntemleri ve bu yöntemlerle ilgili teorik ve deneysel çalışmalar anlatılmıştır. Olumsuz zemin koşullarının iyileştirilmesinde mekanik, hidrolik, fiziksel ve kimyasal iyileştirme ile başlıca dört tür iyileştirme yapılabilir. Bu yöntemlerin uygulanması ile kayma dayanımını artırmak ve önemli yükler altında zemin davranışını iyileştirmek, oturmayı azaltmak, zeminden su sızıntısı kayıplarını azaltmak imkânı oluşur (Yıldırım, 2002). Mekanik iyileştirme kısa süreli mekanik kuvvetlerin etkisi ile zemin yoğunluğunun artırılmasını amaçlamaktadır. Örneğin yüzeydeki zemin tabakalarının statik, titreşimli veya darbeli silindir ya da titreşimli tabakalarla sıkıştırılması, zeminlerin derinde titreşimle sıkıştırılması mekanik iyileştirme yöntemlerini oluşturmaktadır. Patlatma ile sıkıştırma, sıkıştırma kazıkları ile zeminin sıkıştırılması bu grup içerisinde sayılabilir. Hidrolik iyileştirme drenler veya kuyular yardımı ile boşluk suyu basıncının düşürülerek kayma dayanımını arttırmayı hedefleyen iyileştirme yöntemleridir. Kaba daneli zeminlerde kuyu veya hendeklerden pompalama ile yeraltı su seviyesinin indirilmesi, ince daneli zeminlerde düşey drenlerin yardımı ile de ön yükleme yapılması, elektriksel yüklerle boşluk suyunun uzaklaştırılması türünden iyileştirmeler bu grup altında toplanabilir. Geosentetiklerin geleneksel tekniklere katkısı bu alanda büyük olmuştur. Diyafram duvarlar, palplanş duvarlar ve geomembranlar, keson ve tünelde basınçlı hava kullanarak zemin suyunun uzaklaştırılması teknikleri bu grup içerisinde sayılabilir. Fiziksel ve kimyasal iyileştirme yüzeysel zemin tabakalarında katkıların fiziksel olarak karışımı, katkıların derinlerde kolonlar teşkil edecek şekilde karıştırmak yolu ile yapılabilir. Doğal zeminler, endüstriyel atık ürünleri veya atıklar, birbiriyle veya zeminle reaksiyona giren çimento ve kimyasal katkı maddesini oluşturur. Katkı zemin boşluklarına veya yapı elemanı ile zemin arasındaki boşluğa basınçla verilirse bu uygulama enjeksiyon adını almaktadır. Isıtma ve dondurma yolu 4

19 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER ile yapılan iyileştirmeler (ısısal yöntemler) ile son yıllarda yurdumuzda geniş uygulama alanı bulan jet grout kolonu uygulaması bu grup içerisinde sayılabilir. Ekleme ve sınırlama ile iyileştirmede fiberler, şeritler, donatılar ve hasırların zemine yerleştirilmesi ile zemin kütlesi dayanımı arttırılmaktadır. Benzer şekilde zemin çivileri ve ankraj yerleştirilecek zeminin donatılandırılması ekleme ile yapılan iyileştirme anlamındadır. Beton, çelik veya diğer üretilmiş elemanlarla zemini sınırlandırarak duraylı zemin yapıları elde etmek olanağı vardır. Yaşayan (kafes) duvarlar, gabion elemanlar, geotekstili bohçalama duvarları, taşkolon ve geokolon teşkili bu grup içerisinde sayılabilir. Zemin iyileştirme yöntemi seçiminde istenilen iyileştirmenin nedeni ve hangi dereceye kadar yapılmak istenmesinin yanı sıra jeolojik yapı, zemin türü, sızıntı koşulları, maliyet, malzeme ve uygulama araçlarının elde edilebilirliği, süre, çevre yapılarında olası hasar, yer altı suyu kaynaklarında olası kirlilik, iyileştirmede kullanılan malzeme dayanıklılığı, paslanma etkisi, iyileştirme yönteminin güvenirliği, iyileştirmenin denetimi gibi etkenler önemli rol oynamaktadır. Söz konusu iyileştirme yöntemleri aşağıdaki gibi sınıflandırabilir. İyileştirme Yöntemleri Mekanik Hidrolik Fiziksel ve Kimyasal Ekleme ve Sınırlama Titreşimli Sıkıştırma Ön Yükleme Enjeksiyon Şerit Darbeli Silindir Geosentetik Isıtma-Dondurma Donatı Titreşimli Tabla Diyafram Duvar Jet Grout Hasır Derinde Titreşim Palplanş Duvar Çimento vb. Katkı M. Zemin Çivisi Statik Sıkıştırma Geomembran Ankraj Sıkıştırma Kazıkları Basınçlı Hava Kafes Duvar Patlatma Pompalama Gabion Eleman Bohçalama Duvarı Taşkolon Geokolon Fiber Şekil 2.1 Zemin Islah Yöntemlerinin Sınıflandırılması (Yıldırım, 2002) 5

20 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Zemin ıslak olmak koşulu ile iyileştirme yöntemlerinden yalnızca dondurma yöntemi, tüm zemin cinsleri için uygun olup diğer tüm yöntemler zeminin kohezyonlu olup olmadığına, suya doygun olup olmadığına, normal ya da aşırı konsolide olduğuna, zeminin özel bir yapısı (örneğin organik veya atık) bulunup bulunmadığına göre bir yöntem uygun olabilirken diğeri uygun olmayabilir. Özellikle uğraşılan sorunun türünün (temel taşıma gücü, yanal dayanımı, dayanma yapısı teşkili, yumuşak ve gevşek zemin üzeri dolgu, sızıntı vs.) bir yöntemin uygunluğunda çok önemli bir etken olduğu bilinmektedir (Yıldırım, 2002). Yani, her stabilizasyon yöntemi özel koşullarda geçerlidir. Bu koşullar şöyle özetlenebilir (Önalp, 1983). 1. Ortamın türü: kil, organik, tortul vb. 2. Islah edilecek bölgenin alanı ve hacmi: ortamın geometrik özellikleri ve yapı türüne bağlı 3. Yapının türü ve yüklerin dağılımı 4. Zeminin özellikleri: kayma direnci, sıkışabilirlik, geçirimlik. 5. İzin verilebilir toplam ve farklı oturmalar 6. Malzeme durumu: taş, kum, su, katkı maddeleri 7. Teknisyen, vasıflı işçi, özel aletlerin varlığı 8. Çevre koşulları: atıkların kullanımı, erozyon, su kirlenme kısıtlamaları 9. Yerel deneyim ve birikimi 10. Ekonomik veriler (Mitchell, 1976). Stabilizasyon teknikleri ile zeminin hacimsel stabilitesi, mukavemeti, permeabilitesi (geçirgenlik), sıkışabilirliği, dayanıklılığı (durabilite) iyileştirilebilir. Zeminin su içeriğindeki değişimleri şişme ve büzülme gibi hacimsel değişiklere neden oluyorsa hacim değiştirmenin miktarına bağlı olarak az veya çok problem var demektir. Bu problemin giderilmesi için yapılan stabilizasyon yöntemleri genellikle alternatif bir uygulamadır. Drenaj, ilave yük, seçme malzeme ile geçirimli tabaka inşası, vb. tedbirler ile hacimsel değişim önlenmeye çalışılmalıdır. Ama bu tekniklerin her biri birer zemin stabilizasyon yöntemi olarak sayılabilir. Örneğin kimyasal katkılar ile şişme potansiyeli yüksek bir killi zemini 6

21 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER daha yoğun ve suya duyarlığı daha az hale dönüştürmek veya zemini yüzeyden belli bir yükseklikte kazıp attıktan sonra yerine dren kabiliyeti yüksek bir seçme malzemesi ile doldurup yaratılan ilave yük ile şişme basınçlarını azaltmak da birer stabilizasyon tekniğidir. Zeminin mukavemeti genel olarak kompaksiyon ile arttırılır. Ancak önyükleme (sürşarj), drenaj, diğer bir zeminle karıştırmak, kimyasal stabilizasyon (çimento, kireç, uçucu kül, bitüm veya kimyasal katkılar) yöntemleri ile zemin mukavemetinin iyileştirilmesi de mümkündür. Zemin mukavemeti ile ilgili sorunlara genellikle yüksek oranda organik madde içeren zeminlerde karşılaşılmaktadır. Zeminin permeabilite özelliğinin değiştirilmesinde en etkin metot kompaksiyon olmakla beraber kireç, jips, uçucu kül, puzolan, vb. maddelerin katkısı ile zemin danelerini birbirine sıkıca bağlayarak çimentolaşması sağlanabilir. Böylece az veya çok permeabilite özelliklerinde iyileşme sağlanabilir. Bitüm ise granüler zemin danelerinde bağlayıcılık görevi yapmakla beraber geçirimsizliği de sağlamaktadır. Ancak bu amaçla kullanılacak stabilizörler zeminin cinsine bağlı olarak seçilmelidir. Zeminin diğer özelliklerinde olduğu gibi kompaksiyon, sıkışabilirlik özelliğinin iyileştirilmesinde kullanılan etkin bir metottur. Kompaksiyon ile zeminin sıkışabilirliğinde önemli azalmalar yaratılır. Ancak sıkışabilirlik özelliğinin iyileştirilmesinde kompaksiyon tek başına yeterli değildir. Örneğin aşırı konsolide olabilen zeminlerde konsolidasyon teknikleri uygulanmalıdır. Zeminlerin durabilite özelliği yukarıdaki özelliklerden herhangi birinin olumsuz yönde değişimine karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır. Çünkü zeminin belli bir yüksekliğinde (genellikle cm lik kısım) durabilite problemlerine maruzdur. Bu nedenle stabilizasyon işlemleri genellikle bu katmanda yapılır (Tunç, 2002). Zeminlerin problem yaratan özellikleri tam olarak belirlendikten sonra hangi tip stabilizasyon metodunun uygulanmasına karar verilir. Bunun için eskiden beri başarıyla uygulanmış olan klasik zemin stabilizasyon metotları ile son yıllarda gelişmekte olan yeni zemin stabilizasyon metotları göz önünde tutularak karar verilmelidir. Diyagramda (Şek 2.2) iyileştirme yöntemlerinin bazılarının dane 7

22 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER boyutuna göre hangi türlerde daha başarılı olabileceği gösterilmiştir. Görüldüğü gibi ayrımda hakim kriter zeminin inceliğidir. Çakıl ve kumlar için geçerli bir tekniğin çoğu ince daneli zeminlerde verimsiz kaldığı görülmektedir. Bunun en önemli nedeni yüzeysel kuvvetlerin hakim olduğu killerde geçirimliliğin de düşüklüğü sonucu suyun farklı durumu olarak gösterilebilir (Tunç, ; Önalp,1983). Şekil 2.2 İyileştirme Yöntemlerinin Dane Boyutuna Göre Uygulanabilirliği (Yıldırım, 2002; Önalp, 1983) Çizelge 2.1 de görüldüğü gibi, değişik amaçlar için zemin cinsine bağlı olarak değişik stabilizasyon metodları uygulanmaktadır. Zeminin olumsuz özellikleri belirlendikten sonra uygun stabilizasyon metoduna karar verilir. Zemin stabilizasyonları ile zeminin olumsuz özellikleri ıslah edildiği gibi kaplama kalınlıklarında önemli azalmalar söz konusudur. Esasen esnek kaplamalarda kullanılan çimento stabilizasyonu temeller veya bitümlü temeller granüler temel malzemesinin çimento veya bitümle stabilizasyonundan başka bir şey değildir. 8

23 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.1 Sabilizasyon Metodları (Tunç, ) AMAÇ ZEMİN CİNSİ STABİLİZASYON METODU Yük taşıma ve deformasyon direncini arttırmak İnce granüler Asfalt, çimento, mekanik karıştırma, kompaksiyon Kaba granüler Asfalt, çimento, mekanik karıştırma, kompaksiyon Düşük PI killer Kompaksiyon, çimento, kireç Yüksek PI killer Kireç Don duyarlılığını azaltmak İnce granüler Çimento, asfalt, uçucu kül Düşük PI killer Çimento, kireç Su geçirimsizliği Düşük PI killer Çimento, asfalt, kireç Kabarma-büzülme kontrolu (hacim Düşük PI killer Çimento, kompaksiyon, stabilitesi) Yüksek PI killer kireç Kireç Esnekliği azaltmak Yüksek PI killer Kireç Elastik kil veya Çimento siltler Çizelge 2.2 Zemin Cinsine Göre Stabilizasyon Metodu (Tunç, ) Zemin bileşiği Tavsiye edilen Amaç stabilizasyon Organik madde Mekanik stabilizasyon Diğer metodlar etkisizdir. Kum Mekanik stabilizasyon Silt Killer; Alofenler Kaolin İllit Montmorillenit Çimento Asfalt Mekanik veya kimyasal stabilizasyon Kireç veya kireç-uçucu kül karışımı Kum ile mekanik stab. Çimento Kireç Çimento Kireç Kireç İnce ve plastik olmayan malzeme karıştırılarak stabiliteyi arttırmak Mukavemeti arttırmak Kohezyon sağlamak Zemin özelliklerini iyileştirmek Mukavemeti arttırmak Stabiliteyi arttırmak Kısa süreli mukavemeti artırmak İşlenebilirlik ve uzun süreli mukavemeti arttırmak Kısa süreli mukavemet artışı İşlenebilirlik ve uzun süreli mukavemeti arttırmak İşlenebilirlik ve kısa süreli mukavemeti arttırmak 9

24 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Stabilize edilecek zeminlerin gradasyonları ile plastiklik özellikleri de stabilizasyon metodunun seçiminde büyük rol oynar. Şekil 2.3 te zeminin dane dağılımına göre stabilizasyon yönünden kaba sınıflandırılması görülmektedir. Şekil 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Metodları İçin Gradasyon ve Plastik Özelliklerine Göre Zemin Sınıflandırması (Tunç, 2002) Burada; Alan I: Yüksek plastisiteli ağır killi zeminler. Sönmemiş (CaO) veya sönmüş (Ca(OH) 2 ) kireçle stabilizasyon. Alan II: Orta derecede killi zeminler. Eğer LL<40 ve PI<15 ise çimento, PI<10 ise bitümlü ve Alan I sınırına yakın ise sönmüş kireç ile stabilizasyon. Alan III: İyi derecelenmiş kumlu kil zeminler. Çimento veya bitümle kolaylıkla stabilize edilebilir. Alan IV: İyi derecelenmiş kum-kil karışımı zeminler. Eğer PI=4 12 ise hafif trafikli yol yüzeyleri için kompaksiyon ile ve PI=0 6 ise alt temel için kompaksiyon ile stabilizasyon. Alan V: Granüler zeminler. Eğer PI=4 9 ise ağır trafikli yol yüzeyleri için ve PI=0 6 ise alt temel için kompaksiyon ile stabilizasyon. 10

25 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Alan VI: Granüler zeminler. Eğer minimum boyut No.4 ile No.40 arasında ise yüzey açık yani boşluklu olacağından trafik yükleri altında danelerin kopması söz konusudur. Alan VII: Kaba karışımlı granüler zemin olduğundan dolayı sıkıştırma ve yüzey düzelmesi çok zordur. Zeminlerin ıslahında farklı amaçlar için farklı stabilizasyon teknikleri kullanılmaktadır. Çizelge 2.3 te zemin ıslah metotlarının farklı amaçlar için kullanımı özetlenmiştir. Dolayısıyla zemin cinsi, mevcut ekipman, deneyim, zemin ıslah seviyesi, vb. hususlar göz önünde tutularak stabilizasyon yöntemi seçilmelidir. 11

26 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Teknikleri (Tunç, 2002) Amaç Taşıma gücü Ani oturma Stabilizasyon Tekniği Vibrokompaksiyon Taş kolon Dinamik kompaksiyon Patlatma Kireç/çimento kolonlar Enjeksiyon Kum/çakıl kompaksiyon kazığı Drenaj Kireç/çimento/bitüm stabilizasyonu Vibrokompaksiyon Dinamik kompaksiyon Patlatma Enjeksiyon Kireç/çimento kolon Kum/çakıl kolon Taş kolon Konsolidasyon Önyükleme Kum dren Enjeksiyon Taş kolon Kireç/çimento kolon Konsolidasyon Kum dren oturmasının hızlandırılması Şev stabilitesi Önyükleme Kum/çakıl kompaksiyon kazığı Payanda dolgusu Drenaj Enjeksiyon Zemin çivisi Taş kolon Kum/çakıl kolon 12

27 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER 2.1 Mekanik Stabilizasyon Mekanik stabilizasyon iki veya daha fazla farklı zeminin uygun oranlarda karıştırılarak istenilen şartları sağlayan bir zemin haline dönüştürülmesidir. Böylece yük altında kalıcı deformasyon yapmayan yani stabil bir zemin elde edilmiş olunur (Tunç, 2002). 2.2 Tesviye Konut inşaatı genellikle bakir arazide başladığından, inşaat işinde ilk adım genellikle sahanın tesviyesinin yapılmasıdır. Tesviye kazma, doldurma veya bunların birleşiminden oluşan herhangi bir işlem olarak tanımlanır. Saha tesviyesinin önemli bir bölümü çoğu zaman dolgunun kompaksiyonunu kapsar. Kompaksiyon, mekanik yöntemler ile bir dolgunun sıkıştırılması olarak tanımlanmaktadır. Zemini sıkı bir duruma getiren bu fiziksel işlem zeminin kayma direncini arttırırken, sıkışabilirliğini ve permeabilitesini azaltabilir. Deprem etkilerini azaltmada tesviye esnasında yapılan aktivitelerin bazı örnekleri aşağıda verilmiştir: Şev stabilizasyonu: Buna örnekler; şev eğiminin azaltılması veya bir dolgu destek veya kesme kaması inşa ederek şevin emniyet faktörünü arttırmaktır. Sıvılaşmaya yatkın zeminler: Sıvılaşmaya yatkın zeminlerin sığ ve yer altı su tablası da geçici olarak düşürülebilirse, tesviye işleri esnasında bu zeminler kaldırılarak yerine başka zemin konabilir. Diğer seçenek de, potansiyel olarak sıvılaşabilir zemini kaldırmak, yığmak ve gerekli ise kurumasını sağlamak daha sonra da yapısal dolgu olarak zemini yeniden sıkıştırmaktır. Deprem kökenli oturma: Yüzey yarığı ve kum kaynamaları gibi sıvılaşma kökenli yer hasarı için potansiyeli azaltmak amacıyla düz yüzeyli sahalarda kullanılan bir yaklaşım, sahaya bir dolgu tabakası ilave etmektir. Bu işlem, sahanın tesviyesi sırasında yapılabilir. Bu 13

28 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER yöntemin, yanal yayılma nedeniyle yapısal hasarı ve yüzey çatlağını önlenemeyeceği için, eğimli yerlerde nispeten az fayda sağlayacağı unutulmamalıdır. Hacimsel oturma ve sallanma oturması: Gevşek zeminler ve plastik akmaya veya deformasyon yumuşamasına duyarlı zemin tipleri tesviye işleri esnasında kaldırılabilir ve yerine başka zemin kullanılabilir. Diğer tercih; zemini kaldırmak, yığmak ve kurumasını sağlamak ve sonra da yapısal dolgu olarak zemini yeniden sıkıştırmaktır. Tesviye esnasında zemini kaldırmak ve tekrar sıkıştırmak yerine diğer bir yaklaşım olarak, yumuşak killer ve organik zeminler için çoğunlukla etkin bir iyileştirme yöntemi olan ön yüklemeyi kullanmaktır. Bu işlem, zeminlerin sıkışabilirliğini azaltan ve kayma direncini arttıran konsolidasyona yol açmak amacıyla, tesviye işleri esnasında zeminleri geçici olarak ilave yük ile yüklemeden ibarettir. Deprem nedenli taşıma gücü: Oturmadaki tercihlere benzer şekilde, tesviye işleri esnasında zayıf taşıyıcı zeminler sıyrılabilir ve değiştirilebilir veya ilave yük ile yüklenebilir. Drenaj ve kurutma sistemleri: Drenaj sistemleri tesviye işlemleri esnasında döşenebilir (Kayabalı, 2004). 2.3 Zemin Değiştirme Temel olarak iki tip zemin değiştirme yöntemi vardır. Birinci yöntem olarak sıkıştırma ve değiştirme daha yaygın kullanılmakta olup, tesviye işleri esnasında sıkışabilir zemin tabakasının sıyrılmasından ve yapısal dolgu ile değiştirilmesinden ibarettir. Arzu edilmeyen veya zayıf materyalin kazılması ve daha iyi zemin ile değiştirilmesi yoluyla herhangi bir zeminde, maliyetin belirleyici olduğu yerde sınırlı derinlik ve alan 10m nin altında olduğu durumlarda uygulanır. İkinci yöntem ise, yerdeğiştirme yöntemi olup sadece sıkışabilir zemin tabakasının altında olduğu durumda veya yeraltı su tablası ekonomik olarak düşürülebilir olduğu zaman 14

29 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER kullanışlıdır. Çok yumuşak zeminlerde çamur dalgalarından ve dolgu altında kaplanmış sıkışabilir zeminden dolayı problem söz konusu olduğunda, zayıf zeminleri kaymaya zorlayacak ve daha kuvvetli dolgu ile yerdeğiştirecek şekilde aşırı yüklenmesi ile yapılır (Kayabalı, 2004). 2.4 Suyun Uzaklaştırılması Sınırlı drenajı olan sıkışabilir normal konsolide killer üzerine baraj, yol dolgusu ve yüksek yapı inşaatı büyük konsolidasyon oturmalarına neden olacaksa, yapım sonrası oturmaların önemli bir kısmı ön yükleme ile gerçekleştirilebilir (Yıldırım, 2002). Sahada altta sıkışabilir kohezyonlu bir zemin tabakası bulunması durumunda, bu saha zemin yüzeyine yerleştirilen bir dolgu tabakası ile yüklenebilir. Drenaj yolunu kısaltmak ve konsolidasyon işlemini hızlandırmak için, sıkışabilir zemin tabakası içine düşey drenler (fitil drenler veya kum drenler gibi) yerleştirilebilir. Sıkışabilir kohezyonlu zemin tabakası yeterli konsolidasyona sahip olduğu zaman, dolgu ilave yük tabakası kaldırılır ve bina inşa edilir. Yumuşak, ince daneli zeminler ve hidrolik dolgularda suyun drenajını sağlamak amacıyla hendek kazma yöntemi uygulanır. Normal konsolide ince daneli zeminler, organik zeminler ve dolgularda zemin konsolidasyonuna imkan verecek şekilde inşaat öncesi yük uygulaması amacıyla önceden sıkıştırma yöntemi uygulanır. Aynı zamanda bu tip zeminlerde konsolidasyonu hızlandırmak için drenaj yolunu kısaltmak amacıyla düşey drenlerle birlikte önceden sıkıştırma da uygulanabilmektedir. Normal konsolide siltler ve siltli killerde elektrik akımının suyun katoda akmasını sağlayacağı elektro-osmos yöntemi kullanılmaktadır (Kayabalı, 2004). 2.5 Kompaksiyon (Sıkıştırma) Kompaksiyon ve konsolidasyon arasındaki farkın açık olarak anlaşılması gerekir. Konsolidasyon, devamlı basınç altında kohezyonlu zeminin boşluklarındaki 15

30 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER suyun azar azar dışarı atılması ve hacimde bir azalma meydana gelmesidir. Oysa; kompaksiyon, yalnız havanın dışarı atılması ile zemin danelerinin birbirine yaklaşmasıdır (Kumbasar, 1962). Kompaksiyon; zeminlerin dayanım, permeabilite (geçirimlilik) ve oturmaya karşı iyileştirilmesi veya erozyon olayına karşı sağlamlaştırılması için tabakalar halinde sıkıştırılması olarak tanımlanabilir (Aytekin, 2004). Kompaksiyon; zemin tabaka serilerek, silindirleme, vibrasyon (titreşim) uygulama, tokmaklama gibi işlemlerle yapılmaktadır. Bu işlemlerle, zemin taneleri daha az boşluklu yerleşerek, zeminin boşluk oranı azaltılır. Yol, hava alanı, toprak baraj, toprak dolgu inşaatlarında, zemin belli bir kalınlıkta serilerek, belli bir su muhtevasında, uygun bir sıkıştırma aracı ile sıkıştırılır (Uzuner, 2000). Sıkışmanın kalitesi, rölatif kompaksiyon ile kontrol edilir. Kompaksiyonla genel olarak şu yararlar sağlanır: 1. Zeminin taşıma gücü arttırılır. 2. Zeminin geçirimliliği azaltılır, zemine daha kararlı bir yapı kazandırılır. Böylece zeminin su alarak, hacim değişikliklerine uğraması azaltılır. 3. Zemin sabit, hareketli, dinamik yükler altında yapacağı oturmalar azaltılır (Uzuner, 2000). Kompaksiyonu iyi yapılmış zeminlerde şu özellikler aranır: 1. Kendi ağırlığı ve uygulanan dış yükler altında yeterli dayanıma sahip olmalıdır. 2. Uygulanan yük altında meydana gelen oturmalar izin verilebilir sınırlar içinde olmalıdır. 3. Şişme ve büzülme gibi hacim değişimi yapmamalıdır. 4. Dayanım ve sıkışabilirlik özelliklerini kullanım ömrü boyunca koruyabilmelidir. 5. Kullanım amacına uygun olan geçirimlilik ve drenaj özelliklerine sahip olmalıdır (Aytekin, 2004). 16

31 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Arazi Sıkışma Kontrolü Toprak dolgu yapılacak proje şartnamelerinde, dolguda kullanılacak zemin cinsi ve elde olunması istenilen minimum sıkılık derecesi belirtilmelidir. Bazı durumlarda sıkıştırma su muhtevası da şartnamede belirtilebilir (belli aralıklar içinde). Arazide kompaksiyon işlemi sırasında şartname kayıtlarına uyulup uyulmadığı yerinde yapılacak ölçümlerle kontrol edilmelidir. Gerek şartnamelerin hazırlanmasında, gerekse arazi kontrolü sırasında, sıkıştırma işleminin esas amacının zeminin belli mühendislik özelliklerini iyileştirmek olduğunu akıldan çıkarmamak gerekir. Kompaksiyonun zeminin mühendislik özellikleri göz önüne alınarak, istenilen özelliklerde yeterli iyileştirmenin sağlanıp sağlanmadığına dikkat edilmelidir. Bilinçsizce hazırlanan şartnameler ve uygulanan kompaksiyon işlemleri büyük maliyetlere rağmen istenilen amacı gerçekleştirmekten uzak kalabilmektedir. Kompaksiyon şartnamelerinde iki genel yaklaşımdan birini benimsemek mümkündür: Yöntem belirten şartnameler Sonucun kontrolünü isteyen şartnameler Sıkışma kontrolünde değişik yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan bir kısmı kum konisi yöntemi, balon yöntemi, yağ (su) yöntemi ekipmanları Şekil 2.4 te gösterilmektedir (Özaydın, 2000). 17

32 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.4 Zeminlerin Yerinde Yoğunluğunu Ölçmek İçin Kullanılan Yöntemler (Özaydın, 2000) Kum konisi yönteminde sıkıştırılan zemin üzerine ortası delik plaka konur ve deliğin altındaki zemin kazılır. Kazılan zemin bir naylon torbaya konur ve rutubet kaybını önlemek üzere ağzı kapatılır. Kazılan çukurun üzerine kum konisi konur ve vanası açılarak çukurun içine standart kumun dolması sağlanır. Sıkıştırılan zeminde açılan çukurun içine konan standart kumun ağırlığı tartılır ve yoğunluğu daha önceden belirlendiği için açılan çukurun hacmi hesaplanabilir. Çukurdan alınan zeminin kuru ağırlığı ve standart kum ile hacmi belirlenen zeminin kuru yoğunluğu hesaplanabilir. Böylece arazide sıkıştırılan zeminin kuru yoğunluğu daha önceden aynı zemin üzerinde belirlenen maksimum kuru yoğunluğu ile mukayese edilerek sıkışma derecesi yüzde cinsinden tayin edilir (Tunç, 2002). Balon ve yağ (su) yönteminde de aynı temel esastır. Sadece çukurun hacmini ölçmek için kullanılan aletler değişiktir. 18

33 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Arazideki kompaksiyon, Proktor iğnesi ile de kontrol edilebilir. Bu aletin ucuna değişik uç alanlı uçlar takılabilir ve zemine batırmak için uygulanan yük, bir yay vasıtasıyla ölçülür (Şekil 2.5). Şekil 2.5 Proktor İğnesi ve Kalibrasyon Eğrisi Laboratuarda yapılan proktor (kompaksiyon) deneyleri sırasında, iğne, kalıpta sıkıştırılmış zemine belli miktarda sokularak, batma direnci ölçülür. Böylece, su muhtevası-batma direnci ilişkisi çizilir (Şekil 2.5, kalibrasyon eğrisi). Bu kalibrasyon ilişkisi kullanılarak, arazide ölçülen batma direncinden, arazideki su muhtevası kolayca belirlenir (Uzuner, 2000). Nükleer aletler yardımı ile zeminin yoğunluğu ve su muhtevası (bir oyuk açmadan) yerinde doğrudan çok çabuk bir şekilde yapıldığından dolayı gün geçtikçe inşaatlarda yaygınlaşmaktadır Kompaksiyon Makineleri Düz ayaklı silindirler, lastik tekerlekli silindirler, keçi ayaklı silindirler, titreşimli silindirler, vibratörler, darbeli sıkıştırma araçları, demir bandajlı silindirler, pnömatik silindirler (Özaydın, 2000; Evren, 1987). Zeminlerin kompaksiyonunda hangi tip silindirin kullanılacağı; Zemin cinsi ve yol ekseni boyunca değişimi, 19

34 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Sıkıştırma derecesi, İşin büyüklüğü ve eldeki silindir tipleri kapasitesi gibi şartlara bağlıdır Kompaksiyonda Dikkat Edilecek Hususlar Sıkıştırılan tabaka kalınlığı arttıkça homojen bir sıkışma elde etmek güçleştiği gibi sıkışma miktarı da azalır. Bu nedenle zemin cinsi, silindir tipi ve kapasitesine bağlı olarak kaynaklarda (Tunç, 2002) verilen pratik maksimum sıkışmış tabaka kalınlıkları bir rehber olarak göz önüne alınmalıdır. Eldeki mevcut silindirlerin zemin cinsine göre nasıl değerlendirileceği, tabaka kalınlıkları, vb. hususlar bir deneme kesiminde test edildikten sonra belirlenmelidir. Bunun için aşağıdaki Şekil 2.6 da görüldüğü gibi bir test sahası hazırlanmalıdır. Film tabaka kalınlığı Sabit tabaka kalınlığı Şekil 2.6 Test Sahası (Tunç, 2001) Bu test sahası 3 şeritli olmalı ve 4, 6, 8 veya daha fazla pas sayısında değişik malzeme kalınlıkları için sıkışma testleri yapıldıktan sonra sıkışma- pas sayısı eğrisi çizilmelidir. Test sonucuna göre sıkıştırılacak tabaka kalınlığı ve buna karşılık gelen serim kalınlığı, silindir hızı ve vibrasyon etki değerleri (frekans ve genlik) belirlenmelidir. Sıkışma testleri orta şerit de yapılmalı ancak yan şeritler içinde mukayese edilmelidir. Eğer elde edilen sıkışma yeterli değilse pas sayısını arttırmak, silindir hızını düşürmek veya tabaka kalınlığını azaltmak için, yeni bir deneme kesiminde, tekrar test yaparak nihai karar verilmelidir. Malzeme ocağındaki su içeriği çok yüksek ise uygun bir drenaj tekniği ile malzeme kurutulmalıdır. Eğer su içeriği çok düşük ise greyder veya dozerler ile 20

35 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER hendekler açılmalı ve hendekler su ile doldurulmalıdır. Daha sonra malzeme uygun kıvama geldiğinde yerinde greyder veya dozerle homojen olarak karıştırılmalı ve dolgu sahasına sevk edilmelidir. Malzeme iri boyutlu taşlar ihtiva ediyorsa ayıklandıktan sonra dolguda kullanılmalıdır. Maksimum dane boyutu sıkışmış tabaka kalınlığının 2/3 ünden daha fazla olmamalıdır. İyi bir sıkıştırma sabit bir kalınlıkta serim yapıldığı takdirde sağlanır. Malzemenin serimi skreyper ile yapılıyorsa serim kalınlığı homojen olacak şekilde ayarlanmalıdır. Dolgu malzemesi kamyonlar ile taşınıyorsa malzeme dolgu yerinde uygun aralık ve miktarlarda boşaltılmalı ve dozerler ile sabit kalınlıkta serilip düzgün yüzeyler elde edilecek şekilde tabakalar teşkil edilmelidir. Şekil 2.7 Dolgularda Serim ve Sıkıştırma (Tunç, 2001) Dolgularda yapılacak kompaksiyon için Şekil 2.7 de görüldüğü gibi dolgu sahasının en düşük kotundan başlayarak yatay tabakalar halinde serim ve sıkıştırma yapılmalıdır. Arazinin tabi eğimine paralel eğimli tabakalar kesinlikle yapılmamalıdır. Aksi takdirde yeterli ve homojen bir sıkışma elde edilememektedir. Sıkışma kontrolü ile gerekli sıkışma sağlanmamışsa sıkışmamış tabaka ya kaldırılıp atılmalı ya da gevşetilip tekrar sıkıştırılmalı ve sıkıştırma kontrolü tekrar yapılmalıdır. 21

36 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Saha Güçlendirmesi Sahadaki zemin güçlendirmede değişik yöntemler kullanılmaktadır. Dinamik kompaksiyon yöntemleri: Örnek olarak ağır tokmaklama yöntemi, zemini titreştirmek ve yüzeye yakın granüle zeminlerin yoğunluğunu arttırmak amacıyla, büyük bir ağırlığı zemin yüzeyine defalarca kaldırıp ve düşüren bir vinçten oluşur. Bu yöntem ile zemin yoğunluğu 18m derinliğe kadar arttırılabilse de, genellikle yaklaşık olarak 6 ile 9m derinliklerde etkilidir. Bu yöntem ayrıca çarpma çukurlarının doldurulmasını ve zemin yüzeyinin tekrar düzleştirilmesini gerektirir. Kompaksiyon kazıkları: Önceden dökülmüş beton kazıklar veya bir ucu kapalı boş çelik kazıklar gibi büyük yer değiştirme kazıklarını zemine çakmak suretiyle zeminin yoğunluğu arttırılabilir. Zemin, hem zeminin gerçek yer değiştirmesi hem de çakma işlemi esnasında oluşan yer titreşimi ile sıkıştırılır. Kazıklar tipik olarak yerinde bırakılır. Bu işlem, bu yöntemi diğerlerinden daha pahalı kılmaktadır. Ayrıca, kazıklar arasındaki zeminin makul düzeyde sıkışmasını sağlamak için, kazıklar nispeten yakın açıklıklı olmalıdır. Patlatma: Derinlerdeki zeminin sıkıştırılması patlatma ile başarılabilir. Bu yöntemin birbirine bitişik yapılarda hasar riski yüksektir. Böyle bir yöntemin kullanımı hakkında yerel kısıtlamalar olabilir. Titreşimli sondalar ile kompaksiyon: Gevşek kum çökellerin yoğunluğunu arttırmada kullanılan bu yöntemin, sıvılaşabilir zeminler derinde olduğu zaman, sıvılaşma tehlikesini azaltmada en güvenilir ve en kapsamlı yöntemlerden biri olduğu düşünülmektedir (Seed,1991; Kayabalı, 2004). Düşey çakıl drenler: Vibroflotasyon veya diğer yöntemler, sıkıştırılmış çakıl veya kırma taş ile doldurulan silindirik düşey bir delik yapmak için kullanılır. Bu çakıl ve kırma taş kolonların permeabiltesi çok yüksek olup, çevre zeminde deprem kökenli boşluk suyu basınçlarını hızlıca sönümleyebilirler. Bu yöntem, kayma direnci kaybını azaltmada etkin olabilir fakat, sahadaki genel oturmayı önlemez. Ayrıca, bu yöntem nispeten serbest drenajlı 22

37 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER zeminlerde etkin olabilir. Ancak, anlamlı boşluk suyu basıncı sönümlemesi sağlamak için, düşey kolonlar yakın aralıklı dizilmelidir. Boşluk basıncı artış hızının dren kapasitesini aşması durumunda, kısmi iyileştirme gerçekleşmez (Seed,1991; Kayabalı, 2004) Özel Kompaksiyon Teknikleri Kohezyonsuz zeminlerde derin kompaksiyonu için birçok kompaksiyon tekniği geliştirilmiştir. Bu kompaksiyon teknikleri dinamik kompaksiyon, vibroflatasyon, vibrokompaksiyon ve patlatmadır (Das, 2002; Tunç, 2002). Bu tekniklerin seçiminde sıkıştırma derinliği ve derecesi, zeminin cinsi, gradasyonu, ince miktarı, yer altı su seviyesi, zeminin doygunluk derecesi, mevcut ekipman, süre ve maliyet gibi unsurlar göz önünde tutulmalıdır. Maliyet bakımından bu teknikler sıralanacak olursa ve en ekonomik olanından başlanırsa patlatma, vibrokompaksiyon, dinamik kompaksiyon, vibroflatasyon, taş çakıl veya kum kazıklar olarak sıralanmaktadır. Bunların göreceli maliyetleri her bir m 3 için %100 ile %500 aralığında değişmektedir. Patlatma tekniği bile geleneksel kompaksiyon tekniğinden birkaç kat daha fazladır ve bunun için tekniğin seçimi iyi yapılmalıdır Dinamik Kompaksiyon Şekil 2.8 Dinamik Kompaksiyon (Tunç, 2002) 23

38 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Bu teknikte sıkıştırma 5,5 ila 27,5ton ağırlığındaki bir tokmağın 12 ila 30m yükseklikten ıslah edilecek zemin üzerine defalarca düşürülmesiyle yapılmaktadır. Bu işlem bir veya daha fazla pasda tüm alana belirli aralıklarda düşme yükü tatbik edilmekte ve her pasdan sonra oluşan çukurlar ya dozer ile düzeltilmekte ya da çukurların içleri granüler malzeme ile doldurulmaktadır. Daha sonraki pasda tekrar sıkıştırılıp işleme devam edilmektedir. Kohezyonsuz zeminlerde uygulanabildiği gibi kohezyonlu zeminlerde de iyi sonuç verdiği ileri sürülmüştür (Menard, 1977). Ancak kohezyonlu zeminlerde bu yöntemin etkin olabilmesi için zemin yapısını bozacak enerji, makul zamanda artan boşluk suyu basınçları ve suyun hareketi için çatlak kanallarının oluşması gerekli görülmektedir (Das, 2002; Uzuner, 2000; Tunç, 2002, Önalp, 1983). Dinamik kompaksiyonda ıslah etki derinliği aşağıdaki formül ile hesaplanır. D = n WH (2.1) Burada; D : Islah derinliği (metre), W: Tokmak ağırlığı (ton), H: Tokmak düşüş yüksekliği (metre), n : Ampirik katsayı Dinamik kompaksiyonun etki derinliğini saptamak içn gerekli n katsayısı Çizelge 2.4 den bulunabilir. Çizelge 2.4 Çeşitli Zemin Tipleri İçin n Katsayısı (Tunç, 2002) (Uygulanan enerji 1 ila 3x10 6 MJ/m 2 arasında ise) Zemin Cinsi Doygunluk Derecesi Tavsiye Edilen n Granüler zemin Yüksek 0,5 (Geçirgen zemin) Düşük 0,5-0,6 Yarı Geçirgen zemin Yüksek 0,35-0,40 (PI<8 olan siltli zeminler) Düşük 0,40-0,50 Geçirimsiz zemin Yüksek Tavsiye edilmez (PI>8 olan killi zemin) Düşük 0,35-0,40 ve w/c<pl 24

39 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Leonards, Cutter ve Holtz (1980), n katsayısının 1/2 olarak alınmasını önermişlerdir. Ayrıca İngiliz birim sistemi kullanılacaksa 0,61 olarak alınmalıdır. Uygulama enerjisi Eşitlik 2.2. ile hesaplanabilmektedir (Tunç, 2002). UE = N.W.H.P/(Uygulama ağırlığı) 2 (2.2) Burada; UE : Uygulama enerjisi, (kg.m/m 2 veya J/m 2 ), N : Her bir noktaya düşürülen tokmak sayısı, W : Tokmak ağırlığı (kg), H : Düşüş yüksekliği (m), P : Pas sayısı Genellikle 1 ila 3MJ/m 2 ortalama uygulama enerjisi yeterlidir. Ayrıca dinamik kompaksiyonda Şekil 2.9 da görülen zemin tipleri için farklı sonuçlar elde edilmektedir. Şekil 2.9 Dinamik Kompaksiyon İçin Zemin Sınıfları (Tunç, 2002) 25

40 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Bölge 1 deki zeminler doygunluk derecesi az ise, permeabilitesi yüksek ise dinamik konsolidasyon için en idealidir. Yani, dinamik konsolidasyon granüler zeminler için daha uygundur. Bölge 3 killi zeminleri kapsadığı için dinamik kompaksiyona uygun değildir. Çünkü permeabiliteleri 10-8 ila 10-9 m/sn den daha az ise dinamik kompaksiyon sırasında aşırı boşuk suyu basınçlarının sönmesi mümkün olmaz. Bölge 2 ise silt, killi silt ve kumlu siltleri kapsamaktadır. Bu bölgede çok fazla pas sayısı ve tokmak sayısı gerekebilir. Bu sırada boşluk suyu basıncının sönmesi sağlanmalıdır. Bazen bu süre birkaç hafta olabilmektedir Vibroflatasyon Vibroflatasyon su tablası altındaki veya üstündeki gevşek kumlu veya kum oranı çok yüksek zeminlerde kullanılan bir yöntemdir lu yıllarda Almanya da geliştirilen bu teknik daha sonraları yaygınlaşmıştır. Bu yöntemde vibroflot denilen 2-4,5m uzunlukta, 0,3-0,45m çapında 3-8ton ağırlığında silindirik dev bir vibratör kullanılır. Vibratörün eksantrik ağırlığının dönmesi ile vibrasyon etkisi yaratılmakta ve ayrıca su jeti ile zeminde dikey kuyular açılmaktadır. Daha sonra su jeti kapatılıp bu kuyulara granüler malzeme koyularak vibratörle aşağıdan yukarıya doğru sıkıştırılmaktadır. Böylece zeminde düşey granüler kolonlar veya kazıklar yapılmaktadır. Bu yöntemle hem gevşek zemin sıkıştırılmakta hem de düşey kazıklar oluşturularak taşıma gücü arttırılmaktadır. Şekil 2.10 Vibroflatasyon ile Gevşek Granüler Zeminlerin Kompaksiyonu (Tunç, 2002) 26

41 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Vibroflatasyon yöntemi de zemin cinsinden etkilenmektedir. Şekil 2.11 de değişik zemin tiplerinin vibroflatasyon üzerindeki etkisi görülmektedir. Çakıl Kaba Kum İyi Kum Silt ve Kil %Geçen Bölge3 Bölge1 Bölge2 Tane Boyutu (mm) Şekil 2.11 Gradasyonun Vibroflatasyon Üzerindeki Etkisi (Das, 2002) Bölge 1, Vibroflatasyon için en uygun gradasyonu içerir. Vibroflatasyon tekniği ile kumlu zeminlerde en iyi sonuçlar alınırken maksimum %20 ila %25 ince içeren kumlu zeminlere de uygulanabilmektedir. Özellikle gevşek kumlu zeminler üzerinde yapılan yol dolgularında, köprü-viyadük, vb. sanat yapılarının temelinde ve sıvılaşma potansiyeli yüksek yarma şevlerinde etkin olarak kullanılmaktadır. Kil içeriği %3 ü geçmemelidir. Çünkü permeabilite 0,01m/san den daha az olursa kompaksiyon etkin olmaz. Bölge 2 de vibroflatasyon için uygun olmayan silt ve kil zeminler bulunmaktadır. Bölge 3, çakıl içermektedir ve vibratörün zemin içinde ilerlemesi çok yavaş ve ekonomik olmayan bir değerde olacaktır. Brown (1977), geri dolgu malzemesinin uygunluk şartını veren bir formülasyon önermiştir. = (2.3) 1 S N 2 2 ( d 50 ) ( d 20 ) + ( d )

42 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Burada; d 50, d 20 ve d 10 mm cinsinden %50, 20 ve 10 ağırlıkça geçen dane boyutlarıdır. Eğer 0<S N <10 ise çok iyi, 10<S N <20 ise iyi, 20<S N <30 ise vasat, 30<S N <50 ise kötü ve S N >50 ise uygun değildir. Nalçakan (2004), önemli bir mühendislik yapısı temellerindeki zemin problemini taş kolon uygulaması ile çözmüştür. Taş kolonlar sayesinde zemin taşıma kapasitesi yaklaşık 3 kat arttırılmış, oturmalar %50 oranında azaltılmış ve ayrıca oturmaların süresini kısaltmıştır. Temel sistemini radye temel olarak seçilmesini sağlamış ve güvenlik, zaman ekonomik açıdan büyük yararlar sağlamıştır Vibrokompaksiyon Vibrokompaksiyon tekniği de granüler zeminlerin derin derin kompaksiyonu için kullanılmaktadır. Bu amaçla zemine penetre edilebilen vibratör çekiçleri kullanılmaktadır. Vibrokompaksiyon tekniğinde en yaygın olarak Vibro-Kanat, Terraprope ve Franki Y-Prope tipleri kullanılmaktadır. Vibroflatasyonda yatay fakat vibrokompaksiyonda ise dikey vibrasyon uygulanarak granüler zeminin derin kompaksiyonu yapılmaktadır. Ancak bu teknik vibroflatasyona nazaran 4 5 kat daha hızlı olsa da elde edilen relatif yoğunluklar daha düşük ve yanal yönde sıkıştırılan hacim daha azdır. Bu nedenle vibrokompaksiyonda 1 ila 2m aralıklarla kompaksiyon yapılmaktadır. Şekil 2.12 de Vibro-Kanat yöntemi ile granüler zeminlerin kompaksiyonu görülmektedir. Vibro-Kanat aparatı vibratörlü darbe ile zemine istenilen derinliğe kadar penetre edilir ve yavaş yavaş yukarı doğru çekilirken zemin de sıkıştırılır. 28

43 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.12 Vibro-Kanat Yöntemi ile Vibrokompaksiyon (Tunç, 2002) Terraprobe yönteminde Şekil 2.13.a da görülen aparat kullanılmaktadır. Belirli bir çaptaki (genellikle 30-40cm veya 75cm) uçları açık çelik borular vibrasyonla zemine çakılıp kompaksiyon tamamlandıktan sonra dışarı çıkarılır. Borunun çakılmasından sonra oluşan boşluklara basınçlı kum püskürtülerek doldurulur. Franki Y-Probe yönteminde ise Şekil 2.13.b de görülen aparat kullanılmaktadır. Bu aparat vibrasyonla zemine çakılıp kompaksiyon tamamlandıktan sonra dışarı çıkarılır. 29

44 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.13 Vibrokompaksiyon Tekniğinde Kullanılan Aparatlar (Tunç, 2002) Vibrokompaksiyon yöntemi ile zeminlerin kompaksiyonunda zeminin maksimum dane boyutu ile gradasyonu en önemli hususlardır. Ayrıca zemin ne kadar az ince (kil ve silt) içeriyorsa yoğunluk artışı da o kadar fazla olmaktadır. Bu nedenle vibrokompaksiyon yöntemi granüler zeminlere uygulanmaktadır. Şekil 2.14 bu yöntem için uygun zemin gradasyon aralığını göstermektedir. Şekil 2.14 Vibrokompaksiyon İçin Zemin Gradasyon Limitleri (Tunç, 2002) 30

45 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Derin kompaksiyon yapılan zeminlerde sıkışma kontrolü için herhangi bir yöntem mevcut değildir. Bu nedenle özel kompaksiyon teknikleri ile derin kompaksiyon yapılan zeminlerde sıkışma kontrolü için plaka yükleme CPT, SPT testleri yapılmaktadır Patlatmayla Sıkıştırma Kısıtlı patlayıcı ağırlıkları kullanarak ardışık patlamalarla zemin kitlesinin sıkıştırılması giderek rağbet kazanan bir yöntemdir. Eskiden bataklık zeminlerde yol dolgusu yapılmak istendiğinde daneli zemin yüzeye yığılıp patlama ile yanlara itilen batağın yerini alması gözetilirdi. Ancak bu yöntem yaygınlaşmamıştır. Daha sonra geliştirilen yöntemde ise; zemin içinde patlama ile oluşan yüksek hızlı basınç dalgalarının kısıtlı bir hacimde sıvılaşma sonucu birim hacim ağırlığı arttırmasıdır. Basınç dalgaları patlama odağından dışarı doğru hızlı sönümlendiğinden, bir noktada büyük patlama yerine birçok noktada küçük atımlar tercih edilmelidir. Bu yöntemin üstün yanı diğerlerinde mümkün olmayan derinliklerde etkin olabilmesidir. Derinliği 40 metreyi bulan noktalarda 30kg lık yüklerle atım yapılmakta ve başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Zemin yüzeyinde patlamayı izleyerek kraterlerin belirmesi sıkıştırma etkisinin ani olduğu kanısını uyandırabilirse de bazı kitlelerin sıvılaşmayı izleyerek birkaç günden birkaç haftaya varan sürelerde dirençlerini kazanabildikleri izlenmiştir. Patlatma tekniği ile hem OH ve PT grubu çok yumuşak zeminlerin konsolidasyonu hem de granüler zeminlerin derin kompaksiyonu yapılabilmektedir. Vibraflatasyon tekniğine uygun granüler zeminlerin yer altı su seviyesi altında tam dogun olması halinde patlama tekniği ile kompaksiyonu sırasında hacimce %6 azalış ve relatif yoğunlukta ise %35 ila %85 artış sağlanabilmektedir. Bunun için sıkıştırılması istenilen zemin derinliğinin %50 ila %75 derinliğinde ve 3 ila 10 m aralıklarla delikler açılıp içine 1 ila 12kg veya her bir m 3 sıkıştırılacak zemin için 10 ila 30gr patlayıcı konulduktan sonra patlatılır. Patlayıcının etkisi ile zeminde kompaksiyon sağlanır. Bu teknik ile yapılan kompaksiyonun başarısı patlatma anında 31

46 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER patlatma anında oluşan boşluk suyunun basıncına ve patlatma noktalarının çevresindeki zeminin boyutuna bağlıdır. Ayrıca kompaksiyon derecesi 3 W / R ile belirlenir. Burada W, kg cinsinden patlayıcı miktarı ve R, m cinsinden sıkıştırılan zemin kesimidir. Eğer 3 W / R <0,9 0,15 ise boşluk suyu basıncında önemli bir artış olmamakta ve dolayısıyla yeterli kompaksiyon olamamaktadır. Zaten belirli bir patlayıcı miktarında sıkıştırılabilecek zemin kitlesinin küresel yarıçapı Eşitlik 2.4 ile bulunabilmektedir. R = n W (2.4) Burada; n : Gevşek veya doygun ince kum için 15 ila 25, doygun olmayan ve sıkı ince kum için 7 ila 9, R : Etki yarıçapı (m), W : Patlayıcı miktarı (kg) (%60 dinamit içeren). Görüldüğü gibi granüler zeminlerde patlatma ile kompaksiyonun başarılı olabilmesi için zeminin tam doygun olması gerekmektedir. Eğer zeminde ne kadar fazla hava veya gaz varsa kompaksiyon da o kadar yetersiz kalmaktadır. Patlatma tekniğinde belli aralıkta belli derinlikte zemin içine yerleştirilen patlayıcı maddeler çok kısa aralıklarla (1/10 ile birkaç saniye) patlatıldığında daha iyi kompaksiyon elde edilebilmektedir. İlk patlamada zeminin toplam oturma miktarının %50 si ile %60 ı elde edilirken daha sonraki patlatmalarda yaklaşık %20 si elde edilebilmektedir. Bu metodun amacı patlatma ile zeminde anlık (saniyenin onda biri kadar) şok basınçlar yaratarak zeminin sıvılaşması sonucu oturmaları sağlamaktır (Tunç, 2002). Arazi deneylerinden elde edilen deneyimlerle kompaksiyon derinliği ve patlatma aralığının bulunması için şu bağıntılar bulunmuştur: h c = 1,2 1, 5h (2.5) 1 3 D = kw (2.6) 32

47 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Burada; h c kompaksiyon derinliği, h patlayıcının yerleştirildiği derinlik, D patlatma aralığı, k ise sıkı kumda 10-8, orta sıkılıkta 6-5, gevşek kumda ise 5 ten küçük değerler alan katsayıdır. Arazi uygulamasında önce bir boru çakma, yıkama ya da titreşimle istenilen derinliğe inilir. Sonra patlayıcı borunun dibine yerleştirilerek delik doldurulur, sırasına göre patlatma yapıldıktan sonra boru yeniden kullanılmak üzere dışarı alınır. TNT, dinamit, ammonit gibi patlayıcıların etkin olduğu bir başka durum su altındaki gevşek zeminin 1-3m üzerinde yapılan atımlardır. 18m su altındaki çakıllı kumda 2,5m yüksekte 20kg lık TNT atımında yüzeyin 25cm çökertilebildiği bildirilmiştir (Önalp, 1983). Löslerde uygulanan patlatma yöntemi araziyi su ile kapladıktan sonra 5kg lık atımlar yapmaktır. Etkinin yerel olması için arsanın kenarlarına birkaç metre derinlik ve 50cm eninde bir hendek kazıldığı gibi, suyun derine etkiyebilmesi için belirli noktalarda sondaj delikleri açılmaktadır (ENPC-LCPC, 1977). 2.6 Enjeksiyon Zemin tabakalarının yerinde özelliklerini iyileştirmek için kullanılan yöntemlerden birisi olan enjeksiyon yöntemi zemin içine süspansiyon veya çözelti halinde bazı maddelerin enjekte edilmesidir. Enjeksiyon sırasında zemin içerisine püskürtülen süspansiyonlar bentonit, çimento, kireç, asfalt, gibi su içinde dağılmış katı maddelerden oluşmaktadır. Bazı durumlarda da kimyasal çözeltiler zemine enjekte edilmektedir. Püskürtülen malzeme zemin içerisindeki boşluklara yayılmakta ve daha sonra sertleşerek zemin özelliklerini iyileştirmektedir (Özaydın, 2000). Zemini güçlendirmede kullanılan değişik enjeksiyon yöntemleri vardır. Örnek olarak, zemini stabilize etmede; eklemleri, çatlakları veya yer altı boşluklarını doldurmada şerbet enjekte edilmektedir (Graf, 1969; Mitchell, 1970; Kayabalı, 2004). Mevcut yapıların tekrar terazilenmesinde başvurulan bir seçenek, çamur pompalayarak kaldırma işlemidir. Bu işlem su ve zemin-çimento veya kireç çimento şerbetinin basınç uygulamak suretiyle beton döşemeyi arzu edilir pozisyona getirmek için, döşeme altına pompalandığı bir işlem olarak tanımlanmıştır (Brown, 1992; 33

48 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Kayabalı, 2004). Saha iyileştirme kullanılan diğer enjeksiyon yöntemleri aşağıdaki gibidir: Kompaksiyon enjeksiyonu: Yaygın olarak başvurulan bir zemin iyileştirme tekniği; gevşek zemini hem yerdeğiştiren hem de sıkıştıran, zemin içine çok katı kıvamlı bir enjeksiyon kütlesini basınçla yerleştirme ile yapılan kompaksiyon enjeksiyonudur (Brown ve Warner, 1973; Warner, 1978,1982; Kayabalı, 2004). Kompaksiyon enjeksiyonunun kötü sıkıştırılmış dolgu, alüvyon ve sıkışabilir veya çökebilir zeminin sıkılığını arttırmada başarılı olduğunu kanıtlanmıştır. Kompaksiyon enjeksiyonunun üstünlüğü, daha az masraflı ve yapıyı temel aktivitesinden daha az örseleyicidir ve yapıyı tekrar düzeltmek için kullanılabilir. Kompaksiyon enjeksiyonunun eksikliği şudur: sonuçları analiz etmek güçtür, çevre basıncı yokluğu nedeniyle şevlere yakın veya yüzeye yakın zeminler için genellikle etkisizdir, ve yer altı borularını enjeksiyon ile doldurma tehlikesi vardır (Brown ve Warner, 1973; Kayabalı, 2004). Jet enjeksiyonu (kolon şeklinde): Bu yöntem, enjeksiyonla zemin kolonları oluşturmada kullanılır. Enjeksiyonla oluşturulan kolonlar genellikle kırılgan olup, yanal hareketlere direnci çok az veya sıfırdır; bu nedenle de yanal zemin hareketleri ile kırılabilirler (Seed, 1991; Kayabalı, 2004). Jet Grouting yöntemi ile yapılan zemin iyileştirmesi sonucunda yer altı kazıları, ayna göçmesine ve çevre desteklemesine karşı ek destek gerektirmeden yeraltı suyu seviyesi altında dahi gerçekleştirilebilmektedir (Şekercioğlu, 1993). Derin karıştırma: Stabilize edici malzeme ile zemini fiziksel olarak karıştırmak için jet veya burgular kullanılır. İyileştirilmiş ve daha dirençli zon oluşturmak için, imal edilen kolonların üst üste binmesi sağlanabilir (Kayabalı, 2004). Ayrıca tünel, galeri, denge bacası, şaft gibi yapılarda göçük boşluklarını ve kaplama betonu ile temel kaya (veya beton ile çelik kaplama) arasındaki boşlukları 34

49 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER doldurmak amacı ile yapılan enjeksiyon dolgu (kontak) enjeksiyonu ismini almaktadır. Amacı değişik zamanlarda dökülmüş iki beton arasındaki derzi tam olarak doldurmak olan enjeksiyon derz enjeksiyonu ismini almaktadır. Projede öngörülen bulonların montajından hemen sonra yapılan enjeksiyon bulon enjeksiyonu ismini almaktadır. Tünel, galeri, denge bacası ve herhangi bir yapının oturacağı temel kayanın sağlamlaştırılması ve çatlaklar ile boşlukların doldurulması amacı ile yapılan enjeksiyon konsolidasyon enjeksiyonudur. Perde kuyularının memba ve mansabında en az birer sıra halinde ve uygun görülen derinliklerde, kazı sırasında bozulan dolgu aştı zonunun enjeksiyonu kapak enjeksiyonudur. Baraj gövdesinin altında ve eksende veya eksene yakın, baraj, göl suyunun sızmasını önlemek ve başka yapılarda da suyun gelmesini önlemek veya sızma boyunu uzatmak amacı ile yapılan enjeksiyonlara da perde enjeksiyonu denilmektedir (Şekercioğlu, 1993). 2.7 Termal Kayma direncini iyileştirmek ve permeabiliteyi azaltmak amacıyla yapılan termal iyileştirme yöntemi, zemini ısıtarak veya dondurarak gerçekleştirilir. Bu tip zemin iyileştirme yöntemleri genellikle çok pahalı olduğundan, kullanımları da sınırlıdır (Kayabalı, 2004). 2.8 Yeraltı Suyu Kontrolü (Drenaj) Yeraltı su tablası yeraltı suyunun üst yüzeyidir. Yeraltı suyunun yeri genellikle açık düşey boru şeklindeki piyezometrelerden belirlenir. Asılı su tablası, yer altı suyunun ana gövdesinden alttaki suya doygun kaya veya zemin ile ayrılan, üst zonda oluşan su ile ilgilidir. 35

50 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Yeraltı suyu inşaat mühendisliği problemlerinin tüm çeşitlerini etkileyebilir. Geoteknik deprem mühendisliğindeki yenilmelerin çoğu muhtemelen diğer herhangi bir faktörden ziyade yeraltı suyu ile ilgilidir. Aşırı doygunluk, sızma basınçları, kaldırma kuvvetleri ve sıvılaşma nedeniyle kayma direnci kaybından dolayı, yeraltı suyu yenilmelerine neden olabilir veya katkıda bulunabilir. Kontrolsüz doygunluk ve sızmanın yıllık milyarlar tutarında hasara neden olduğu bilinmektedir. Yeraltı suyunun neden olduğu geoteknik ve temel problemleri aşağıdaki gibidir (Cedergen, 1989; Kayabalı, 2004): Baraj, sedde ve rezervuarlarda borulanma Şev yenilmelerine ve heyelanlara neden olan veya katkıda bulunan sızma basınçları Temel veya temel zemininde yeraltı suyunun varlığı nedeniyle yolların bozulması ve göçmesi Askıdaki yeraltı suyunun neden olduğu karayolu ve diğer dolgu temel yenilmeleri Aşırı boşluk suyu basıncının neden olduğu toprak dolgu ve temel yenilmeleri Hidrostatik su basınçlarının neden olduğu istinat duvarı yenilmeleri Yeraltı suyu basınçları ile kaldırılan kanal kaplamaları, rıhtım ve bodrum veya dolusavak döşemeleri Yeraltı su tablası altındaki gevşek granüle zeminin varlığından dolayı, deprem şoklarının neden olduğu zemin sıvılaşması (Kayabalı, 2004). Drenaj yapıları, yüzeyaltı veya zemin ve yüzeysel suları kontrol altına aldığından dolayı drenaj tekniği, yüzeyaltı drenaj ve yüzeysel drenaj (veya sadece drenaj) olmak üzere ikiye ayrılır. Yüzeyaltı drenaj yapıları enine olarak yarmada ve dolguda kaba daneli dren şiltesi ve dren borusu ile yatay olarak ise perfore dren boruları kullanılarak yapılmaktayken boyuna yüzeyaltı drenaj yapıları ise, yol gövdesinden zemin suyunun dren hendekleri ile dren edilerek stabilitesinin arttırılması yoluyla yapılmaktadır (Tunç, 2001). Yüzeysel drenaj ise yağışlardan ötürü yüzeyde akışa geçen suların kontrol altına alınması olarak tanımlanmaktadır. Dren edilecek suyun debisine ve kullanım 36

51 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER yer ve amacına uygun olacak şekilde drenaj hendeği (banket hendeği, kafa hendeği, topuk hendeği, refüj hendeği), bordür hendeği, düşüm oluğu ve menfez şeklinde uygulanmaktadır (Tunç, 2001). Uygun drenaj tasarımı ve drenaj tesislerinin inşası ile bu yer altı suyu problemlerinin çoğunu azaltmak mümkündür. Örneğin, dolgu yerleştirilecek kanyon ve kanallarda, kanyon dolguda yer altı suyunun çoğalmasını engellemek amacıyla bir kanyon alt dren sistemi yerleştirilmelidir. Drenaj sistemini oluşturan bileşenler; delikli boru (delikler borunun alt kısmı üzerinde), borunun etrafında boşluklu gradasyonlu çakıldan ve geofabrikten oluşur. Geofabrik, boruyu ve çakılı sarmalamak suretiyle sistemin zemin partikülleri tarafından tıkanmasını önlemeye yarar. Kıyı gibi yüksek derecede geçirgen zemin ve büyük bir su kütlesine komşu sahalarda yer altı su seviyesini sürekli düşürmek çoğunlukla ekonomik olmayabilir. Ancak, diğer sahalarda deprem etkilerini azaltmada yer altı suyunu kontrol etmek mümkün olabilir. Yeraltı su seviyesini düşürmede yaygın kullanılan bir yöntem, emme pompalarla bir nokta kuyu sistemi düzenlemektir. Bu yöntemin amacı, bir çevre kuyu sistemi kurarak yeraltı su seviyesini düşürmektir. Bu yöntemden çoğunlukla geçici kazılarda yararlanılır. Ancak sürekli bir yeraltı suyu kontrol sistemi olarak da kullanılabilir. Nokta kuyular, alt uç noktalarda deliklere sahip küçük çaplı borulardır. Borulardan suyu çıkartmada pompa kullanılmaktadır. Bu işlem yeraltı su seviyesini düşürür. Sahada yeraltı su seviyesinin düşürülmesi ile çok yakın yapılarda oluşabilecek hasarı göz önünde bulundurmak önemlidir. Örneğin, yeraltı su seviyesinin düşürülmesi, yumuşak kil tabakalarının konsolidasyonuna veya ahşap kazığın çürümesine neden olabilir. Yeraltı suyunun kontrolünde uygulanan diğer bir sistemde drenaj kuyularıdır. En basit pompalama ekipmanı çukur pompalaması yöntemindedir. Temiz çakıllar ve iri kumlarda uygulanan bu yöntem açık ve sığ kazılarda kullanılır. Bu yöntemin uygulanmasıyla ince daneler zeminden hızla uzaklaştırılır. Formasyonlarda duraysızlığa neden olur. 37

52 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çukur pompalı nokta kuyu sistemi yer altı nakil hatları kazıları da dahil olmak üzere açık kazılarda kullanılır. Kumlu çakıllardan ince kumlara kadar olan zeminlerde hata belirli önlemlerle siltli kumlarda da uygulanabilir. Zemine yerleştirilmesi çabuk ve kolaydır. Emme yaklaşık 5,5m ile sınırlı olup daha büyük derinliklerde çok aşamalı sistem gerekir. Dalgıç pompalı derin kuyu yöntemi su taşıyan formasyonlarda veya su tablası üzerinde derin kazılarda kullanılmaktadır. Çakıllardan siltli ince kumlarda ve su bulunduran kayalarda uygulanabilir. Düşüm derinliğinde sınırlama yoktur. Kuyular tüm derinlikleri boyunca birkaç katmandan su alacak şekilde tasarlanabilir. Kuyular çalışma alanından uzağa yerleştirilebilir. Şevler üzerinde yer altı suyunun etkilerini azaltmada kullanılabilen çok farklı inşaat yöntemleri vardır. Şevlerin inşasında gömme drenaj sistemleri düzenlenilebilir. Mevcut şevlerde galeriler ve hendekler, boşaltma kuyuları veya yatay drenler gibi drenaj mekanizmaları düzenlenilebilir. Diğer yaygın şev stabilizasyon yöntemi, şev topuğunda bir drenaj desteği inşasıdır. En basit biçimiyle, bir drenaj desteği, bir şevin topuğunda yerleştirilen iri çakıllar veya kırma taştan oluşabilir. Drenaj desteğinin amacı, şev topuğunu dengede tutmak için mümkün olduğu kadar ağır ve ayrıca alttaki zeminde sızmayı engellemeyecek şekilde yüksek geçirgenliğe sahip olmasıdır (Kayabalı, 2004). 2.9 Geosentetikler ve Donatılı Zemin Geosentetikler plastik ve camyününden (sentetik hammaddelerden) imal edilen malzemelerdir. Bu ürünler stabilizasyonda, zemin güçlendirmede (takviye, taşıma gücünün arttırılması), erozyon kontrolünde, güçlendirilmiş dolgu duvarlarında, güçlendirilmiş şevlerde veya toprak setlerde, ayırmada, açık kanallarda şev kontrolünde, köprü ayaklarında, yol temelleri, izolasyon, eğimli arazideki hafif yapıların güvenliği ve drenaj kontrolünde kullanılabilir. Geosentetikler geotekstil, geogrid, geonet ve geomembranlardan oluşmaktadır (Liu, 2004; Uzuner, 2000). Donatı, çelik ve alüminyumdan yapılmaktadır. Donatılı zemin (toprakarme); metal şeritler, çubuklar, geotekstiller gibi malzemeler kullanılarak yapılmaktadır. 38

53 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Betonarmede olduğu gibi, donatı ile zemin arasında sürtünme gerilmeleri oluşturularak zemin güçlendirilir (Uzuner, 2000). Kohezyonsuz zeminlerde donatı kavramı yer almaktadır. Salt yük taşımayan donatılara geotekstil denilmektedir (ENPC-LCPC, 1977; Koerner ve Welsh, 1980; Önalp, 1983). Geotekstillerin en önemli uygulaması hidrolik mühendisliğindedir (Cedergren, 1977; Önalp, 1983). Sıfır geçirimliliği yanında zamanla aşınıp işlevini kaybetmemesi geotekstillerin önemini arttırmaktadır. Geotekstiller, tekstil veya dokuma kumaşlara benzemektedir. Örgülü (geçirimli dokuma) ve örgüsüz (geçirimsiz dokuma) tipleri vardır. Örgülü tipi yüksek mukavemetlidir ve takviye, yük dağıtma ve seperasyon yani, iki değişik zemin tabakasının arasına yerleştirilerek bu zemin tabakalarının kendi özelliklerini kaybetmesini önleme görevi yapmaktadır. Bunun tipik bir örneği, geotekstilin iyi derecelenmiş bir zemin tabakası ile diğer zemin arasına yerleştirilerek zeminin özelliklerinin değişmesinin önlenmesidir. Güçlendirmede, kötü zemin tabakasının üzerine yerleştirilerek geotekstilin üzerine iyi zemin tabakası oluşturulabilmektedir. Filtrasyonda da kullanılabilen, zemin parçalarının geçemeyeceği kadar açıklıklara sahip olan geotekstiller de bulunmaktadır (Tunç, 2001; Liu, 2004). Geogridler geosentetiklere benzer fakat daha geniş açıklıklara sahiptir. Zayıf zeminleri güçlendirmede asfalt zeminlerde, cadde ve park alanlarında inşa edilmektedir. Şev güçlendirmede de kullanılan geogridler güçlendirme duvarı görevi görmektedir (Liu, 2004). Geonetler de geotekstillere benzer fakat kesişen nervürlere sahiptir. Ulaşım yollarında drenaj amaçlı veya toprak dolgularda ve istinat duvarlarının arkasında güçlendirme amaçlı kullanılabilir. Geomembranlar ise sugeçirmez ince plastik tabakalardan oluşmaktadırlar (Liu, 2004). Geokompozitler ise diğer tiplerin birlikte kullanılabilmesi için üretilen malzemelerdir. Koerner (1990), geosentetikler hususunda geniş kapsamlı bir çalışma yapmıştır ( Liu, 2004). 39

54 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER 2.10 Ankrajlar Kazılarda, yüzey kaplamasını tutmak üzere; kaplama, aralıklarla yerleştirilen ankraj çubuklarıyla zemine bağlanmaktadır. Bir çubuklu ankraj; cm çapında burgularla, gerekirse kaplama borusu kullanılarak, zeminin delinmesi, deliğin içine çelik çubukların yerleştirilmesi ve çubuk çevresindeki boşluğun varsa kaplama borusu çekilerek enjeksiyonla doldurulması ile oluşturulmaktadır. Enjeksiyon aktif bölge dışındaki uzunluğa uygulanır. Ankraj çubukları, yüzey kaplamasına tesbit edilir. Bazı durumlarda, çubuğa ön gerilme verilir. Ankraj çubukları çekme kuvvetine uğrarken, bu; ankraj çubuğu çevresindeki sürtünmelerle karşılanır. Hesap ilkeleri vardır. Benzer şekilde, delik açılmaksızın, zemine doğrudan çakılan ankraj çivileri de vardır (Uzuner, 2000) Diyafram Duvarlar Temel çukurunun birçok durumda, yanlarını kaplamak için, palplanş perdesi, kazıklı perde duvarı veya diğer kaplama yöntemleri yerine inşa edilirler. Diyafram duvarlar; kazı makineları ile açılan, dar ve derin hendeklerin, kil veya betonla doldurulması ile elde edilir. Hendek, belli uzunlukta, kısım kısım açılırken, içleri kil (bentonit) çamuru ile doldurulur. Kil çamuru hendek yüzlerine hidrostatik basınç uygulayarak, iç yüzleri adeta sıvayarak hendeğin iç yüzlerini kaplamaya gerek kalmaksızın tutar. Hendek açıldıktan sonra içine genelde öncelikle hazır donatı yerleştirildikten sonra beton yerleştirilerek duvar tamamlanır. Daha sonra bir tarafında kazı yapılabilir. Diyafram duvarlar bazen de geçirimsiz bir engel oluşturmak amacıyla inşa edilirler. Bu duvarlar bazen eğik ankrajlarla zemine bağlanırlar ( Uzuner, 2000). Cüruf katkılı çimento, boşluk suyunda yer alan aşındırma etkisine karşı büyük bir dirence sahip olduğundan, özel durumlarda tercih edilmektedir. Alternatif olarak çimento ağırlığının yüzdesi olarak (%10 dan başlayan oranda) uçucu kül ilavesi de bu direnci arttırmaktadır (Tosun, 2004). 40

55 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER 2.12 Katkı Maddeleri Uygulaması Problemli bir zemin üzerine yapılan herhangi bir yapı değişik oturmalar gösterebilir, düşük kayma gerilmelerine ve yüksek sıkışabilirliklere sahip olabilir. Genelde, temel yapısının tipi zeminin karakteristik özelliklerine bağlı olarak değişir. Zayıf bir zemine yüksek bir bina yapılması söz konusu olduğu zaman, zeminin taşıma kapasitesinin arttırılması gerekir. Bu tür durumlarda, zeminin taşıma kapasitesinin iyileştirilmesi zemin ıslahı yöntemleri ile sağlanabilir. Genel olarak, katkı malzemeleri ile karışım tekniği kullanılarak yapılan stabilizasyon, zemine kolay uyum sağlaması yönünden zemin durumunu iyileştirmek için büyük etkiye sahiptir. Katkı malzemesi olarak kireç, çimento, asfalt kullanılabildiği gibi bazı atık maddeler de kullanılabilir. Atık asfalt (RAP), beton inşaat molozu, by-pass çimento tozu (CBPD), bakır cüruf, petrolle kirlenmiş zemin (PCS), eski araba lastiği, uçucu kül gibi atık maddelerin kullanılmasıyla çevre korunmasına da katkıda bulunulup maliyet açısından da kazanç sağlanır. Bu maddelerin geri dönüşümü pratik değildir ancak, zeminin ıslahı için kullanılabilir. Çevre kirliliği birçok ülkenin sorunudur. Atık malzemelerin bina ve yol yapımında uygulanması mümkündür. Literatürde atık malzemeler kullanılarak yapılan birçok çalışma bulunmaktadır (Al-Amoudi, 1996; Al-Harty ve Taha, 2002; Al-Rawas,2002; Garg ve Thompson, 1996; Kontsa-Gdoutos, 2002; Lin ve Zhang, 1992; Meegoda ve Muller, 1993; Maher ve Popp, 1997; Taha, 2000; Taha, 2001; Taha, 2002). R. Taha, A. Al-Rawas, K. Al-Jabri, A. Al-Harthy, H. Hassan, S. Al- Oraimi (2003) yaptıkları araştırmalar sonucu atık asfalt (reclaimed asphalt pavement (RAP) aggregate), beton inşaat molozu, by-pass çimento tozu(cbpd), bakır rengi cüruf, petrollü bozuk zemin (PCS), eski araba lastiği, uçucu kül gibi atık malzemelerin zemin katkı malzemesi olarak kullanılıp zeminin mühendislik özelliklerinin iyileşebileceğini görmüşlerdir. İnsan tarih boyunca elindeki problemli malzemelere sihirli bir madde katarak sorunlarını çözmeyi çekici bir yol olarak görmüştür. Geoteknikte bir hint yağından fosforik asite, tuzdan melasa kadar her türlü kimyasal bileşim zeminlerin özelliklerini 41

56 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER iyileştirmek için uygulanmıştır. Kayma mukavemetini arttırmak, geçirimlilik ve suya isteği azaltmak, hacim değişimini en aza indirmek gibi amaçlarla yapılan çalışmaların her zaman bilimsel olduğu söylenemez. Ayrıca endüstri yan ürünleri ve atıklarının kullanılması jeolojik ortamın kirlenmesine yol açabilmiştir. Zamanın kazandırdığı deneyim incelenen yüzlerce maddeden sadece birkaçının sürekli uygulama olanağı bulduğunu göstermektedir. Bunlar etkinlikleri yanında, ucuzluk ve gereksinim duyulduğunda kolayca bulunabilme özelliğine göre çimento, bitüm, kireç, fosforik asit, kalsiyum bileşikleri, reçine ve polimerler, son olarak da çok değerlikli iyon içeren maddelerdir. Katkı maddeleri zemine laboratuarda çok yararlı görünürken, arazi uygulamasında etkin karışım güçlükleri, yağmur, sıcak gibi çevre koşulları nedeniyle bu olumlu durumu yitirebilirler. Bu nedenle, uygulayıcı tarafından öncelik verilen bir yöntem değildir. Katkı maddeleri ile stabilizasyon ulaşım yapılarında öncelikle kullanılmıştır. Bunun yanında su yapılarında da uygulama giderek artmaktadır. Bir diğer ilginç uygulama hafif binaların temellerinin sertleştirilmesidir. Böylece yetersiz doğal zemin kolaylıkla kullanılabilmektedir (Önalp, 1983) Stabilizör Seçimi Zeminlerin stabilizasyonunda stabilizör seçimi için, zemin cinsi, stabilizasyonun amacı (stabilite artışı, kaplama kalınlığının azalması, vb.), zeminin hangi özelliğinin iyileştirilmesi, maliyet ve elde edilme kolaylığı gibi hususlar daima göz önünde tutulmalıdır. Aşağıda zemin gradasyon üçgeni (Şekil 2.15) ve stabilizasyonda stabilizörün seçimi için rehber tablo (Çizelge 2.5) verilmektedir. Bu ikisinin beraber kullanımı ile stabilizör seçilir. Tabloda K-Ç-UK, kireç-çimento-uçucu kül kombinasyonunu göstermektedir. Çizelgede! işareti PI 20-((50-no.200 den geçen % si)/4) olduğunu göstermektedir. 42

57 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.5 Stabilizör Seçimi İçin Rehber (Tunç, 2002) Alan 1A 1B 1C 2A 2B 2C Zemin sınıfı SW SP SW SP SW-SC SM SC SM-SC GW GP GW GP GW-GC GP-GC GM GC 3 CH GM-GC CL ML OL ML-CL Önerilen stabilizör Asfalt Çimento K-Ç-UK Asfalt Çimento Kireç Asfalt Çimento Kireç K-Ç-UK Asfalt Çimento K-Ç-UK Asfalt Çimento Kireç K-Ç-UK Asfalt Kireç K-Ç-UK Çimento Kireç Kısıt PI<25 PI<10 PI<30 PI>12 PI<10! PI>12 PI<25 PI<25 PI<10 PI<30 PI>12 PI<25 PI<10! PI>12 PI<25 LL<40, PI<20 PI>12 No.200den Geçen Max %30 Max % Açıklamalar Sadece iyi gradasyonlu zemin No.4den geçen ağ. min %45.. Sadece iyi gradasyonlu zemin No.4den geçen ağ. min %45... Sadece iyi gradasyonlu zemin No.4den geçen ağ. min % Organik ve kuvvetli asidik zeminler bu alana giriyorsa stabilizasyon için uygun değildir. 43

58 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.15 Zemin Gradasyon Üçgeni (Tunç, 2001) Üçgen gradasyon monogramı zeminin ufalanma karakteristiği esas alınarak hazırlanmıştır. Bilindiği gibi killi zeminler özellikle kuru halde iken değişik boyutta ve ufalanması güç olan katı topaklar halinde bulunur. Zira killi zeminlerde kimyasal stabilizasyonun etkin olabilmesi için zeminin parçalanarak ufalanması gerekir. Böylece kullanılacak stabilizör, zemin ile homojen bir karışım yapabilecektir. Şekildeki (Şekil 2.15) monogram ile zeminin Alan No su tespit edilerek zeminin ufalanma karakteristiği belirlenir. Zeminin bu karakteristiği ile PI, LL, ve gradasyon özelliklerine bağlı olarak stabilizör seçim rehberinden (Çizelge 2.5) en uygun stabilizör cinsi belirlenmelidir. Örneğin stabilize edilecek zeminin PI değeri 15, %67 çakıl, %26 kum ve %7 ince ihtiva ediyor ise monogramdan 2B alanı bulunur. Tablodan bu alandaki zemin için asfalt, çimento, kireç veya kireç-çimento-uçucu kül kullanılması gibi dört farklı stabilizör önerilmektedir. Ancak zeminin PI değeri 10 dan büyük olmasından dolayı asfalt stabilizasyonu ve No.4 den geçen kısım 44

59 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER (%26+%7=%33)<%45 olması ise, çimento stabilizasyonu için uygun değildir. Dolayısıyla bu zemin için ya kireç ya da kireç-çimento-uçucu kül karışımının stabilizör olarak kullanılması halinde tüm şartları sağlayabilmektedir (Tunç, 2001) Kireçle Stabilizasyon Kireç bilinen en eski stabilizasyon malzemesidir. Çin deki uygulamaları yanında, Romalılar tarafından da yol yapımında kullanılmıştır. Roma yakınında Pozzuolini de çıkarılan volkanik külün kireçle karıştırıldığında reaksiyona girerek büyük dayanım kazandığı anlaşılmıştı. İnce daneli zeminlere kireç karıştırılması, zeminin plastisitesinin azalmasına, ayrıca kil mineralleri ile kireç arasında ortaya çıkan pozzolanik reaksiyon sonucu meydana gelen bir çeşit çimentolanma nedeni ile zeminin mukavemetinin artmasına yol açmaktadır. Söz konusu kimyasal reaksiyonlar nemlilik ve ısı gibi çevre koşullarının etkisi altında zamana bağlı olarak geliştiği için zeminin mukavemeti de zamanla artmaktadır. Genel olarak, kireç stabilizasyonu zeminin mukavemetinin ve şekil değiştirme modülünün artmasını, kabarma potansiyelinin ve şişme basınçlarının azalmasını ve çevre koşulları etkisi altında zeminin özelliklerinin bozulmasının daha sınırlı kalmasını yani dayanıklılığının artmasını sağlamaktadır. Ayrıca plastisitenin azalmasına yol açtığı için arazi çalışma koşullarının iyileşmesi sonucunu doğurmaktadır. Kireçle stabilizasyon daha yaygın olarak killi zeminlerden yapılan dolgularda özellikle yol inşaatlarında kullanılmaktadır (Özaydın, 2000). Kireç stabilizasyonu için hidrate kireç (sönmüş kireç, Ca(OH) 2 yani kalsiyum hidroksit) kullanılmaktadır. Sönmemiş kireç (CaO) ise yakıcı ve tehlikeli olması nedeniyle çoğunlukla kullanılmamaktadır. Kireçle stabilize edilmiş zeminin 7-günlük minimum serbest basınç mukavemet değeri 17,5kg/cm 2 olmalı ve durabilitesi ise kireç ve çimento stabilizasyonunda durabilite kriterleri tablosuna (Çizelge 2.6) uymalıdır. Bunun için değişik kireç oranlarında numuneler hazırlanıp kriterlere uyan en düşük kireç içeriği deneme- yanılma ile saptanmalıdır. 45

60 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.6 Kireç ve Çimento Stabilizasyonunda Durabilite Kriterleri (Tunç, 2002) Stabilize zemin cinsi edilecek 12 defa ıslatma-kurutma veya donmaçözülme periyodundan sonra numune ağırlığının kayıp % si olarak, Max müsaade edilir kayıp Granüler, PI< Granüler, PI> Silt 8-14 Killer 6-14 A-1,A-2-4,A-2-5,A-3 14 A-2-6,A-2-7,A-4,A-5 10 A-6,A-7 7 Kireç suyla karıştırıldıktan sonra elde edilen solüsyonun PH değeri yaklaşık 12,4 civarındadır. Ayrıca kireç zeminle yaptığı reaksiyon sonunda zeminin PL ve LL değerini önemli ölçüde azaltır. Dolayısıyla kireç miktarı, PH ve plastisite göstergeleri ile saptanabilir. Bunun için değişik kireç içeriğine sahip zemin karışımları hazırlanıp her bir karışımın PH değeri 1 saat sonra ölçülür. Minimum kireç içeriği kireç-zemin karışımının en büyük PH değerine sahiptir. Böylece başlangıç kireç içeriği saptanmış olur. Ayrıca zemin cinslerine göre yaklaşık kireç miktarı tablosu da rehber olarak kullanılabilir. Daha sonra başlangıç kireç içeriği civarında en az üç fakat ideal olarak beş ayrı kireç içeriğinde numuneler hazırlanmalıdır. Hazırlanacak numuneler optimum su içeriğinde şartnamede belirtilen sıkışma kriterlerine uygun olarak serbest basınç mukavemeti ve Çizelge 2.6 de belirtilen durabilite kriter testleri uygulanır. Kriteri sağlayan minimum kireç içeriği ile zemin stabilize edilmelidir. Zemin cinslerine göre yaklaşık kireç miktarı tablosundaki değerler kireç miktarının tayini için yapılacak laboratuar çalışmalarında teste başlangıç değerleri olarak alınabilir. 46

61 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.7 Zemin Cinslerine Göre Yaklaşık Kireç Miktarı (Tunç, 2002) Zemin cinsi Kuru zeminin ağırlıkça yüzdesi olarak İyi derecelenmiş çakıl 3 Kumlar Tavsiye edilmez Kumlu kil 5 Siltli kil 2 4 Plastik kil 3 8 Yüksek plastisiteli kil 3 10 Organik zeminler Tavsiye edilmez Tabloda öngörülen durabilite kriterlerinden ıslatma-kurutma ve donmaçözülme testlerinin nasıl yapılacağı aşağıda kısaca açıklanmıştır. Özellikle donmaçözülme testi donma- çözülme periyotlarının çok sık görüldüğü bölgeler için uygulanması gerekir. Dona maruz olmayan zeminler için bu testin uygulanması gerekmez. Her iki test için belirlenen miktarda stabilizör (kireç veya çimento) ile karıştırılan zemin numuneleri optimum su içeriğinde şartnamede belirtilen sıkıştırma kriterine göre sıkıştırılır ve 7 gün süreyle rutubet odasında kür için bekletildikten sonra aşağıdaki testler uygulanır. Islatma-kurutma testi şu şekilde yapılır: 7 günlük kürde bekletilen numune oda sıcaklığındaki suya daldırılır ve 5 saat bekletildikten sonra çıkarılır. Daha sonra 42 saat süreyle 71ºC fırında kurutulduktan sonra numunenin tüm yüzeyi tel fırça ile fırçalanarak ıslanma- kuruma esnasında gevşeyen malzemeler giderilir. Bu işlem 12 defa tekrarlandıktan sonra numune 110ºC fırında sabit ağırlığa ulaşıncaya kadar bekletilip tartılır ve test başlangıcına göre ağırlık kaybı belirlenir. Donma-çözülme testi şu şekilde yapılır: 7 günlük kürde bekletilen numune -23ºC deki donma kabininde 24 saat bekletilip çıkarılır. 21ºC lik ısıda %100 relatif rutubetli ortamda 23 saat bekletildikten sonra tel fırça ile gevşeyen malzemeler giderilir. Bu işlem 12 defa tekrarlandıktan sonra 110ºC fırında sabit ağırlığa ulaşana kadar bekletilip tartılır ve ağırlık kaybı belirlenir. Her iki test sonrası ağırlık kaybı 47

62 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER orijinal numune ağırlığının yüzdesi olarak hesaplanmalı ve kireç ve çimento stabilizasyonunda durabilite kriterleri tablosunda belirtilen değerlerden fazla olmamalıdır. Plastik olmayan ve düşük PI değerli zeminler için tek başına kireç kullanmak genellikle tatmin edici olmamaktadır. Bu durumda uçucu kül ilave edilirse, zeminin kireçle reaksiyonu mümkün olabilmektedir. Kaba gradasyonlu ve çok az ya da hiç ince malzeme içermeyen zeminler için kireç-çimento-uçucu kül kombinasyonu genellikle daha iyi sonuç vermektedir. Uçucu kül çimento gibi silis ve alüminyum içeren puzolanik bir malzeme oluşu nedeniyle kireç ve su ile karıştırıldığında yüksek basınç mukavemetleri elde edilebilmektedir. Aynı şekilde tabii puzolanlar bu tip davranış gösterdiğinden dolayı zeminin mukavemet artışı için uygun stabilizörlerdir. Genel olarak, fazla organik olan zeminler ile hiç kil ihtiva etmeyen zeminler için kireç stabilizasyonu etkili değildir. Fakat killi çakıllı zeminlerde kireç stabilizasyonunun etkisi oldukça büyüktür. Hatta bu tip zeminler için çimento stabilizasyonuna nazaran daha büyük mukavemetler elde edilebilmektedir. Ayrıca killi zeminlerde su içeriği sürekli değişiyorsa kireçle stabilize edilerek hacimsel değişimi stabil hale getirmek mümkündür. Şekil 2.16 da değişik tip zeminler için kireç miktarı ile serbest basınç mukavemeti arasındaki ilişki görülmektedir (Tunç, 2002). Şekil 2.16 Kireç İçeriğinin Çeşitli Zeminlerdeki Etkisi (Tunç, 2002) 48

63 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Kireç stabilizasyonu killi zeminlerde daha etkin olmakla beraber kumlu killerde etkisi oldukça azdır. Ayrıca kireç içeriği %8 den fazla ise mukavemet artışına etkisi son derece az iken %8 e kadar kireç içeriğindeki artışlarda zemin mukavemetinin artışı daha fazla olmaktadır. Özellikle zemindeki kil miktarı arttıkça %10 dan daha fazla kireç içeriklerinde mukavemet artışı yok denecek kadar az olmaktadır. Görüldüğü üzere, çimento stabilizasyonunda olduğu gibi kireçle yapılan stabilizasyonlarda da mukavemet zamana bağlı olarak artar. Şekil 2.17 de görüldüğü gibi, aynı kireç içeriğine sahip farklı zeminlerdeki zamana bağlı mukavemet artışı farklıdır. Şekil 2.17 deki mukavemet kireç içeriği tipik davranışı, Şekil 2.20 deki mukavemet artışı davranışına benzemektedir. Yani kireç stabilizasyonunun başarılı olması için zeminin belli bir miktarda kil ihtiva etmesi gerekmektedir. Ancak zemin ne kadar çok organik madde ihtiva ediyorsa mukavemeti de o kadar az olacağı unutulmamalıdır. Zaten organik zeminlerin kimyasal stabilizasyon ile ıslah edilmeleri hemen hemen mümkün değildir. Şekil 2.17 Aynı Kireç İçeriğindeki Farklı Zemin Cinslerinin Zamana Bağlı Mukavemet Artışı (Tunç 2002) 49

64 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Kireç stabilizasyonu ile elde edilen faydalar ve ekonomik kazançlar genel olarak çimento stabilizasyonuna nazaran elde edilen faydalardan daha fazladır. Bu nedenle ulaşım yapılarında kireç stabilizasyonu daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Zemine kireç katıldığında sodyum (Na + ) ve hidrojen (H + ) iyonları ile kirecin kalsiyum (Ca + ) iyonları suyla reaksiyona girerek kil tanelerini birbirine bağlamakta, plastisitesini düşürmekte ve şişebilen zeminlerde şişme potansiyelini önemli ölçüde azaltabilmektedir. Ayrıca zemindeki SiO 2, Al 2 O 3 ve Fe 2 O 3 bileşikleri kirecin kalsiyumu ile reaksiyona girerek kalsiyum silikat ve kalsiyum aluminant gibi mukavemetli ürünler elde edilir. Bu ürünler bilindiği gibi Portland çimentosunun suyla yaptığı reaksiyondan sonra meydana gelmektedir. Sonuç olarak zemin-kireç reaksiyonu sonunda hem çimentolaşma hem de daha düşük plastisiteli zemin elde edildiğinden dolayı istenilen stabilizasyon da sağlanmış olmaktadır. Kireç stabilizasyonunun en büyük özelliği zeminin PI değerini düşürmesidir. Şekil 2.18 de bu durum açıkça görülmektedir. Örneğin bir zeminin PI=39 ve No.40 dan geçen miktar %55 ise PI değerini %100 den başlayarak en yakın eğriye paralel olarak ilerletip kesişen noktadan dik yukarı çıkıldığında PI=32 okunur. Yani zemine ağırlıkça %5 kireç ilave edilirse PI değeri 39 dan 32 ye düşmektedir. Fakat %7 kireç ilave edilecekse PI değerini %100 den başlatılırken, %7 eğrisine paralel olarak ilerletilip %55 yatay doğrusu ile kestirilip dik çıkılırsa PI=22 bulunur. Yani kireç içeriği arttıkça PI azalmaktadır. 50

65 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.18 Kireç miktarının PI değerini azaltma etkisi (TUNÇ, 2001) Killerde görülen monovalan katyonlar divalan kalsiyum iyonları ile yer değiştirirler. Katyonların değişimleri için şöyle bir sıralama yapılabilir: Al 3+ >Ca 2+ >Mg 2+ >NH 4 + >K + >Na + >Li + (2.7) Bu serideki herhangi bir katyon onun sağındaki iyonları değiştirebilir. Örneğin kalsiyum iyonları kilde potasyum ve sodyum iyonları yerine geçebilir. Böylece kil danecikleri daha büyük danecikler oluşturur biçimde birbirine kenetlenir. Sonuçta likit limit azalır, plastik limit artar, plastisite indeksi azalır, şekil değiştirme modülü artar, şişme-büzülme azalır, çekme mukavemeti artar, suya karşı direnç artar, geçirimsizlik artar, işlenebilirlik artar ve mukavemet ve sıkışabilirlikte iyileşme görülür. Puzzolonik etkide ise zeminin silika ve alüminası ile kireç arasında reaksiyon olarak bağlayıcı etki elde edilir ve etki uzun süre devam eder. Ca(OH) 2 +SiO 2 CSH (2.8) 51

66 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Kireç katkının özellikle ilk %2-%3 miktarının oldukça fazla iyileştirme etkisi vardır. Kireç ile iyileştirmenin organik killerde de başarılı olduğu, organik maddenin puzzolonik etkiyi bloke etmeyip zeminin temel özelliklerini değiştirmede yardımcı olduğu, işlenebilirliği arttırdığı ve %2 katkının yeterli olduğu (organik maddenin değişim kapasitesini sağlamakta) araştırmalarla belirlenmiştir (Yıldırım, 2002). Kil mineralleri içeren zeminlerin önemli bir bölümü %3-8 arası sönmüş kireç eklenmesine olumlu cevap verir. Suyun varlığında hidratlı hidratlı silis içeren kil mineralleri ve diğer incelerle sert ve suda erimez bir kalsiyum silikat jeli oluşturur. Kireç kil mineralinin kristal kafesinden silisi sökerek reaksiyona girer. Oluşan jel kil topaklarını çevreleyip boşlukları tıkar. Zaman geçtikçe jel tobermoit ve hillebrandit olarak adlandırılan hidratlı silise dönüşür. Bu sırada ortamda su azalırsa süreç önlenecektir. Oluşan reaksiyon NAS 4 +CH NH+CAS 4 H NS+ ayrışma ürünü (2.9) NH+C 2 SN Eşitlik 2.9 ile gösterilirse burada N: Na 2 O, A: Al 2 O 3, S: SiO 2, H: su C ise CaO yu göstermektedir. Zamana ve ortam ısısına bağlı olarak ise reaksiyon şöyle sürer: Kil+Kireç CSH(jel) CSH(II) CSH(I) tobermorit (2.10) Kireç stabilizasyonunda en zararlı etken zeminde bulunabilecek organik malzemedir. Organik madde ve sülfat iyonunun varlığı önceleri stabilizasyonun olumsuz etkilendiğini belli etmemekte, ancak daha sonra kuruma-ıslanma olduğunda zemin ufalanmaktadır. Zeminle karıştırıldığında kirecin ilk etkisi plastisiteyi düşürmektir. Ortamın PH sı azaldığından yapı floklanmakta, böylece ağır killeri işlemek kolaylaşmaktadır. Kullanılan kirecin kimyasal özelliği de önem taşır. Dolomitik ve saf kalsiyum kirecin farklı özellikli killerde montmorillonit başta olmak üzere değişik sonuçlar vermektedir. 52

67 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Yapılan son araştırmalar kireçle stabilizasyonun başarısını arttıran en anlamlı özelliğin zeminde amorf durumda bulunan silisin miktarı, ikinci özelliğin ise alumina içeriği olduğunu göstermiştir. Şekil 2.19 da Pazar ve Çaykara killerinin artan kireç yüzdeleri ve kür sürelerine bağlı olarak dayanım kazanması görülmektedir (Balta, 1982). Şekil 2.19 Kireç Katkısının Kil Dayanımını Arttırması (Önalp, 1983) Laboratuar ölçümlerinde genel kanı kayma direncinin serbest basınç deneyi sonucu (q u ) ile ifade edilebileceği merkezindedir(mitchell, 1976). Buna göre yaklaşık bağıntılar Poisson oranı υ=0,1olmak üzere: Kayma direnci (kpa) s=(60+0,29q u )+σ tan (25-35) (2.11) Elastisite modülü (σ 3 =100kPa) E = 70+(0,124q u ) (2.12) Brezilya çatlama direnci σ t =0,13q u (2.13) CBR 0,2-0,25q u (2.14) İfadeleriyle özetlenmiştir. 53

68 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Kireçle stabilize edilmiş zeminlerin en önemli özelliklerinden biri otojen onarım mekanizmasıdır. Bu terim, yenilmiş bir bağlayıcılı malzemenin direncini zamana bağlı olarak kazanması sürecini anlatmaktadır. Kesin olmamakla birlikte bu onarımın, kırılma ya da akmanın kısa kür sürelerinde daha etkin olduğu ve artan rutubet, sıcaklık gibi çevre koşullarından olumlu etkilendiği bulunmuştur. Bir büyük projede zeminin hangi yüzdede kirece gereksinimi olduğunu saptamak için en uygun yolun küçük bir araştırma programı uygulayarak %3-8 arası katkı ve gün bekletilme süreleri ile optimumun bulunması olduğu bilinmektedir. Ancak çabuk yanıt istenen durumlarda her %10 kil içeriği için %1 kireç uygulaması kuralı kullanılabilir. Bulunacak yüzdenin ±2 sinde hazırlanan iki örnekten de optimum hakkında bilgi edinilebilir. Yine hızlı kontrol için zeminin PH değerini katılıştan 1 saat sonra 12,4 e çıkaracak kireç yüzdesi de üst limit olarak tanımlanabilir (Grim, 1962; Önalp, 1983). Kireç katkısı kil içeriği yüksek zeminler için en uygun malzeme olarak belirmiştir. Ayrıca oluşan reaksiyon hızının yüksek olmaması nedeniyle yapım sırasında sorunlar çıkarmaması bir avantajdır. Yerinde yapılacak gecikmeli kompaksiyonun bazı sakıncaları öne sürülmüşse de bu diğer katkı maddelerine oranla ihmal edilebilecek ölçektedir. Yeni yapılan araştırmalar kil içeriği yüksek olan zeminlerde jipsin de kireç kadar faydalı bir katkı malzemesi olabileceğini göstermektedir Çimento ile Stabilizasyon Çimento, ana hammaddeleri kalker, kil ve alçıtaşı olan hidrolik bir bağlayıcıdır. Çimentonun bu yapıştırma özelliğini yerine getirebilmesi için mutlaka suya ihtiyaç vardır. Çimento, su ile reaksiyona girerek sertleşen bir bağlayıcıdır. Kırılmış kalker, kil ve gerekiyorsa demir cevheri ve / veya kum katılarak öğütülüp toz haline getirilir. Bu malzeme C'de döner fırınlarda pişirilir. Meydana gelen ürüne "klinker" denir. Daha sonra klinkere bir miktar alçı taşı eklenip (%4-5) oranında, çok ince toz halinde öğütülerek Portland Çimentosu elde edilir. Katkılı çimento üretiminde; klinker ve alçı taşı dışında, çimento tipine göre tek veya 54

69 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER birkaçı bir arada olmak üzere tras, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı vb. katılır. Çimento birçok beton karışımında hacimce en küçük yeri işgal eden bileşendir; ancak beton bileşenleri içinde en önemlisidir. Beton üretiminde kullanılacak çimento TS EN e uygun olmalıdır. TS EN Standardına göre çimento türleri ekler kısmında çizelgede sıralanmıştır. Çizelgede verilen çimento türlerinin başlıcalarının tanımları ise şu şekilde yapılmaktadır: CEM I Portland Çimentoları: Portland çimentosu klinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcılardır. CEM II : Kütlece, A tipleri için en çok 20 kısım, B tipleri için 35 kısım puzolanik madde ve portland çimento klinkerinin, bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesiyle elde edilen hidrolik bağlayıcıdır.buradaki "puzolanik maddeler" deyimi, kendi başlarına hidrolik bağlayıcı olmadıkları halde, ince olarak öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek bağlayıcı özelikte bileşikler oluşturan maddeleri ifade etmektedir.yüksek fırın cürufu, demir-çelik üretiminde yüksek fırınlarda oluşan ve uygun şekilde aktifleştirildiğinde hidrolik özelikler gösteren ve kütlece en az 2/3 oranında camsı cüruf ihtiva eden suni bir puzolandır. Uçucu kül ise, pulverize kömür yakılan fırınlardan atılan baca gazından, toz partiküllerinin elektrostatik veya mekanik olarak çöktürülmesiyle elde edilen suni bir puzolanik maddedir. Silika fume (silis dumanı) katkısı, yüksek miktarda amorf silisyum dioksit ihtiva eden çok ince küresel partiküllerden oluşan suni bir puzolanik maddedir. Portland Kompoze Çimento: Portland kompoze çimento, çeşitli oranlarda portland çimentosu klinkeri ve katkı maddelerinin, priz düzenleyici olarak da kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. CEM III Yüksek Fırın Cüruflu Çimento: Yüksek fırın cüruflu çimento, % 36 ile %95 arasında belirtilen oranlarda cürufun ve portland çimentosu klinkerinin, priz düzenleyici olarak kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bir bağlayıcıdır. 55

70 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER CEM V Kompoze Çimento: Kompoze çimento, çeşitli oranlarda portland çimentosu klinkeri ve katkı maddelerin priz düzenleyici olarak da kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. TS EN 197 standardı çıktıktan sonra özel amaçlı üç çimento standardı dışındaki bütün eski standartlar yürürlükten kaldırılmıştır. Bu üç standart TS 21 Beyaz Portland Çimentosu, TS 22 Harç Çimentosu ve TS Sülfatlara Dayanıklı Çimento standartlarıdır. Yürürlükten kaldırılan genel amaçlı çimentoların eşdeğerleri yeni standardda kapsanmaktadır. Sülfatlara Dayanıklı Çimento: C 3 A miktarı en çok %5 olan portland çimentosu klinkerinin bir miktar alçıtaşı ilavesi ile öğütülerek elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Beyaz Portland Çimentosu: Bu çimento gerçekte bir portland çimentosudur, gri renkli çimentodan yalnızca renginin beyaz olmasıyla fark eder. Bu tür çimento esas olarak mimari amaçlarla kullanılır. En çok kullanılan çimento tipleri Portland Kompoze Çimento, Katkılı Çimento, Cüruflu Çimento ve Sülfata Dayanıklı Çimento'dur, bunun dışında özel amaçlar için Beyaz Portland Çimentosu, ve diğer bazı tip çimentolar kullanılmaktadır. Normal betonda agrega taneleri en sağlam unsur olduğundan diğer iki unsur (çimento hamuru ve aderans) mukavemeti belirlemektedir. Çimento hamurunun mukavemeti önemli ölçüde su/çimento oranına da bağlıdır. Fu ve ark. (2000) da yaptıkları araştırmada klinker, cüruf, uçucu kül ve bazı aktivatörler ile yüksek mukavemetli kompoze portland çimentosu elde etmişlerdir. Çimento kullanımı ile zemin stabilizasyonu A.B.D. de eyalet karayollarının 1920 deki uygulamalarına kadar gitmektedir. Endüstrisinin gelişmesi nedeniyle de Türkiye koşullarında uygun bir yöntem haline gelmiştir. Artan trafik yükleri başta hava meydanları olmak üzere tüm ulaşım yollarında çimento ile stabilize edilmiş temel ve alt temel uygulamasını zorunlu hale getirmektedir. Çimento içinde mevcut silika stabilizasyon için gerekli pozzolanik maddeyi oluşturmaktadır. Dolayısıyla içinde pozzolanik madde içermeyen yani kil mineralleri olmayan zeminler için de etkili olmaktadır. Beton hazırlamada olduğu gibi, çimento zemin daneleri arasında bağlayıcı bir işlev görmektedir. Betondan en önemli farkı 56

71 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER çok düşük çimento oranları kullanılmasıdır. Zemin- çimento karışımı çok düşük mukavemetli beton olarak düşünülebilir. Zeminin mukavemetindeki artışlar çimento oranına bağlı olmakta ve zaman- mukavemet artışı ilişkisi betondakine benzemektedir. Çimento stabilizasyonu uygulanan zeminlerin mukavemet ve dayanıklılığını (nemlilik ve ısı değişimlerine direncini) deneysel olarak saptamak gerekmektedir (Özaydın, 2000). Beton özellikleri nedeniyle çimento-zemin ilişkilerinin bir bölümü iyi bilinmektedir. Kilin varlığı katkı maddesinin birincil reaksiyonlar dışında da süreçler oluşturmasını sağlamaktadır. Suyun varlığında kireçte olduğu gibi çimento-zemin reaksiyonları CSH ürünü vermektedir. Çimentonun içinde silis bol miktarda bulunduğu için kireçte olduğu gibi ortamın bu bileşiğe gereksinmesi bulunmamaktadır. Diğer reaksiyonlar kirece benzer. Betonda olduğu gibi özellikle sülfatlı tuzlar ve organik malzeme zemin-kireç karışımının dayanım kazanmasını geciktirmekte ve önlemektedir. Zemin mukavemeti ve durabilitesinin arttırılması amacıyla çimento stabilizasyonu uygulanacaksa; No.200 den geçen kısım maksimum %25, serbest basınç mukavemeti minimum 17,5kg/cm 2 (7 gün ve CBR kalıbı ile) ve durabilitesi kireç-çimento stabilizasyonunda durabilite kriteri tablosunda belirtilen şartları sağlayan minimum çimento miktarı ile zemin stabilizasyonu yapılmalıdır. Değişik zemin sınıfına göre çimento ihtiyacı tablosu ve zemin tipleri için tahmini çimento miktarı tablosundan zemin tipine göre tahmini çimento miktarı seçilerek bunun altında ve üstünde en az 3 ama ideal olarak 5 ayrı çimento içeriğinde numune hazırlanır. Bu numuneler üzerinde serbest basınç dayanımı ve durabilite testleri uygulanarak minimum çimento miktarına karar verilir. Hazırlanacak numuneler optimum su içeriğinde şartnamede belirtilen sıkışma kriterlerine uygun olarak sıkıştırılıp kür edildikten sonra test edilmelidir. 57

72 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.8 Zemin Tipleri İçin Tahmini Çimento Miktarı (Tunç, 2002) Zemin Cinsi (Tek veya Karışım Olarak) GW,SW GP,GW-GC,GW-GM,SW-SC,SW-SM GC,GM,GP-GC,GP-GM,GM-GC, SC,SM,SP-SC,SP-SM,SM-SC,SP CL,ML,MH CH Çimento İhtiyacı Ağırlıkça% (sınır) 5 (3-8) 6 (5-9) 7 (7-11) 9 (8-13) 11 (9-15) Çizelge 2.9 Değişik Zemin Sınıflarına Göre Çimento İhtiyacı (Tunç, 2002) AASHTO (Zemin Sınıfı) A-1-a A-1-b A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 Birleştirilmiş Zemin Sınıfı GW,GP,GM,SW,SP,SM GM,GP,SM,SP GM,GC,SM,SC SP CL,ML ML,MH,CH CL,CH MH,CH Tipik Çimento İçeriği (%Ağırlıkça) Çimento İhtiyacı Sınırları %Hacimce%Ağırlıkça Zemin cinsine göre serbest basınç mukavemeti-çimento içeriği arasındaki ilişki Şekil 2.20 de görülmektedir. Buradan da görüleceği gibi çimento stabilizasyonu granüler zeminlerde en iyi sonucu vermektedir. Ayrıca bu tip zeminlerde çimento stabilizasyonu ile mukavemet artışı çimento miktarı kadar zemin sıkıştırma miktarına ve yeterli kür edilmesine bağlı olarak değişir. Çimento stabilizasyonu için çimento ihtiyacı zemin cinsine ve ıslatma-kurutma ile donmaçözülme direncine bağlı olarak değişir. Örneğin iyi derecelenmiş ve ince (silt ve kil) içermeyen bir zemin için %5 den daha az, az veya normal plastik zeminler için yaklaşık %10 ve plastik killer için %13 den daha fazla çimento içeriği gerekebilir. Tablolarda bu değerler verilmektedir. 58

73 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.20 Çimento Stabilizasyon Mukavemeti İle Çimento İçeriği İlişkisi (Tunç, 2002) Zemin-çimento karışımının su ihtiyacı Standart Proctor testi ile belirlenir. Çimento stabilizasyonu için su ihtiyacı hem çimentonun reaksiyonu hem de daneleri ıslatmak için gerekli suyun toplamına eşittir. Çimento ile stabilize edilmiş zeminlerde betonlarda olduğu gibi rötre çatlakları oluşabilmektedir. Eğer karışım suyu ne kadar fazla olursa rötre çatlakları da o kadar fazla olmaktadır. Her ne kadar çimento dozajı 80 ila 200kg/m 3 gibi düşük olsa da yine de rötre çatlakları oluşmakta ve zeminde kılcal fisürlerin oluşmasına neden olmaktadır. Bunu azaltmak için, karma suyu mümkün mertebe az tutulmalı ve kür süresince zeminin rutubetli olması sağlanmalıdır. Ayrıca çimento miktarı arttıkça rötre çatlakları attığından dolayı minimum seviyede çimento kullanılmasına çalışılmalıdır. Çimento ile stabilize edilen zeminlerde serbest basınç mukavemeti ile kayma mukavemeti arasındaki ilişki Saito ya göre aşağıdaki gibi ifade edilmektedir. Burada; τ 28,53 + 0,37σ 28 0, 0014 = 0 σ (2.15) 2 28 τ 28 : 28 günlük kayma mukavemeti (direk kayma testi ile belirlenen), kg/cm 2 σ 28 : 28 günlük serbest basınç mukavemeti, kg/cm 2 ( σ 28 60kg/cm 2 ise) 59

74 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Mitchell e göre zemin-çimento karışımının serbest basınç dayanımı aşağıdaki formülle ifade edilmektedir. Burada; t = σ t0 + K logt / σ t (2.16) σ t :t gündeki serbest basınç dayanımı, kpa σ t0 : t 0 gündeki serbest basınç dayanımı, kpa 0 K: Katsayı, granüler zeminler için 480 c/c ve ince daneli zeminler için 70 c/c c/c: Çimento içeriği, ağırlıkça yüzde (Tunç, 2001). Çimento birincil reaksiyonlar sonucu zemin matrisinde güçlü bağlar oluşturur. Bu reaksiyonun etkinliğini azaltmamak için laboratuar ve arazide altı saatten geç sıkıştırma işlemlerinden kaçınılmalıdır. Birincil reaksiyonda çimentonun bilinen hidroliz ve hidratlanması rol oynar. 2CaSiO+6H 2 O Ca 3 Si 2 O 7.3H2O+3Ca(OH) 2 (2.17) Şekil 2.21 de verilen grafik bir anlamda bu sürecin hakim olduğu malzemenin çimento gereksinimini göstermektedir. 60

75 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Şekil 2.21 Çimento Katkı Yüzdesinin Hesaplanması (Önalp, 1983) Çimento ile stabilizasyonda, zemine kuru birim hacim ağırlığının %5-15 i kadar çimento katılarak, karıştırılarak, kompaksiyon uygulanır. Saf kohezyonlu ve organik zeminler dışındaki zeminler, bu yöntem için uygundur. Çimento, daneler arası bağlar oluşturur. Genellikle, portland çimentosu kullanılır. Uygun çimento miktarı, serbest basınç ve diğer dayanıklılık deneyleri ile belirlenir. Çimento katılmış, iyice karıştırılmış zemine, kompaksiyon uygulanır. Katılan su, çimentonun sertleşmesi için de yeterli olmalıdır. Zeminde ince kısım var ise, optimum su muhtevasından biraz fazla olan su muhtevası ile çalışılır. Çimento katılarak sıkıştırılan zemin, aynen beton gibi, bir süre ıslatılır. Çimento ile birlikte, çimento miktarını azaltmak vb. için, bazen uçucu kül gibi başka katkı maddeleri de zemine ilave edilebilir (Uzuner, 2000). İkincil reaksiyonlar kil minerali yapısı ve ortamda mevcut amorf malzemedeki değişikliklerle yeni bir bağlayıcı oluşmasını sağlamaktadır. O halde, çimentonun beton oluşumundaki etkisinin zemin çimento karışımlarında da etken olduğunu düşünmek hatalı olacaktır. Kireçteki simgeleri kullanarak çimentoda C 3 S, 61

76 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER C 2 S, C 3 A vec 4 A (F=Fe 2 O 3 ) bileşikleri bulunduğu bilindiğine göre birincil reaksiyonu tekrar yazalım: C 3 S+ H 2 O C 3 S 2 H x + Ca(OH) 2 (2.18) Kalsiyum hidroksit kristalleşerek hem iri daneleri hem de kil floklarını bağladıktan sonra ayrışır: Ca(OH) 2 Ca (OH) - (2.19) Ca ++ +2(OH) - + S CSH (2.20) + A CAH Aynı zamanda; Ca ++ + NS (zemin silisi) CSH+ Na + (2.21) +NA (zemin alumini) CAH+ Na + Reaksiyonlar hızlandırılmak isteniyorsa sodyum hidroksit ve sodyum metasilikat eklenmelidir. Zeminin özellikleri çimento yüzdesi ve kür süresine bağlı olarak iyileşmektedir. Bunlar yanında direnime önemli katkısı olan etken kuru birim hacim ağırlıktır. Serbest basınç direnci q u =A e bγ (2.22) Biçiminde logaritmik bir bağlantıyla verilmiştir. A ve b zemin için değişmez sayılardır. Son yirmi yılın deneyimleri çimento ile stabilize edilmiş iri ve ince daneli zeminlerde aşağıdaki tabloda özetlenen özelliklerin olasılığını saptamış bulunmaktadır. Burada da serbest basınç direnci ana kriter olarak kullanılmaktadır. c çimento içeriğidir. Çimento katkılı malzemelerde dayanımın serbest basınç yanında çekme, tercihen Brezilya çatlatma deneyiyle de ifade edilmesi anlamlı olacaktır. 62

77 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.10 Çimento Stabilizasyonunun Sıkıştırılmış Zemine Etkisi (Önalp, 1983) ÖZELLİK İRİ DANELİ İNCE DANELİ Birim hacim ağırlık(t/m 3 ) 1,6-2,2 1,4-2,0 Serbest basınç direnci (kpa) C C Kür etkisi (t günde) q u = qu o C log(t/t 0 ) q u = qu o + 70 C log(t/t 0 ) Kayma direnci (kn/m 2 ) c= 50+0,225q u + σtan45 0 c= 50+0,22q u + σtan40 0 CBR 0,0038(q u ) 1,45 0,0038(q u ) 1,45 Elastisite Modülü (mpa) 7-35x10 3 0,7-7x10 6 Poisson oranı 0,1-0,2 0,15-0,35 Geçirimlilik k (cm/sn) <1x10-6 <1x10-6 Çizelge 2.10 da verilen değerler laboratuarda kontrollü koşullarda hazırlanmış örnek özelliklerini yansıtmaktadır. Ancak uygulamada, özellikle stabilize edilmiş zeminin çekme ve eğilmeye direnci oldukça farklı çıkmaktadır. Bunun nedeni büzülme çatlakları olarak açıklanmıştır. Yol ve hava alanı pistlerinde temel kalınlığı 20cm den küçük olduğunda önem kazanan büzülme çatlağı sorunun statik sıkıştırma ve yüksek çimento oranlarıyla azalmaktadır. Ayrıca büzülmeyi minimuma indirmek için karışımım kuru yapmak ve suyu yayma-yerleştirme sırasında ekleyerek buharlaşmayı önlemek gerekmektedir. Konu hakkında farklı bir görüş, ortamda çatlama önlenemeyeceğine göre stabilize zeminin iri bloklara bölünmesinin olumsuz bir sonuç olmayacağıdır (Önalp,1983). Arazi uygulaması için başlıca üç yöntem vardır. Bunlardan yerinde karıştırma yönteminde hazırlanan tabaka üzerine hesaplanan miktarda çimento düzgün yayılarak, karıştırılıp sıkıştırılır. Gezici santral yönteminde gezen bir sistem ile yüzeyden alınan zemin, çimento ve su katılarak, karıştırılıp tekrar yüzeye bırakılır, yayılır ve sıkıştırılır. Sabit santral yönteminde ise, zemin sabit bir santrale taşınır, burada çimento ve su katılır, karıştırılır ve tekrar yerine taşınır, yayılarak sıkıştırılır (Uzuner, 2000). Haeri ve ark. (2005), Tahran alüvyonlu zemini için çimento ile kumlu çakıl zeminlerin stabilizasyonu hakkında bir çalışma yapmışlardır. Dane dağılımı, sıkılık ve çimento muhtevası kontrol faktörleridir. Hazırlanan numuneler konsolidasyonlu drenajsız üç eksenli basınç deneyi ile kırılmıştır. 100mm çapında ve 200mm yüksekliğinde hazırlanan numunelerin portland çimentosu içeriği %1.5, %3, %4.5, 63

78 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER %6 ve %9 olarak hazırlanmıştır. İki farklı sıkılıkta hazırlanan numuneler kompaksiyon testinden elde edilen optimum su muhtevasında sıkıştırılmıştır. Numuneler 28 gün sonucunda deneye tabi tutulmuştur. Şekil 2.22 den de anlaşılmaktadır ki, çimentosuz zemin numunesinde plastik kırılma, çimentolu zeminde ise sert zeminlerde gözlenen diyagonel kırılma meydana gelmiştir. Şekil 2.22 Serbest Basınç Deneyinden Sonra Numunelerin Görünüşü (Haeri ve ark., 2005) Çimento muhtevası ve sıkılık arttıkça mukavemetin de arttığı görülmüştür. Düşük portland çimentosu içeriğinde kireçle doğal olarak çimentolanmış zemin ile portland çimentosu ile çimentolandırılmış zemin arasında fazla mukavemet farkı görülmemiş fakat oran arttıkça fark da artmıştır. Çimento artıkça daha fazla dayanım görülmüştür. Buna benzer bir çalışma da Asghari ve ark.(2003) tarafından doğal olarak kireçle çimentolanmış ve çimentolanmamış olmak üzere numunelerde Tahran alüvyonlu zemininde yapılmıştır. Drenajlı ve drenajsız üç eksenli deneyler sonucunda aynı şekilde diyagonal ve plastik kırılmalar açık şekilde görülmüştür. Bahar ve ark.(2004), mekanik ve kimyasal olarak stabilizasyonu incelemişler ve mekanikte dinamik kompaksiyon ve vibrokompaksiyon yöntemini, kimyasalda ise çimento katkısını araştırmışlardır. Bunun için laboratuarda model deneyler yapmışlardır. Kompaksiyon deneyini dinamik olarak yapabilmek için 12.5kg lık tokmak kullanılmış ve 820mm yükseklikten düşürmüşlerdir. %0, %4, %6, %8, %10, %12, %15 ve %20 oranlarında kum zemine çimento eklemişlerdir. Bazı numuneler 64

79 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER su içinde bekletilmiştir ve 48 saat sonunda dinamik kompaksiyon yapılmasına ve yüksek çimento muhtevasına rağmen düşük dayanımlar elde edilmiştir. Bu da göstermektedir ki binaların su ile direk temasından kaçınılmalıdır. Deneyler optimum su muhtevasında daha iyi sonuçlar vermiştir. Sonuçta mekanik stabilizasyonla, kimyasal stabilizasyonun kombinasyonunun en uygun olduğunu savunmuşlardır. Dinamik kompaksiyon daha uygun sonuçlar vermiştir Bitümlü Stabilizasyon Kireç ve çimento stabilizasyonu pozzolanik reaksiyonlar sonucu zeminin mukavemetini arttırırken, asfalt stabilizasyonu zeminin suyun zararlı etkilerinden korunması ve daneleri birleştirici yönde bir rol oynamaktadır. Daneler yüzeyini kaplayan asfalt ince daneli zeminlerin sudan yumuşamasını önleyici bir etki gösterirken iri danelerden oluşan zeminlerin ise kohezyon kazanmasına yol açmaktadır. Ayrıca, danelerin birbirine yapışmasını sağlayıcı etkisi sonucu su ve rüzgar erozyonuna karşı direnci artırmaktadır. Asfalt stabilizasyonunun da en yaygın olarak karayollarında kullanıldığı bilinmektedir (Özaydın, 2000). Bitümle stabilize edilen ince daneli zeminler için suya dirençli ama yüksek kohezyonlu ve kumlu zeminler için daneler arasında güçlü bağ kuvveti olan stabil bir yapı elde edilir. İki veya daha fazla zemin karıştırılarak iyi bir gradasyon elde edilebilirse nispeten daha az miktarda asfalt katkısı ile su geçirimsiz satabil zeminler elde edilebilir. Katbek (sıvı) asfaltın zemine püskürtülmesi ile geçirimsiz ve durabil yüzeyler elde edilebilmektedir. Eğer ince daneli zemine kireç katılırsa asfaltın zemine penetre etmesi ve homojen bir karışım elde edilmesi de oldukça kolaylaşmaktadır. Bitümle stabilizasyon için zeminin Çizelge 2.11 de verilen gradasyonu sağlaması gerekir. Aksi halde zemine başka bir uygun zemin karıştırılarak istenilen gradasyon sağlanmalıdır. 65

80 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.11 Bitümle Stabilize Edilecek Zeminlerde Tavsiye Edilen Gradasyon Limitleri (Tunç, 2002) Elek Boyu 3" No.4 No.40 No.200 Yüzde Geçen (max30) Elek Boyu 1" No.4 No.200 Yüzde Geçen Elek Boyu 1 1/2" 3/4" No.4 No.40 No.100 No.200 Yüzde Geçen Zeminler çoğunlukla %30 ila %45 boşluk oranına sahiptir. Bu boşlukların geçirimsizliğinin ve/veya yoğunluğunun arttırılması amacıyla diğer kimyasal katkıların kullanılması hem pratik hem de ekonomik olarak mümkün olmayabilir. Asfalt ile yapılan stabilizasyonda zeminlerin hem geçirimsizliği hem de mukavemeti önemli ölçüde arttırılabilmektedir. Böylece stabilize edilmiş zeminler yol kaplaması altında iyi bir alt temel görevi görebilmektedir. İncesi fazla olan zeminlerde geçirimsizliği sağlamak amacıyla %4 ila %7 arasında asfalt katkısı yeterlidir. Ancak, No.200 den geçen kısım %12 den nadiren %18 den fazla olmaması ve PI<10 olması gerekir. Kumlu zeminlerde %2 ila %4 asfalt katkısı yeterlidir. Ancak kumun tek boyutlu olması halinde yeterli sonuç alınamamaktadır. Bitüm ile stabilizasyon için en iyi sonuç derecelenmiş granüler zeminlerde elde edilmekte ve %1 ila %3 asfalt katkısı ile geçirimsiz zeminler elde edilebilmektedir. Bitümle stabilizasyonda kullanılacak asfaltın tipi Çizelge 2.12 de verilmiştir. Soğuk bölgelerde mümkünse katran değilse ısıya duyarlılığı az olan asfalt kullanılmalıdır. Genel olarak, düşük ısıya sahip bölgelerde viskozluğu az olan asfalt daha uygun olmaktadır. 66

81 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Çizelge 2.12 Bitümle Stabilizasyonda Kullanılacak Asfalt Tipi (Tunç, 2002) Zemin Tipi Açık Gradasyonlu Agrega İyi Gradasyonlu Agrega (çok az filler içeren) Belli miktar ince ve filler içeren zemin Asfalt Tipi RC 250, 800, MC 3000, MS 2, CMS 2 RC 250, 800, MC 250, 800, SC 250, 800, MS 2, CMS 2, SS 1, CSS 1 MC 250, 800, SC 250, 800, SS 1, SS 1h, MS 2, CMS 2 Bitümle stabilizasyon, genellikle zemin üzerine asfaltın püskürtülmesi veya yolda karışımından sonra hemen sıkıştırılması ile yapılır. Bu durumda, SC 70, 250 veya MC 70, 250 kullanılmalıdır. Asfalt miktarı, Marshall stabilitesi 250 kg olacak şekilde seçilmelidir. Eğer bu stabilite değeri elde edilemiyorsa gradasyon düzeltmesi yapılmalı ve yine stabilite sağlanamıyorsa kimyasal stabilizasyon metotları denenmelidir. Genel olarak karışımda filler (No.200) arttıkça bitüm miktarı da artacağından gradasyon düzeltmesinde bu husus göz önünde tutulmalıdır. Kumlu zeminler veya kumun bol olarak bulunduğu yerlerde bitümle stabilizasyon yapıldığında mukavemetli ve dayanıklı zeminler elde edilebilmektedir. Hatta bu tip stabilizasyonlara sahip zeminler, kaplamada ideal alt temel tabakası olarak da kullanılabilmektedir. Böylece kaplama kalınlığının azalmasından dolayı daha ekonomik olabilmektedir. Bitümle stabilizasyon için her türlü kum kullanılabilir olmakla beraber iyi derecelenmiş ve kil topakları ile organik maddeler içermeyen kumlarda daha iyi sonuçlar alınmaktadır. Eğer bağlayıcı olarak asfalt çimentosu kullanılacak ise kumun ve asfaltın ısıtılması gerektiğinden dolayı plentde sıcak karışımın hazırlanması ve yola serilmesi gerekir. Ancak sıvı asfaltın zemine doğrudan püskürtülüp yolda karıştırıldıktan sonra sıkıştırılması ile mukavemet yönünden iyi sonuçlar alınabilmektedir. Ancak her iki halde de No. 200 den geçen kısım %12 den fazla ise bağlayıcı miktarını artıracağından karışımın çok rijit olmasına neden olmaktadır. Kohezyonlu zeminler optimum su içeriğinde sıkıştırıldığında belirli bir mukavemet kazanır. Ancak bu mukavemet suya karşı duyarlıdır. Zira yüksek su içeriğine maruz kaldığında zemin şişme gösterebilir ve yumuşama ile stabilitesi azalır. Bu nedenle, bitümle stabilize edilen zeminlerin daneleri asfalt filmi ile sarılır ve boşlukların bir kısmı asfalt ile doldurularak su geçirimsiz bir kitle sağlandığı gibi 67

82 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER asfaltın bağlayıcılık özelliğinden dolayı yüksek kohezyonlu bir zemin elde edilebilir. Ancak asfalt çimentosu kullanılırsa karışıma giren tüm malzemenin (zemin ve asfalt) ısıtılması ve karıştırılması gerektiğinden ve sıvı asfalt kullanılırsa sıkıştırmadan sonra kesilme problemlerinin olması nedeniyle kohezyonlu zeminler genellikle bu tip stabilizasyona uygun değildir. Fakat emülsiyon asfaltların kullanımı ile bu problemlerin giderilmesi bir miktar mümkün olabilmektedir. Ancak bu uygulamada da emülsiyon asfaltın kesilmeden(yani su ile asfalt partiküllerinin birbirlerinden ayrılması) önce zeminle karışmış olması gerekir. Kohezyonlu zeminlerde SS (Yavaş kesilen) tipi asfalt emülsiyonu kullanılmalıdır. Çünkü RS (hızlı kesilen) ve MS (orta hızda kesilen) tipi asfalt emülsiyonlarının zeminle karıştırılma esnasında erken kesilme nedeniyle homojen karışım sağlanamamaktadır. Fakat zeminin ince miktarı az ise MS tipi asfalt emülsiyonu kullanılabilir. Ayrıca kolayca ufalanabilen ve asfaltla homojen bir şekilde karışabilen zemin olması halinde bitümle stabilizasyon başarı olmaktadır. Bu nedenle, zeminin PI değeri 10 dan az olması ve zeminin No.200 den geçen kısmının %12 den az olması şartı getirilmiştir. Ayrıca zeminin LL değerinin 40 dan az olması gerekmektedir. Her ne kadar bitüm içeriği arttıkça zeminin geçirimsizliği artsada fazla miktarda bitüm kullanılması halinde uygulamada işlenebilirlik ve sıkışma problemlerini doğurmakta ve stabilizasyonun başarısız olmasına neden olmaktadır. Bitümle yapılan zemin stabilizasyonlarında zeminin su içeriği önemli rol oynar. Çünkü bitümün zemin içinde homojen dağlımı, karışım sırasındaki suyun miktarına ve zemin ıslaklığının homojen olmasına bağlıdır. Eğer zeminin su içeriği gereğinden az ve homojen dağılmamış ise bitümle karıştırıldığında yeterli stabiliteyi gösterememektedir. Bu nedenle deneme yanılma ile test yaparak karışım için gerekli su içeriği Marshall stabilitesi kriterine göre belirlenmelidir. Bitümle stabilizasyonlarda bitüm içeriği aşağıdaki gibidir ; b 0,02 + A + 0,07 * B + 0,17 *C + 0,20* D c = (2.23) (100 K) Burada ; 68

83 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER b/c : Bitüm içeriği, kuru zemin ağırlığının yüzdesi olarak A : No.50 elek üzerinde kalan kısmın yüzdesi B : No.50 elekten geçen ve No.100 elek üzerinde kalan kısmın yüzdesi C : No.100 elekten geçen ve No.200 elek üzerinde kalan kısmın yüzdesi D : No.200 elekten geçen kısmın yüzdesi K : Katkı (gazyağı, yağ veya su) yüzdesi Buna göre tahmin edilen bitüm yüzdesinin %0,5 ve %1 altında ve üstünde olacak şekilde beş ayrı bitüm zemin karışım numunesi hazırlanıp Marshall stabilitesi tespit edilir taban zemini için minimum 250 kg ve alt temel olarak kullanılacaksa minimum 375 kg Marshall stabilitesinin sağlanması gerekir. Bitüm yüzdesi formül ile tayin edilebildiği gibi Şekil 2.23 ten de bulunabilir. Görüldüğü gibi zemindeki kum ve kil miktarı arttıkça bitüm yüzdesi de artmaktadır. Şekil 2.23 Bitüm Yüzdesinin Tahmini (Tunç, 2002) Hemen tümü yollarda, temel malzemesine uygulanan bitümlü stabilizasyon daneli malzemeye kohezyon verir. İnce daneli zeminlere katıldığında ise malzemenin suya karşı isteği azalmaktadır. Kireç ve çimentoya oranla pahalı olduğundan daha az uygulanır. Bitüm zemine katbek, emülsiyon ya da köpük biçiminde katılmaktadır. Olağan koşullarda 76 mikrondan arasında, plastisite indisi 18 den düşük olan zeminler bu yönteme en iyi cevap verir. Bu şekilde daneler asfaltla rahatça kaplanacağı gibi bitüm boşlukları tıkama işlevini de yerine getirmektedir. 69

84 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Stabilizasyonun başarılı olması için asfaltın tüm zemini kaplaması gerekmemektedir. Öte yandan gereğinden fazla bitüm daneler arası bağlar ve kilitlenmeyi önleyerek malzemenin kayma direncini azaltmaktadır. En yüksek kayma direnci ve birim hacim ağırlık, en düşük su emme özelliğini yansıtan optimum çözümün %20 hava boşluğu durumunda olduğu bulunmuşsa da porozite ile bitüm içeriği arasında güvenilir bir bağıntı da oluşturulmamıştır. Sadece kum-emülsiyon karışımlarında asfalt gereksinmesi (%p) için; p= 0,75 (0,05 a+ 0,1b 0,5c) (2.24) Eşitlik 2.24 ün güvenirliği gösterilmiştir. Burada a: 2mm elek üzerinde kalan, b: 2-0,074mm elekler arasındaki, c: ise 74 mikron elekten geçen kum yüzdesini göstermektedir. Bitümlü stabilizasyon serbest basınç, CBR, Florida Taşıma ve koni stabilite deneylerinde değerlendirilir. Karışımdan sonra kuru olarak denenen örneğin serbest basıncını 7 gün su altında tutulanınki ile oranlamak iyi bir ölçüttür. En uygun katkı yüzdesi en küçük oran, ya da minimum direnç olarak saptanan 5,3kg/cm 2 yi veren olarak kabul edilir. Sıcaklığın direnci doğrudan etkilediği hatırlanırsa bu değişkenin de deneylere içerilmesi uygun olur. Florida taşıma değeri kum-emülsiyon karışımlarının taşıma gücünü ölçer. Deneyde 10cm çaplı, 7.6cm yükseklikte silindirin içine sıkıştırılan örnek yüzeyine 6.45cm 2 (1 inç 2 ) alanda uygulanan yük 4.2kg/cm 2 -dak hızla itilmektedir. Taşıma değeri örnek yüzeyinde 19mm lik çatlaklar belirmesi, ya da pistonun örnek içine 6mm girdiği değer olarak belirlenir (Önalp, 1983). Bitümle stabilizasyonda; asfalt, katran gibi maddeler kullanılır. Kırma taş, çakıl, kum gibi taneli zeminler, sıcak sıvı bitümlü madde katılıp karıştırılarak, serilerek kompaksiyon uygulanır. Bitümlü maddelerin, taneler arasında bağlayıcılık ile geçirimsizlik sağlama işlevleri vardır. Bitüm, asfalt vb. petrolden elde edilen siyah, yapışkan, sıcakken sıvı olan üründür. Kullanılacak malzemenin, kil ve organik maddelerden arınmış olması gerekir. Bitümlü maddeler, miktar olarak, %

85 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER oranında katılır. Bitümlü stabilizasyon, özellikle yollarda, yüzey kaplamasında kullanılır (Uzuner, 2000) Kireç- Baca Külü Stabilizasyonu Uçucu kül, silika, alümina, değişik oksitler ve alkalilerden oluşan bir faz olup fabrika atığıdır. Hidrate kireç ile reaksiyona girerek çimentolama etkisi gösterir. Bu nedenle kireç- uçucu kül karışımları yol alt temel ve temellerinde kullanılırlar. %10-35 kül +%2-10 kireç karışımları genelde uygun karışımlardır (Yıldırım, 2002). Kömürle çalışan termik santrallerin bacalarından toplanan daneli malzeme olan baca külü veya uçucu kül adı verilen malzeme kireçle birlikte zemine karıştırıldıkları zaman kireç- baca külü ve kireç- killi zemin arasında pozzolanik reaksiyonlar meydana geldiği gibi aynı zamanda baca külü iri daneler arasındaki boşlukları dolduran bir işlev yerine getirmektedir. Bu nedenle, kireç stabilizasyonu yalnız ince daneli zeminlerde etkili olurken, kireç- baca külü karışımları iri daneli zeminlerin stabilizasyonunu da mümkün kılmaktadır. Kireç- baca külü stabilizasyonu zeminin basınç ve çekme mukavemetinin ve dayanıklılığının artmasını sağlamaktadır. Karayolu mühendisliğinde daha yaygın kullanılma alanı bulmaktadır (Özaydın, 2000) Cüruf Katkısı Yüksek fırın cüruflarının bağlayıcı özelliklere sahip olduğunun belirlenmesiyle birlikte dünyada 19. yüzyılın ikinci yarısından itibaren bu malzemeyi içeren bağlayıcıların ticari olarak üretimine başlanmıştır. Yüksek fırın cüruflarının gerek portland çimentosu hammaddesi gerekse mineral katkı maddesi olarak kullanılması, sırasıyla 1883 ve 1892 yıllarına rastlamaktadır. Günümüzde dünyanın birçok ülkesinde değişik isimlerle yüksek fırın cürufu içeren çimentolar üretilmekte ve kullanılmaktadır (Tokyay, 2003). Avrupa çimento standartlarında (pren 197-1) portland cüruf çimentosu genel adı altında iki (II/A-S ve II/B-S), yüksek fırın cürufu çimentosu adı altında ise üç 71

86 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER (III/A, III/B, III/C) olmak üzere, %6 dan %95 e kadar değişik miktarlarda yüksek fırın cürufu içeren, toplam beş çimento tanımlanmıştır. Ülkemizde de CÇ32.5, CÇ42.5, SDÇ32.5 ve SSÇ32.5 adları altında %20 den %65 e kadar yüksek fırın cürufu içeren çimentolarla ilgili Türk Standartları bulunmaktadır (Tokyay, 2003). Cüruflar çeşitli metalurji tesislerinden elde edilen atık madde gruplarından birisidir. Kimyasal kompozisyonları ve özellikleri elde edildikleri sanayi kuruluşlarının ürettiği ana ürün tipine ve üretim yöntemine bağlı olarak birbirinden çok farklılık gösterir. Örneğin yüksek fırın cüruflarının kendi başına bağlayıcı özelliği olmasına karşın nikel ve bakır cüruflarının yalnızca puzolanik özellikleri vardır. Puzolanik maddeler, kendi başlarına hidrolik bağlayıcı olmadıkları halde, ince olarak öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek bağlayıcı özellikte bileşikler oluşturan maddelerdir. Tüm cüruflar arasında en önemlisi ve en yaygın olarak kullanılanı yüksek fırın cüruflarıdır (YFC). Ham demir üretiminde atık malzeme olarak elde edilen YFC yüksek fırınlarda, daha hafif olmasından dolayı, ham demirin üstünde yer alır. Demir filizi gangı, kok ve kireçtaşının yanma sonrası atıkları YFC yi oluşturur. YFC nin oluşum sıcaklığı o C dir. YFC yavaş soğutulduğunda kristal bir yapıya sahip olur. Bu haliyle bazalta benzer mekanik özelliklere sahiptir ve beton agregası olarak kullanılabilir. Öte yandan, hızlı soğutma uygulanması sonucunda ise camsı yapıda cüruf elde edilir. Bu tür cüruflar granüle yüksek fırın cürufu olarak adlandırılırlar. GYFC bir miktar hidrolik özelliğe sahiptir. Erimiş haldeki cüruf yüksek fırından çıktığında hızlı olarak soğutulduğu takdirde akışkanlığındaki azalma kristal yapılaşmayı engeller ve camsı yapıda bir katı eriyik elde edilmesini sağlar. Bu yarı kararlı camsı malzeme sodyum hidroksit veya kalsiyum hidroksit gibi aktivatörler kullanılarak ya da ince öğütülmek ve portland çimentosunun hidratasyonuyla ortaya çıkan Ca(OH 2 ) yi kullanmak suretiyle, hidrolik özelliğe sahip olur. Aktivasyon sonucunda, kalsiyum silikat hidratlar meydana gelir (Spellman,1982; Tokyay, 2003). 72

87 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER 1862 yılında Emil Largens yüksek fırın cürufunun suyla granülasyonu sonucunda elde edilen malzemenin kireçle karıştırılmasıyla bağlayıcı özelliğe sahip olduğunu gözlemlemiştir (Lea, 1970; Tokyay, 2003). Yüksek fırın cürufu granülasyon ve peteleme yöntemleri ile iki farklı şekilde ani olarak soğutulmaktadır. Granülasyon yöntemi için fazla miktarda suya ihtiyaç olduğu için en iyi yöntem olmasına rağmen peteleme yöntemi daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemde önce su kullanılır ve daha sonra cüruf havaya fırlatılır (Regourd, 1986; Tokyay, 2003). Peteleme yöntemiyle birkaç değişik boyda malzeme elde edilir. 4-15mm boyutunda olanlar çok gözenekli ve kısmen kristalli bir yapıya sahip oldukları için daha çok hafif beton agregası olarak kullanılmaktadır. 4mm den küçük olanlar ise camsı yapıya sahiptirler ve çimento üretiminde katkı maddesi olarak kullanılırlar. Genel olarak, cürufun alkalinitesi ne kadar yüksekse hidrolik özelliğinin de o kadar iyi olduğu kabul edilir. Cürufların kimyasal kompozisyonlarıyla hidrolik özellikleri arasındaki ilişkiyi belirlemek için çok sayıda araştırmalar yapılmış olmakla birlikte, kesin ve basit kurallar bulunmuş değildir (Lea, 1970; Tokyay, 2003). Bir GYFC nin hidrolik özelliği, belirli bir sınırlı değere kadar, CaO/SiO 2 oranının artmasıyla artar. Ancak, bu sınır aşıldığında, diğer bir deyişle, CaO miktarının çok yüksek olmasıyla granülasyon güçleştiğinden hidrolik özellikte azalma görülür. Sabit bir CaO/SiO 2 oranı için Al 2 O 3 miktarının artması cürufun aktivitesini arttırır. Cüruf içindeki demir ve mangan oksitler dayanım özelliklerini olumsuz etkiler. %10 a kadar MgO bulunmasının kötü bir etkisi bulunmaz. Ancak daha yüksek MgO miktarları zararlı etkiler yaratabilir (Lea, 1970; Tokyay, 2003). GYFC lerin kendi başlarına suyla reaksiyonu, portland çimentolarının hidratasyonuyla karşılaştırıldığında oldukça yavaş gelişir. Cürufun hidratasyonu cürufun su içinde kısmi olarak erimesiyle C-S-H, hidrate aluminatlar ve hidrate siliko aluminatların çökelmesi olarak tanımlanabilir (Dron ve Brivot, 1980; Tokyay, 2003). Cüruf hidratasyonunun başlangıç aşamasında silikat iyonları eriyiğe geçer, daha sonra, ilk C-S-H çökelmesinin ardından, eriyiğin kireç konsantrasyonu artar ve son olarak da alumina konsantrasyonunda, hidrate aluminat kristallerinin oluşumuna 73

88 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER kadar artış görülür. YFC hamurlarındaki hidrate fazların belirlenmesine yönelik bir araştırmada CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -H 2 O dörtlü sisteminde C-S-H, C 2 ASH ve C 4 AH bileşenlerinin oluştuğu belirlenmiştir (Regourd, 1986; Tokyay, 2003). GYFC nin suyla kendi başına reaksiyonunun çok yavaş seyretmesi birçok araştırmacıyı bu reaksiyonu hızlandıracak aktivatörler konusunda çalışmaya yöneltmiştir (Daimon, 1980; Tailling ve Brandster, 1989). Yaklaşık 60 yıldan beri yapılan çalışmalar (Freet, 1939; Purdon, 1940; Feron, 1946) sonucunda cürufların kimyasal aktivasyonu için kullanılan malzemeleri iki ana grupta toplamak mümkündür. Bunlardan biri alkalin aktivatörler (soda, kireç, sodyum karbonat, soydum silikat vb.), diğeri ise süfat aktivatörlerdir (alçı, anhidrit, fosfojips, vb.). her iki grup malzeme de cürufların hidratasyon ürünlerinin oluşumunu hızlandırırlar (METSO, 1983). Yukarıda belirtilen aktivatörlerin kullanımı sonucunda elde edilen cüruf hidratasyon ürünleri C-S-H, C 4 AH 19, C 4 ASH 8 (Ca(OH) 2 ) aktivatör olarak kullanıldığında meydana gelmez ve etringittir (Tokyay, 2003) Uçucu Kül Katkısı ASTM C e göre uçucu kül kimyasal içeriklerine göre C ve F sınıfı olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Her iki gruba da girmeyen üçüncü bir tür sınıflandırılamayan uçucu kül çeşidi de bulunmaktadır. F tipi uçucu kül, bitümlü kömürün yanması ile elde edilir ve çok düşük miktarda kireç (CaO) içermektedir. Bu tür uçucu kül silis ve alumina içerdiğinden, çimentolaşma özelliği çok azdır. Ancak normal ısı derecesinde, nemin etkisi ve muhtemel kireç ile reaksiyona girdiğinde, çimentolaşma meydana gelmektedir. C tipi uçucu kül ise linyit veya kömürün yanması ile elde edilir ve belirli oranda kireç içermektedir. C tipi uçucu kül kireç içerdiği için reaksiyon hemen meydana gelmektedir buna karşın F tipi uçucu külde ise kireç çok daha az olduğu için reaksiyonu başlatabilmek için dışarıdan ortama kireç ilave edilmesi şarttır. Ferguson un (1993) çalışması da C tipi uçucu külün ilave katkı gerektirmeksizin iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir. Turner (1997) da uçucu kül ile yapılan zemin iyileştirmesi ile mevcut zeminin mühendislik özelliklerinin iyileştirdiğini göstermiştir. Edil ve ark.(2002) de C tipi uçucu kül ile yapılan yolaltı 74

89 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER zemin iyileştirmesinin sıradan zemin iyileştirme tekniklerine göre daha iyi sonuçlar verdiğini ve hatta daha iyi olduğunu ifade etmişlerdir (Şenol ve Edil, 2004). Zemin stabilizasyon tekniği kayma mukavemeti dolayısıyla, yük taşıma kapasitesinin arttırılması, oturmaların azaltılması yoluyla zeminlerin ıslahı, filtre, drenaj sistemi gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır. Gark ve ark.(1991) yaptıkları araştırmalarda kumlu zeminlere yatay tabakalı uzayabilen malzemeler eklenmesi ile oluşturdukları silindirik üç eksenli deney numunelerinde kumdaki kohezyon ve dayanıklılık artışı üzerinde çalışmışlardır. Killi zeminlere geo-tekstil katkısıyla zemin davranışındaki gelişme üzerine çalışan Krishnaswamy (1988) zeminin dayanıklılık oranının katkı malzemesi ile arttığı sonucuna varmıştır. Ramanatha Ayyar (1989) killi zeminlere hindistan cevizi lifi ekleyerek yaptığı çalışmasında küçük hindistan cevizi liflerinin büyüklerine oranla şişmeye daha fazla dayanıklılık gösterdiğini bulmuştur. Mandal ve Vishwamohan (1989) üç değişik genişleyen kile katkı malzemesi olarak hindistan cevizi lifi ve hint keneviri lifini tabakalar halinde geotekstil gibi ekleyerek Kaliforniya taşıma oranı deneyleri ile davranışını araştırmıştır. Şimdiye kadar dokunmuş-dokunmamış, geosentetik-geogrid gibi çeşitli şekillerde güçlendirme için takviyeler araştırılmıştır. Binquet ve Lee (1975) alüminyum şeritler kullanarak taşıma kapasitesinin artması konusunda çalışmışlardır. Uçucu kül, hindistan cevizi lifi, liflerden yapılmış halat, bambu, tahta, palmiye yaprağı, Hindistan cevizi yaprağı, metal, naylon gibi malzemeler kullanılarak zeminin taşıma kapasitesi arttırılmıştır. Bunların dışında J. Prabakar, Nitin Dendorkar ve R.K. Morchale (2003) uçucu külün zemine katkısı ile mühendislik özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine çalışmışlardır. Zeminin c-φ artma davranışını anlamak için uçucu kül karıştırarak zemin özelliklerinin gelişmesi amacıyla değişik oranlarda uçucu kül ilavesiyle bir seri deneyler yapmışlardır. Özgül ağırlık ve kompaksiyon davranışı, kayma mukavemeti ve deviator gerilme uçucu kül eklenmemiş ve %9 dan %46 ya kadar eklenmiş her numune için deneyler yapılmıştır. Yani üç değişik zemine değişik oranlarda uçucu kül ilavesiyle uçucu külün zeminin kompaksiyon, kayma mukavemeti, CBR değerleri ve şişme karakteristiklerine olan etkisini uçucu külün kullanışlılığını, zemin yapısındaki değişimi ve taşıma kapasitesindeki artışı değerlendirerek araştırmışlardır. Deneyleri sonucunda zemine uçucu kül katkısıyla 75

90 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER sıkışabilirliğin düşük özgül birim ağırlık ve birim hacim ağırlığa göre azaldığını bulmuşlardır. Sıkışabilirlikteki azalma %15-20 arasındadır. Boşluk oranı ve porozite değerleri zemine uçucu kül ilavesine göre değişmektedir. %46 civarında uçucu kül ilavesiyle boşluk oranı %25 artmaktadır. Kesme gerilmesi kül-zemin karışımına kül ilavesiyle nonlineer olarak artmaktadır. Yine kül ilavesiyle kohezyon artabilmektedir. Şişen zeminlerde kül ilavesinin artmasıyla birlikte zeminin şişmesinde azalma tespit edilmiştir. İçinde organik maddeler olan kum ve kil karışımının meydana getirdiği gevşek yapılı toprağa kül ilavesiyle maksimum kohezyon değeri 0.39kg/cm 2 olurken killi zeminlerde 0.66kg/cm 2 bulunmuştur. Kül artışıyla kohezyon da lineer olarak artmaktadır. Sonuçta uçucu kül ilavesiyle taşıma kapasitesi artmaktadır (Prabakar ve ark., 2003). Şenol ve Edil (2004), oldukça düşük taşıma gücü özelliğine sahip yumuşak ve kısmen organik malzeme içeren zeminlerin, yol inşaatında uçucu kül kullanarak taşıma gücünü arttırmak için stabilizasyonun sağlanmasına ait araştırma sonuçlarını incelemişlerdir. Stabilize edilecek tabakanın kalınlığını ve optimum zemin-uçucu kül-su karışımını belirlemek için çeşitli oranlarda karışımlar seçilmiştir. Bu karışımlar laboratuar ortamında hazırlandıktan sonra CBR deneyine tabi tutulmuşlardır. Geoteknik mühendisliği literatüründeki bilgilere ve standartlara bağlı kalarak, arazi şartlarını temsilen laboratuar ortamında mümkün olan karışımları hazırladıktan sonra numuneler 2 saat bekletilmiş ve daha sonra CBR numuneleri modifiye proktor kabında hazırlanmıştır. Suyun uçucu kül ile muhtemel reaksiyonları göz önüne alınarak laboratuarda hazırlanan numuneler standartlara bağlı kalarak 7 gün nem odasında saklanmış ve bu süre sonunda CBR deneyleri yapılmıştır. Sonuç olarak iki tür zemin kullanılarak yapılan C tipi uçucu kül stabilizasyonunun yumuşak yol altı zemininin mühendislik özelliklerini büyük ölçüde iyileştirdiği ve zemin mukavemetini arttırdığı saptanmıştır. Laboratuarda elde edilen karışım numunelerinin CBR sonuçları, orijinal numunelerinkinden en az on kat daha büyük sonuç vermiştir. Bu sonuç bir sonraki adım olan arazi çalışması için önemli bir veriyi pratik kullanıma hızla sunmuştur. Uçucu kül ile zemin stabilizasyonu, çok hassas bir çalışma gerektiren arazi çalışmasıdır. Bu nedenle zeminin su muhtevası inşaat süresince ciddi bir şekilde gözlenmelidir. Zeminin karışımından sonra, 2 saatlik süre 76

91 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER uçucu külün zemin suyu ile reaksiyona girip çimentolaşmanın başlaması için yeterli bir süredir. Kompaksiyon aşamasının gecikmesi halinde, uçucu kül ile karıştırılan zeminin mukavemeti beklenilen değerden daha düşük olabilmektedir. Laboratuar deneyleri ile elde edilen su muhtevası değerine, arazi çalışması aşamasında kesinlikle bağlı kalınmalıdır. Ayrıca bu çalışmada elde edilen diğer önemli bir sonuçta, laboratuar deneylerinden elde edilen ve zemin mukavemeti hakkında bilgi veren değerler, araziden elde edilen değerlerden her zaman daha büyüktür. Arazi değerleri laboratuar değerlerinden %9-6 kadar düşüktür. Bunun nedeni laboratuar ortamında hazırlanan numunelerin ideal karışım şartlarını yansıtması ve arazi ortamına oranla daha homojen bir şekilde teşkil edilmelerindendir. Bu sebeple laboratuar değerlerinden, arazi değerlerine geçiş yapmak gerektiğinde bir güvenlik sayısının kullanılması uygundur. Çokça ve Toktaş (2002), dispersif bir zeminin C tipi uçucu kül ile stabilizasyonunu araştırmışlardır. Değişik oranlarda (%0, %3, %5, %7,%10 ve %13) C tipi uçucu kül dispersif zemin numunesine katılarak uçucu kül ilavesinin indeks, mukavemet ve konsolidasyon özelliklerine etkisine bakmışlardır. Deney sonuçları uçucu kül ilavesinin genellikle numunenin mukavemetini arttırdığını ve sıkışabilirliğini azalttığını göstermiştir. Ayrıca uçucu kül ilavesi ile zemin dispersif durumdan dispersif olmayan duruma geçmiştir. Soma uçucu külünün düşük özgül ağırlığından dolayı numunelerdeki uçucu kül miktarı arttıkça numunelerin özgül ağırlığı düşmüştür. Numunelerdeki uçucu kül miktarı arttıkça numunelerin sıkışabilirliği azalmakta ve optimum su içeriği artıp maksimum kuru birim hacim ağırlık azalmıştır. Numunenin içindeki uçucu kül miktarı %7 ye arttıkça numunenin serbest basınç dayanımı artmakta, daha fazla uçucu kül katkısı ise serbest basınç dayanımında düşüşe yol açmaktadır. %13 uçucu kül ilavesi ile numune dispersif durumdan dispersif olmayan duruma geçmiştir. Stabilize edilmiş dispersif zeminleri toprak dolgu barajlarda ve seddelerde kullanabildiğimizde hem muhtemel kil kaynaklarının miktarını arttırabileceğiz hem de termik santrallerin depolamak zorunda oldukları, bir atık malzeme olarak görülen uçucu kül değerlendirilmiş olacaktır. Uçucu külün nakliye masraflarını da göz önüne aldığımızda, uçucu küllerin 77

92 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER elde edildiği termik santrallerin yakınında görülen dispersif killerin stabilize edilmesinde kullanımının mümkün olabileceği düşünülmektedir. Dermatas ve Meng (2003), ağır metalle kirlenmiş zeminleri atık malzeme olan C sınıfı uçucu kül ile stabilizasyonunu sağlamışlardır. Böylece çevreye de katkıda bulunmuşlardır. Kalinski ve Hippley (2005), yaptıkları çalışmalarında optimum su muhtevası değerini %20-%30 değerleri arasında bulmuşlardır. Bu da göstermektedir ki uçucu kül katkısı ile optimum su muhtevası değeri daha büyük olmaktadır Eski Kamyon Lastiği Katkısı Yoon ve ark. (2003) eski kamyon lastiği kullanarak güçlendirilmiş zeminin taşıma kapasitesi ve oturması üzerine bir çalışma yapmışlardır. Atık lastiklerin kum zeminde kullanılması yoluyla faydalı olacağı düşünülerek laboratuarda plaka yükleme deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler güçlendirme etkilerini rölatif sıkılık, oturma derinliği, güçlendirme tabaka sayısı, lastik tipi ve büyüklüğü gibi etkenler düşünülerek yapılmıştır. Sonuçta eski lastiklerle güçlendirilmiş gevşek kum zeminin taşıma kapasitesinin 2 kat arttığını ve oturmalarda da yaklaşık %70 oranlarında azaldığını bulmuşlardır. Ayrıca sıkı kumların oturması da %34 oranında azalmıştır Uçucu Kül ve Çimento Katkısı Kaniraj ve Havanagi (1999) ise çimento ile uçucu kül stabilizasyonu hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada Hindistan Delhi deki Raghat uçucu külü ve Almanya Bochum yakınlarındaki Baumineral uçucu külü uygun zeminlerle karıştırılmıştır. Yamuna kumu ve silt, Rajghat uçucu külü ile ve Rhine kumu Baumineral uçucu külüyle karıştırılmıştır. Zemin-uçucu kül karışımına %3-%9 oranlarında değişen çimento eklenmiştir. Silindirik numuneler optimum su muhtevası ve maksimum kuru birim hacim ağırlıkta hazırlanıp deney süresi boyunca kür edilmiştir. Optimum su muhtevası ve maksimum kuru birim hacim ağırlıklar kompaksiyon testi ile belirlenmiştir. Kompaksiyon mukavemeti ve sekant modülü 78

93 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER kür zamanının, uçucu kül muhtevasının, ve çimento muhtevasının fonksiyonu olarak bulunmuştur. Sonuçlar literatürde sunulanlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçta serbest basınç değeri ve sekant modülündeki artışın hiperbolik olduğu bulunmuştur. Ayrıca bu değerlerdeki artışın katkı malzemesi artışına bağlı olduğu ve çimento artışı ile arttığı, fakat uçucu kül artışıyla azaldığı bulunmuştur. Çimentonun külden daha fazla etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Su muhtevası, zemin-kül karışımındaki çimento miktarına ve kür zamanına göre değişmektedir. Yani su muhtevası çimento artışıyla azalmaktadır. Çimento miktarının kür zamanından daha fazla etkili olduğu söylenilebilir. Kalinski ve Hippley (2005) ise portland çimentosu ve uçucu küle su muhtevası ve çimento içeriğinin etkisini araştırmışlardır. Su muhtevasını bulmak için Proktor ve modifiye Proktor deneyleri yapılmış ve mukavemetini ölçmek için de serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Hazırlanan numuneler 30, 60 ve 90 gün boyunca kür edildikten sonra deneye tabi tutulmuştur. Sonuçta, F sınıfı uçucu kül ve portland çimentosu ile kompaksiyon ile istenen sonuçlar ortaya çıkmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki; çimento ve kül ile stabilizasyon çimento muhtevasından ve su muhtevasından etkilenmektedir ve ayrıca kompaksiyon enerjisi de büyük rol oynamaktadır. Bu parametrelerin bilinmesi ile serbest basınç mukavemeti de CQA testi ile tahmin edilebilir duruma gelmiştir. Optimum su muhtevası %20-30 iken serbest basınç mukavemeti de 1,1-5,5kPa olmuştur Kireç ve Çimento Katkısı Bu çalışmanın temel amacı, stabilizasyon konusunda çeşitli kaynaklardan yararlanılarak hazırlanan bir sentez çalışma ışığında, Tüdeş,(1996) kireç ve çimento katkısı ile zeminlerin stabilizasyonunu amacıyla Doğu Karadeniz bölgesi zeminlerinden üç tanesini seçerek zeminlerin fiziksel özellikleri rutin deneylerle, mineralojik özelliklerini de DTA (Differantial Thermal Analysis) ve XRD ( X ışını) deneyleri ile belirlemiştir. Seçilen zeminler değişik oranlarda çimento ve kireç katkılarıyla standart bir enerji ile sıkıştırılmış ve kayma direnci parametreleri elde 79

94 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER edilmiştir. Katkısız durumda aynı enerji ile sıkıştırılan zeminin kayma direnci parametreleri belirlenerek elde edilen iyileştirmeler karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, kireç ve çimentonun zeminin stabilizasyonunda olumlu sonuçlar verdiğini özellikle % 5 ile % 15 arasındaki katkı oranlarının optimum katkı maddesi içerdiği ve katkı oranının artışının her malzemede stabilizasyonu doğrusal olarak arttırmadığını göstermiştir (Tüdeş, 1996) Değirmen Artığı Malzeme Katkısı Araklı-Yanbolu ve Gürbulak (Trabzon) dan klinker üretimi için Trabzon Çimento Fabrikasına getirilen kalker, tras ve kireçtaşı Trabzon çimento fabrikasındaki ön işlemlerden sonra değirmen artığı olarak adlandırılan ve fabrikanın üç vardiya halinde çalışması sonucu günde 6 ton miktarına ulaşan atık madde ortaya çıkmaktadır. Değirmen artığı atıklarının yapısındaki çimento tozları nedeniyle, mekanik stabilizasyon uygulamalarında, doğal malzemeye göre zemin stabilizasyonunda daha etkili olabileceği düşünülerek, değişik katkı oranlarında su içeriği aynı olan numuneler hazırlanmış ve sabit bir kompaksiyon enerjisi ile sıkıştırılmıştır. Elde edilen numuneler üzerinde yapılan serbest basınç ve permeabilite deneyleri ile dayanımları ve geçirimlilik katsayıları belirlenmiştir. Bu özellikler katkısız durumdaki zeminin aynı özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Zemin özelliklerinin amaca uygun hale getirilmesinde çeşitli katkı maddelerinin kullanılması çok eski yıllara dayanmaktadır. İlk uygulamalarda katkı maddesi olarak bitki kökleri kullanılmış, sonraları bu uygulama katkı maddesi olarak değişik kimyasal maddelere kadar uzanmıştır (Tüdeş, 1996). Günümüzde katkı malzemelerinin seçiminde çeşitli atık maddelerinin değerlendirilmesi ön plana çıkmıştır. Böylece; zeminler istenen özelliklere sahip olurken, atık malzemeler de değerlendirilmiş olmaktadır. Değirmen artığı malzemenin katkı maddesi olarak kullanılmasıyla üretilen numunelerin serbest basınç dayanımları, %15 civarında katkı kullanılması halinde, 3.12 kg/cm 2 civarında olmaktadır. Katkı oranının arttırılması halinde ise dayanımlar 80

95 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER azalmaktadır. Katkısız durumda 2.75 kg/cm 2 civarında olan serbest basınç dayanımındaki artış yaklaşık %14 olmaktadır (%15 katkıda). En yüksek basınç dayanımı elde edilmek istendiğinde zeminin geçirimliliği % 122 kadar artmaktadır. Geçirimliliğin önemli olduğu durumlarda değirmen artığı malzeme ile dayanım arttırırken bu husus göz önünde bulundurulmalıdır. Ancak karayolu inşasında altyapının drenajı da gerekli olduğundan değirmen artığı malzeme ile oluşturulacak yol altyapılarında hem dayanım hem de geçirimlilik artışı sağlandığından uygun bir katkı maddesi olabileceği anlaşılmaktadır (Aytekin, 2002) Reçine ile Stabilizasyon Zemin stabilizasyonunda bir önemli metot reçine (resin) ların kullanılmasıdır. Bunlar geçirimsizliği sağlayan maddeler olup, vakslı (mumlu) katbek bitümünkine benzer bir etkiye haizdirler. Yaklaşık yüzde bir miktarında kireçle karıştırılarak, bir ön muameleye tabi tutulur. Kullanılan reçine özel olarak hazırlanmış bir madde olup, gerekli miktar yalnız, yüzde bir veya iki civarındadır. Bitüm gibi reçineler de kötü derecelenmiş ve kohezyonu yeterli olmayan zeminlerin stabilizasyona tabi tutulma olanaklarını arttırır. İyi karışmış toz halinde veya çorba kıvamında uygulanan reçineler, zeminin boşluklarında çok ince suya mukavim tabakalar meydana getirecek şekilde yayılarak, kapiler yükselmeye karşı su tutan bir mania meydana getirirler. Gerekli reçine miktarı 15 cm kalınlık ve 1 m 2 saha dahilindeki zemin için yalnız 2.20kg ila 5.40kg dır. Diğer hiçbir stabilizörün bu kadar ufak miktarlar halinde kullanılması durumunda etkili olması mümkün değildir. Şüphesiz, hazırlanmış zemin optimum kompaksiyon meydana getirecek şekilde sıkıştırılır (Kumbasar, 1962) Cüruf, Bentonit, Kireç Katkısı Kavak ve Bilgen (2005), Yüksek Fırın Cürufunun (Y.F.C) yol alt yapısında, özellikle killi zemini güçlendirme amacı ile kullanılması durumunu değerlendirmiştir. Laboratuar koşullarında bentonit kili ile hazırlanan numunelere 81

96 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER değişik oranlarda Yüksek Fırın Cürufu (Y.F.C) ve kireç katılmak suretiyle, Y.F.C. nun kil zemin üzerindeki etkileri incelenmiştir. Serbest basınç deneyleri için ağırlıkça değişik oranlarda bentonit kireç ve cüruf karıştırılarak ilk önce her bir karışım için optimum su muhtevası tespit edilmiş ve bu su muhtevalarında hazırlanan yeni karışımlar, kompaksiyon aletinde yol yapımı standartlara uygun olarak yani üç tabaka halinde her bir tabakaya 25 vuruş olacak şekilde sıktırılmıştır.(bentonit e, 150 mikrondan elenen Yüksek Fırın Cürufu (<150 µm. Y.F.C) ile kireç, ağırlıkça şu oranlarda karıştırılmıştır. %2 cüruf -%2 kireç; %2 cüruf -% 3 kireç; %4 cüruf -%4 kireç; %4 cüruf -%6 kireç; %5 cüruf -%5 kireç; %5 cüruf -%7,5 kireç). Sıkıştırılmış karışımlardan serbest basınç deneyleri için 38 mm. çapında, 76 mm. boyunda numuneler hazırlanmıştır. Numuneler hazırlanırken hidrolik çıkartıcı kullanılmıştır. Hazırlanan bu numunelerden bir kısmı, hazırlandığı gün ( 0 günlük ) kırılmıştır. Her bir karışım oranı için en az üç numune kırılmıştır. 7 ve 28 gün kür edilen numuneler de aynı şekilde hazırlanmış ve desikatörlerde kür edilmiştir. Yapılan çalışma sonucu; YFC nin, elenmeden çimento katkı malzemesi olarak kullanılan boyutta bentonite eklenmesinin, bentonit kilinin serbest basınç değerlerinde önemli bir değişiklik meydana getirmediği görülmüştür. Cürufun elenerek belli bir boyutun altına indirilmesi ( < 150 µm. ) ve değişik oranlarda kireçle karıştırılması durumunda, bentonit kili ile reaksiyona girdiği açık olarak anlaşılmaktadır. Kullanılan kireç ve cüruf miktarı, literatür taramasında incelenen çalışmalardaki yüzdeler baz alınarak belirlenmiştir (Veith, 2000 ; Wild ve diğ., 1998; Kavak ve Bilgen, 2005 ). Proktor deneyleri sonuç grafiklerinde, çimento katkı malzemesi olarak kullanılan boyuttaki cürufun, ağırlıkça % 10 dan fazla oranlarda kullanılmasının, bentonit kilinin optimum su muhtevasında azalmaya ve kuru birim hacim ağırlıklarında artışa neden olduğu görülmektedir. Bunun yanında, 150 mikrondan elenmiş cürufun, kireçle birlikte bentonite eklenmesi halinde ise, optimum su muhtevası değişmemekte, kuru birim hacim ağırlıkları azalmakta ve proktor eğrisi düzleşmektedir. Bentonit kili % 5 cüruf ve % 7,5 kireç ile karıştırıldığında serbest basınç değeri 28 gün sonunda yaklaşık 25 kat artış göstererek, 273 kpa dan 6690 kpa 82

97 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER değerine yükselmiştir. Kırılma anında oluşan birim deformasyonlar ise %10 11 mertebelerinden, %1 mertebesine düşmektedir. Böylelikle zemin rijit bir yapıya dönüşmekte ve elastisite modülü artmaktadır. Cüruf ve kireç karışımlarının deneylerde kullanılan oranlarda yol kesitlerine uygulanması halinde, yolda oluşabilecek deformasyonlar azalacak ve yol kesitleri küçülecektir. Bu da yol yapım maliyetlerinde azalma sağlayabilir. Bu konunun ayrıntıları başka bir çalışma olarak ele alınacaktır. Bu çalışma, cürufun öğütülüp elenerek toz halinde yol kesitlerinde kullanılabileceğini göstermektedir. Düşük oranlarda kullanılan cürufun, öğütülüp elenerek toz halinde torbalanması, rahatlıkla taşınabilme imkanı sağlayacaktır. Böylelikle fabrikalar uzak yerlerde de ekonomik kullanımı mümkün kılabilir. Her bir ton çelik üretiminde ortaya çıkan 300 kilo cürufun kullanım alanlarının genişletilmesi, curuf atığı yığınlarını azaltacaktır. Ayrıca yol inşaatı sektörüne ucuz bir hammadde sağlayacaktır. Bu çalışmada, yüksek plastisiteli saf bir kil olan bentonit kullanılmıştır. Değişik kil cinsleri ve doğal killer için de buna benzer çalışmalar yapılabilir (Kavak ve Bilgen, 2005) Cüruf, Uçucu Kül ve Portland Çimentosu Katkısı Eren ve Yılmaz (2004), yüksek fırın cürufu veya uçucu kül ün portland çimentosu yerine kısmi ikamesinin, değişik sıcaklıklarda kür edilen betonların dayanımlarına olan etkilerini araştırmışlardır. Çalışma sırasında beş farklı karışım kullanılmıştır. Birinci karışım kontrol karışımı olarak sadece Portland çimentosu ve diğerlerinde de %30 ve % 50 uçucu kül ve cüruf kullanılmıştır. Bütün karışımlarda %33 ince agrega ile toplam agrega/bağlayıcı oranı 6, su/bağlayıcı oranı ise 0.55 tir. Karıştırma işlemi yapılmadan önce, tüm malzemeler 6, 20, 35 ve 80 C de 24 saat muhafaza edilmişlerdir. Numuneler 6, 20, 35 ve 80 C de kür tanklarında muhafaza edilip 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç dayanımları bulunmuştur. Çalışmanın sonucunda düşük, normal ve yüksek sıcaklıkta uçucu kül ve cüruflu betonların Portland çimentolu betonlara göre daha yavaş dayanım gelişimi gösterdiğini 83

98 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER açıklamışlardır. Ayrıca çalışmada, Portland çimentolu betonlar en yüksek dayanım değerini 7 gün ve sonrasında 20 C kür sıcaklığında göstermiştir. 35 C de kür edilen uçucu kül betonları, 28 ve 90 gün sonunda diğer sıcaklıklara göre daha yüksek dayanım kazanmışlardır. Cüruflu betonlar 28 gün kür süresinden sonra Portland çimentolu betonlar ile aynı davranışı göstermişlerdir. Aynı zamanda, cüruflu betonlar en yüksek dayanım değerini 20 C kür sıcaklığında kazanmışlardır. Cürufun hidratasyonu Portland çimentosuna göre daha yavaş olduğundan, her iki çimento tipinin karışımı dayanım gelişimini geciktirecektir. Geciktirme derecesi, cürufun ve portland çimentosunun kimyasal kompozisyonlarına, cüruf yüzdesine, ortamın nem ve sıcaklığına bağlıdır. Roy ve Idorn un (1982) çalışmasında cürufçimento harcının, ilk yaşlardaki dayanım gelişiminin Portland çimentosu harcına göre daha az olduğu bulunmuştur. Hogan ve Meusel (1981) ise, cüruf katkılı çimento harcının buhar kürü uygulandığında dayanım gelişiminde artış olduğunu gözlemlemişlerdir. Wimpenny ve diğerleri (1989) 91 gün kür edilmiş cüruflu betonların en yüksek basınç dayanımını 20 C de elde etmişlerdir. Kür sıcaklığının 40 C ye kadar artırılması basınç dayanımını ileriki yaşlarda düşürmüştür. Al-Kaisi (1989), 20 C de kür edilen Portland çimentosu ve cüruflu beton dayanımlarının C de kür edilen betonlara göre 28 günden sonra daha fazla olduğunu göstermiştir. Pratas (1978) ise çalışmasında, biri Portland çimentosu diğeri ise %50 cüruf kullanarak iki karışım denemiştir. Her iki karışımda da aynı su/çimento oranı kullanılmış olup, karışımlar 5, 20 ve 30 C suda kür edilmiştir. Sonuçlar irdelendiğinde, 5 C de kür edilen cüruflu betonun, Portland çimentosu betonuna göre daha düşük dayanım gelişimi gösterdiği fakat 30 C de bu durumun tam tersi olduğu ortaya çıkmıştır (Eren ve Yılmaz, 2004) Çimento, Uçucu Kül ve EER Li (1988), zemin stabilizasyonunda çimento, uçucu kül ve EER kullanımını araştırmıştır. EER Japonya dan getirtilen kimyasal bir karışımdır ve Li nin çalışmasında zemine sadece çimento katkısı ilavesinden daha fazla mukavemet kazandırmak için çimento, uçucu kül ve EER katkısının çok daha etkili olacağı 84

99 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER vurgulanmaktadır. Bunun nedeni Ca(OH) 2 ile uçucu küldeki silika ve alumina ikincil bir reaksiyon göstermesidir. Aynı zamanda serbest basınç dayanımının kür zamanı ile arttığı, kuru birim ağırlığın artmasıyla arttığı ve kompaksiyon enerjisine bağlı olduğu da belirtilmiştir. Örselenmiş numunelerde yapılan deney sonuçları daha düşük değerler vermektedir Bentonit, Kireç ve Çimento Sıvapullaiah ve ark. (2002), kırmızı toprak zemine %20 bentonit, %1 çimento ve %1 kireç katkısı üzerinde çalışmışlardır. Kompaksiyon deneyinden elde edilen optimum su muhtevasına göre numuneler hazırlanmıştır. Değişik katkı oranları ile hazırlanan numuneler 0, 7 ve 28 gün kür edilerek konsolidasyon, serbest basınç deneyi gibi deneylere tabi tutulmuştur. Deneyler sonucunda, zeminin kompaksiyon özelliklerinin değiştiği görülmüştür. Optimum su muhtevasında bir değişiklik olmazken kuru birim hacim ağırlık artmaktadır. Kireç veya çimento zeminin stabilitesini arttırmaktadır. Sıkışabilirliği kireç çimentodan daha fazla arttırmaktadır. Bentonit, kireç karışımı 7 günden daha sonra dayanımını arttırırken; çimento, bentonit karışımı 7 gün içinde dayanımını hızla kazanır Asfalt, Kireç ve Çimento Al ve Wahhab (1996), zemin stabilizasyonunda asfalt ile kireci ve çimentoyu karıştırarak suyun zemine verdiği hasarı önlemeye çalışmışlar ve %2 ila %4 oranında çimento ve kireç kullanılarak yapılan deney karşılaştırmalarında çimentonun kirece göre daha etkili olduğunu belirtmişlerdir. İki çeşit asfalt kullanmışlardır ve emulsiyon tipi asfalt kullanıldığında çimentonun daha etkili olduğu belirtilirken; katbek asfalt kullanıldığında kireç ve çimentonun aynı etkiye sahip olduğu görülmüştür. 85

100 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Bentonit, Kil, Uçucu Kül ve Silis Dumanı Tan ve ark. (2002) yaptıkları çalışmada mm tane çapı aralığına sahip kum, değişik oranlardaki bentonit, kil, uçucu kül ve silis dumanı ile stabilize edilerek kayma direnci ve kompaksiyon parametrelerinin değişimleri incelenmiştir. Bentonit, kil, silis dumanı ve uçucu kül parametre ve her parametre de üç seviyeli olarak seçilmiştir. Kompaksiyon deneyleri sonucunda karışımların maksimum kuru birim hacim ağırlıkları ve optimum su muhtevaları belirlenmiştir. Optimum su muhtevalarında kesme kutusu deneyleri yapılıp kayma direnci parametreleri ve değişimleri incelenerek optimum karışım oranları belirlenmiştir. Parametrelerin kohezyon ve içsel sürtünme açısı üzerindeki etkilerini belirlemek için varyans analizleri yapılmıştır. Genel olarak, bentonitin kohezyon ve içsel sürtünme açısı üzerinde en etkili malzeme olduğu belirlenmiştir. Son yıllarda katkı maddeleri ile stabilizasyon konusu çeşitli yönleri ile araştırılmaktadır. Magistris (1998) tarafından yapılan çalışmada düşük bentonit oranlarında siltli kumların fiziksel ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Alawaji (1990), kum bentonit karışımlarının şişme ve sıkışma karakteristiklerini incelemiştir. Seçilen parametreler ve karışım oranlarına göre yapılan laboratuar deney sonuçları kullanılarak Taguchi yöntemi ile yapılan değerlendirmeler sonucunda; Deneylerde içsel sürtünme açısı üzerinde; bentonitin % 26.6, silis dumanının % 13.8 ve uçucu külün % 14.6 oranlarında etkili olduğu, kilin önemli bir etkisinin bulunmadığı belirlenmiştir. İçsel sürtünme açısı üzerinde etkili olan üç faktörün yer aldığı ve % 10 bentonit, % 10 silis dumanı % 20 uçucu kül ve % 60 kum kullanıldığı bir karışımda içsel sürtünme açısının malzemeler arasında iç etkileşim olmaması durumunda φ max =34.3 o olması beklenilmektedir. Karışımlarda % 5-10 arasında bentonit, % 0-10 arasında silis dumanı kullanılması ile içsel sürtünme açısı artmakta, daha yüksek oranlarda ise düşmektedir. % 0-10 arasında olan kil içsel sürtünme açısını arttırmaktadır. Kohezyon üzerinde ise bentonitin % 58.6, kilin % 12, silis dumanının % 17 oranlarında etkili olduğu belirlenmiştir. Buradan karışımların kohezyonu üzerinde en önemli etkiye sahip parametrenin bentonit olduğu, uçucu külün önemli bir etkisinin 86

101 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER olmadığı görülmektedir. Davranışta etkili üç parametrenin alındığı bir karışımda % 20 bentonit, % 5 kil ve % 75 kum kullanılması ve malzemeler arasında iç etkileşim olmaması durumunda kohezyonun % 90 güven aralığında ortalama c=0.63 kg/cm 2 olması beklenilmektedir. % arasında bentonit, % silis dumanı kullanılması ile kohezyon artarken, uçucu külün uçucu külün % 10 dan daha fazla olması kohezyonu düşürmektedir (Tan ve ark.,2002) Atık Çamur Katkısı Angın (2005),Trabzon İçme Suyu Arıtma Tesisinde suyun arıtılma işlemi sonucunda atık olarak oluşan çamur katkı maddesi olarak kullanılabilirliğini araştırmıştır. Çalışmada katkı oranları %7.5, %10, %12.5 ve %15 olarak belirlenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre atık çamur ile stabilizasyon, kireç ve çimento kadar yüksek iyileştirme sonuçları vermese de maliyetinin çok az olmasından dolayı kireç ve çimento göre kullanımı tercih edilebilecek olan bir malzeme olabileceğini göstermektedir. Deney sonuçlarına göre katkı malzemesinin şişen zeminlerde daha etkin olduğu ve optimum katkı oranının %12.5 olduğu gözlemlenmiştir Granüler Kauçuk Katkısı Ghazavi (2004), granüler kauçuk ile uniform kum zeminlerin stabilizasyonu konusunu çalışmıştır. Ağırlıkça %10, %15, %20, %50, %70 katkı ilavesiyle hazırlanan karışımlar kesme kutusu deneyine tabi tutulmuştur. Ancak sürtünme açısında önemli bir fark oluşturulamamıştır. Geoteknik projelerinde kullanılabilecek bir malzeme olup, çevre kirliliğini önlemek amacıyla da kullanılabilir. 87

102 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Uçucu Pirinç Kabuğu ve Kireç Muntohar ve Hantoro (2000) tarafından yapılan çalışmada %2, %4, %6, %8, %10 ve %12 oranında kireç ve %7.5, %10 ve %12.5 uçucu pirinç kabuğu killi zemine ilave edilip numuneler hazırlanmıştır. Kür edilen numunelere kıvam limitleri, dane dağılımı, kompaksiyon, CBR, üç eksenli basınç ve konsolidasyon deneyleri uygulanmıştır. Deneyler sonunda zeminin fiziksel özelliklerinin iyileştiği, zeminin su muhtevası yüksek olduğunda uçucu pirinç kabuğunun daha iyi durumda olduğu ve konsolidasyon oturmalarının azaldığı görülmüştür. Ayrıca, bu katkı malzemesinin kullanımının ekonomik açıdan da yarar sağlayacağı açıktır Uçucu Pirinç Kabuğu ve Çimento Benzer bir çalışma da rezidüel zeminlerin stabilizasyonu için yapılan değişik bir çalışmadır. Basha ve ark. (2004), değişik oranlarda zemine ekleyerek hazırladıkları numuneler üzerinde kıvam limit deneyleri, kompaksiyon deneyleri, CBR deneyleri ve serbest basınç deneyleri gerçekleştirmişlerdir. Uçucu pirinç kabuğu (RHA) rezidüel zeminin plastisitesini arttırmıştır. %6 ila %8 çimento ve %15 ila %20 RHA katkısı ile zemin mukavemetinde beklenilen sonuçlar elde edilmiştir Sodyum Silikat Günümüzde zeminlerin stabilizasyonunda yüksek PH değerinden ötürü zemin danelerinin yüzeyinde çimentolaşma reaksiyonu yaparak stabilitenin artması için kullanılmaktadır. Ancak düşük aktiviteli killerde başarılı iken yüksek aktiviteli killerde pek etkili değildir.%2-%10 arasında sodyum silikat %1 civarında bentonit ile birlikte karıştırıldığında mukavemetin artmasına neden olmaktadır. Sodyum silikat ile kalsiyum klorit, sodyum aluminant, magnezyum karbonat v.b katkılar birlikte kullanıldığında hem mukavemet hem de durabilitenin artmasına neden olmaktadır. 88

103 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Kloritler Kalsiyum klorit(cacl 2 )ve sodyum klorit(nacl) gibi tuzlar yollarda toz kontrol, rutubetin sağlanması, yüzeyden kaba danelerin kopmasının önlenmesi gibi amaçlarla kullanılmaktadır. Ayrıca diğer kloritler(örneğin MgCl 2 ) yoğunluk ve stabilitenin artmasına neden olduğu gibi zeminin PI ve LL değerinin düşmesine neden olmaktadır. Zeminin permeabilitesini artırarak kapilarite duyarlılığını azaltmakta ve böylece don kabarmalarını da önlemektedir. Ancak suyla eriyerek zeminden uzaklaşmasının önlenmesi oldukça güç olduğundan dolayı kullanımı sınırlıdır. Bilindiği gibi zeminler büyük oranda kalsiyum(ca +2 ), magnezyum(mg +2 ), sodyum(na + ), potasyum(k + ) gibi katyonlardan ve sülfat(so -2 4 ), klorit(cl - ), fosfat(po -3 4 ), nitrat(no - 3 ) anyonlardan oluşur. Özellikle şişebilen zeminlerde tuzların katılması ile iyon dengesi sağlandığından şişme basınçları ve şişme basıncı değerleri de azaltılabilmektedir Fosforik Asit Zemine fosforik asit(h 3 PO 4 ) veya diğer fosforik bileşikler katıldığında mukavemet artışı ve suya karşı direnç sağlanmaktadır. Özellikle tabii şevlerin ve dolgu şevlerinin erozyona karşı dirençli olmasını sağlamaktadır. Otoyol gibi yüksek standartlı yollarda dolgu şevlerinin yüzeysel sularla erozyonu önlemek amacıyla çimlendirilmektedir. Bu çimli sahaların yapımı ve bakımı kurak iklime sahip bölgelerde sorun olabilmektedir. Bu amaçla fosforik asit ile dolgu şevlerinin stabil hale getirilmesinde oldukça başarılı sonuçlar alınmıştır. Fosforik asit kil mineralleri ile reaksiyona girerek çimentolaşma oluşmakta ve %20-%50 kadar mukavemet artışı sağlanabilmektedir. Ancak zemin çok miktarda kalsiyum içeriyorsa fosforik asit etkin olmamaktadır. 89

104 2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER Diğer Kimyasal Katkılar Zeminin özelliklerini iyileştirmek amacıyla zemine katılan bazı maddeler zeminin killi daneleri ile kimyasal reaksiyon yaparak zeminin çimentolaşmasını sağlarlar. Bu amaçla kullanılan kimyasal katkılar; fosforik asit, fosfat, kalsiyum sülfat (jibs), sodyum hidroksit (kostik soda), alüminyum tuzları gibi inorganik maddeler ile polimerler gibi organik maddeler ve lifler olabilir. Bunlar zeminin asidik ve alkalinik özelliklerine bağlı olarak seçilir ve belli oranlarda zemine katılarak daha stabil olması sağlanır. Zemin stabilizasyonu için kullanılacak olan kimyasal maddeler zemin cinsine ve arzulanan özelliklere göre seçilip tespit edilerek kanıtlandıktan sonra kullanılmalıdır (Tunç, 2002) Kontrol Zemin iyileştirilmesinde hangi yöntem seçilirse seçilsin, son adım, konik penetrasyon deneyi (CPT) ve standart penetrasyon deneyi (SPT) gibi yöntemler kullanılarak, sahada sonuçları kontrol etmek olmalıdır. Zemin iyileştirme işlemi tatmin edici olmadığı zaman, istenilen özellikler elde edilinceye kadar işlem tekrar edilmelidir (Kayabalı, 2004). 90

105 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER 3 MATERYAL VE METOD Yapılan bu çalışmada, kum zeminlerin katkı malzemeleri ile ıslahı araştırılmıştır. Deneysel çalışmada Çukurova bölgesi, Seyhan nehir yatağından getirilen kum numuneler, Adana Çimento Sanayi T.A.Ş. Adana Çimento Fabrikasında üretilen CEM II / B-M 42.5R Portland Kompoze Çimento, İskenderun Demir Çelik Fabrikasının atığı olan ve OYSA İskenderun Çimento Fabrikasında belli bir incelik değerine kadar öğütülmüş yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Optimum su muhtevasını bulmak için kum numune üzerinde proktor deneyi yapılmış ve daha sonra bulunan optimum su muhtevasında ve değişik oranlarda katkı malzemesi kullanılarak hazırlanan ve küre tabi tutulan numunelerin mukavemetini ölçmek için serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Hazırlanan numuneler 7, 14, 28 ve 56 gün boyunca kür edildikten sonra deneye tabi tutulmuştur. Numunelerin bir kısmı hazırlanışının beşinci gününden, bir kısmı da ilk gününden itibaren küre tabi tutulmuştur ve daha sonra deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçta, kompoze çimento ve yüksek fırın cürufunun kum zeminin mukavemet özelliklerine olan etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. 3.1 Zemin Özellikleri Deneysel çalışmalarda, Çukurova bölgesi, Seyhan nehir yatağından getirilen kum numuneler kullanılmıştır. Kum numuneler üzerinde, zemini sınıflamaya yönelik ve mukavemet özelliklerini tespit etmek için bir grup deneyler yapılmıştır. Bu deney sonuçlarına göre, kullanılan kumun zemin sınıfı, kötü derecelenmiş ince ve temiz kum (SP) ve dane birim hacim ağırlığı γ s =2,68 g/cm 3 olarak belirlenmiştir (Yıldız, 2002). Ayrıca kuru birim hacim ağırlığı γ k =1,71 g/cm 3 olacak şekilde hazırlanmış kum numuneler üzerinde, zeminin kayma mukavemet parametrelerini tespit etmek için yapılan kesme kutusu ve drenajlı üç eksenli basınç deneyleri sonucunda, kayma mukavemet açısı, φ=41 ve kohezyon c=0x10-2 kg/cm 2 olarak bulunmuştur. Zeminin granülometrik dağılımıyla ilgili özellikler Çizelge 3.1 de sunulmuştur (Yıldız, 2002). 91

106 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER Çizelge 3.1 Kum Zeminin Elek Analizi Sonuçları Granülometrik Parametreler Kaba Daneli Kum Yüzdesi Orta Daneli Kum Yüzdesi İnce Daneli Kum Yüzdesi Efektif Dane Çapı, D 10 D 30 D 60 Zemin Sınıfı Birim % % % mm mm mm - Değer 0, ,26 0,30 0,40 SP 3.2 Yüksek Fırın Cürufu Özellikleri Çalışmada, İskenderun Demir Çelik Fabrikasının atığı olan ve OYSA İskenderun Çimento Fabrikasında belli bir incelik değerine kadar öğütülmüş yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Cürufa ait kimyasal özellikler Çizelge 3.2 de verilmektedir. Cürufun baziklik katsayısı Kb = (CaO + MgO) / (SiO 2 + Al 2 O 3 ) = 0,84 olup, cüruf özgül ağırlığı 2,81gr/cm 3, Blaine özgül yüzeyi ise 4250cm 2 /gr dır. Çizelge 3.2 Yüksek Fırın Cürufu ve Çimento Kimyasal Kompozisyonu (%) Oksit SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 K 2 O Na 2 O KK YFC 36,70 14,21 0,98 32,61 10,12 0,99 0,76 0,42 - CEM II 25,70 6,95 4,07 53,33 3,87 1,90 1,21 0,48 1, Çimento Özellikleri Deneysel çalışmalarda, Adana Çimento Sanayi T.A.Ş. Adana Çimento Fabrikasında üretilen CEM II / B-M 42.5R Portland Kompoze Çimento kullanılmıştır. Kullanılan Portland kompoze çimentoya ait kimyasal özellikler Çizelge 3.2 de verilmektedir. Ayrıca çimento örneğine ait analiz sonuçları ek kısmında verilmiştir. Portland kompoze çimento, çeşitli oranlarda portland çimentosu klinkeri ve katkı maddelerinin, priz düzenleyici olarak da kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. CEM II; kütlece, A tipleri 92

107 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER için en çok 20 kısım, B tipleri için 35 kısım puzolanik madde ve portland çimento klinkerinin, bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesiyle elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Buradaki "puzolanik maddeler" deyimi, kendi başlarına hidrolik bağlayıcı olmadıkları halde, ince olarak öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek bağlayıcı özelikte bileşikler oluşturan maddeleri ifade etmektedir. Yüksek fırın cürufu, demir-çelik üretiminde yüksek fırınlarda oluşan ve uygun şekilde aktifleştirildiğinde hidrolik özelikler gösteren ve kütlece en az 2/3 oranında camsı cüruf ihtiva eden suni bir puzolandır. Uçucu kül ise, pulverize kömür yakılan fırınlardan atılan baca gazından, toz partiküllerinin elektrostatik veya mekanik olarak çöktürülmesiyle elde edilen suni bir puzolanik maddedir. Silika fume (silis dumanı) katkısı, yüksek miktarda amorf silisyum dioksit ihtiva eden çok ince küresel partiküllerden oluşan suni bir puzolanik maddedir. 3.4 Standart Proktor Deneyi Deneyin amacı; zeminde kuru birim hacim ağırlık su muhtevası bağıntısının elde edilmesi ve ayrıca çan eğrisine benzer bu bağıntının tepe noktasındaki maksimum kuru birim hacim ağırlık ile optimum su muhtevasının belirlenmesidir. Deneyde yaklaşık 5kg kadar kum numune kullanılmıştır Deneyin Teorisi Zemin kompaksiyonu, zemini mekanik araçlarla zorlayarak boşluklarındaki hava hacminin azaltılması ile danelerin birbirlerine daha yakın olarak kümelenmesini sağlama işlemidir. Kompaksiyon ile zeminin mukavemeti artar, kompresibilitesi azalır. Arazide silindirler, vibratörler ve tokmaklar ile yapılan kompaksiyonda amacına uygun sonuçlar elde edilmesi için sıkıştırılacak malzemenin kompaksiyon özelliklerinin laboratuar deneyleri ile tespit edilmesi gerekir (Kumbasar, 1999). 93

108 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER Kuru birim hacim ağırlık ne kadar büyükse, o zemin o kadar iyi sıkışmış demektir. Sıkıştırılmış bir zemin için yaş ve kuru birim hacim ağırlıklar yazılıp birbirine bölünürse, kompaksiyonun temel bağıntısı elde edilir. W γ s * (1 + w) γ n = = V 1+ e (3.1) γ s γ k = 1 + e (3.2) γ γ n k = 1+ w (3.3) γ n 100 * γ γ k = = (3.4) 1+ w w W w w = (3.5) W s Deney sonucunda Şekil 3.1 deki gibi tipik bir eğrinin çıkması beklenir: γ k γ kmax w opt w Şekil 3.1 Kompaksion Eğrisi Çünkü bir zemin, sabit bir kompaksiyon enerjisi ile değişik su muhtevalarında artan su muhtevası ile kuru birim hacim ağırlığı önce artmakta, maksimum bir değere 94

109 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER ulaştıktan sonra da azalmaktadır. Bunun sebebi, önce zeminde yeterli su bulunmadığı için, danelerin daha az boşluklu yerleşmek üzere hareket etmeleri, daneler arası sürtünme kuvvetinden dolayı zordur. Zira su daneler arası bir tür yağlanma etkisi yapmaktadır. En son bölgede zeminde fazla su bulunduğundan ve suyun da pratik olarak sıkışmaz olmasından dolayı, gene zeminin boşluk hacmi fazla azaltılamamaktadır. Ortadaki bölgede ise, sıkışma en yüksek olmakta, kuru birim hacim ağırlık ise, maksimum değere ulaşmaktadır. Kuru birim hacim ağırlığının yani sıkıştırmanın en büyük olduğu durumdaki su muhtevasına optimum su muhtevası denilir. En iyi sıkıştırma optimum su muhtevasında elde edilir Kullanılan Aletler 1. Metal kalıp (mold, standart Proktor kabı): Hacmi 934,67cm 3, ağırlığı 4730gr, silindir biçiminde, kolayca çıkarılabilen bir taban plakası ile 5cm yüksekliğinde yakası bulunan. 2. Terazi: 1gr hassasiyette 3. Palet bıçağı 4. Metal tokmak: 50mm çapında dairesel bir tabanı olan, 2,5kg ağırlığında, 30,5cm yüksekliğinde, elle çalıştırmaya elverişli bir cihaz. 5. Geniş karıştırma tavası 6. 4 nolu elek ve tavası 7. Metal tepsi 8. Etüv: Sürekli C C sıcaklık sağlayabilen. 9. Makine yağı: Tokmağın ucuna malzeme yapışmasını engelleyecek 10. Çok sayıda standart numaralı metal kap Deneyin Yapılışı 1. Yaklaşık 5kg kadar numune su muhtevası yaklaşık olarak %1-%2 arasında olacak şekilde su ile iyice karıştırılmıştır. 95

110 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER 2. Kalıp, taban plakası takılmış olarak 1gr hassasiyetle 4287,5gr olarak tartılmıştır. Kalıp, sert zemine oturtulup, nemli zemin mümkün olduğu kadar eşit ağırlıkta üç tabaka halinde, her birine 30,5cm lik serbest düşüş yapan tokmakla 25 darbe uygulayarak, üst ucuna yakası takılmış kalıbın içinde sıkıştırılmıştır. Darbeler her tabaka yüzeyine eşit aralıklarda dağıtılmaya çalışılmıştır. Bunun için tokmak moldun içerisine değişik noktalara düşüş yapacak şekilde düşürülmeye çalışılmıştır. Tokmak kılavuzunun, tokmağın serbest düşüşünü engelleyecek biçimde, zeminle tıkanmasını engellemek için yağ kullanılmıştır. 3. Her tabaka serilirken tabakalar arası kaynaşmayı sağlamak için, numune yüzeyi çizilmiştir 3 tabaka halinde sıkıştırma işlemi yapılmıştır. 4. Kullanılan zemin miktarı kalıbı dolduracak şekilde ve yaka çıkarıldıktan sonra kesilip atılacak kısım 6mm yi aşmayacak şekilde ayarlanmıştır. 5. Yaka çıkartılıp, sıkıştırılmış zemin çelik cetvelle kalıbın üst kenarı seviyesinde düzeltilmiştir. Kalıp ve zemin 1gr hassasiyetle 5812,5gr olarak tartılmıştır. 6. Sıkıştırılmış zemin kaptan çıkarılırken iki adet numune su muhtevasının ölçülmesi için alta ve üste yakın yerlerden alınarak 6 ve 29 nolu kaplara koyularak 59,433gr ve 66,956gr olarak tartılıp etüve koyulmuştur. Daha sonra kuruyunca da tartılıp 94,433gr ve 66,816gr bulunmuştur. Bu iki ayrı numune için su muhtevası bulunarak ortalaması alınmıştır. 7. Zeminin geriye kalanı, deneyin başında hazırlanan numuneye eklenip su muhtevası her seferinde %1 artacak şekilde su eklenip iyice karıştırılarak sıkıştırma işlemi ve su muhtevasının ölçümü için yapılan işlemler aynı şekilde optimum su muhtevası bulunacak şekilde tekrarlanmıştır. 8. Deney, kullanılan su muhtevaları maksimum kuru birim hacim ağırlığı veren optimum su muhtevasını içeren aralıkta yapılmıştır. 9. Sonuçta birim hacim ağırlık-su muhtevası grafiği elde edilmiştir ve bu grafik bulgular ve tartışma kısmında bulunmaktadır. 96

111 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER 3.5 Numunelerin Hazırlanması ve Bakımı Numunelerin yerleştirilmesi için su borusundan hazırlanan kalıpların çapı 36mm dir ve boyu çapının iki katı olacak şekilde 72mm olarak hazırlanmıştır. Ayrıca, bakım süresi sonunda numunelerin kalıptan kolayca çıkarılabilmesi için kalıplar dikey eksende kesilerek hazırlanmıştır. Kalıplar içerisine numune yerleştirilmeden önce açılmaması için kalın bant ile yapıştırılmıştır. Öncelikle darası sıfırlanan tepsi içerisine kum dökülerek tartılmıştır. Daha sonra kum içine belirlenen yüzdede (ağırlıkça) katkı malzemesi ilave edilerek küçük yüzdelerde çalışıldığı için hassas bir şekilde tartılmıştır. Kum ve katkı malzemesi topaklanma olmasına izin verilmeyerek homojen olacak bir şekilde özenle karıştırılmıştır (Şekil 3.2.a). Yaklaşık 5 10 dakika süren bu karıştırma aşamasından sonra belirlenen optimum su muhtevasına göre su ilave edildikten sonra da aynı şekilde karıştırılan malzeme (Şekil 3.2.b-c.), numune oluşturulmaya hazır hale getirilmiştir. Priz süresi geçilmeden numuneler hazırlanmıştır. Numuneler aynı proktor deneyinde olduğu gibi eşit enerji kullanılarak tabakalar halinde ve küçük tahta bir tokmak kullanılarak sıkıştırılmıştır (Şekil 3.2.d). Daha önceden; proktor deneyinden bulunan birim ağırlık değerine göre, hacmi de bilinen kalıplara, formüllerden elde edilen ağırlıkta numune sıkıştırmak için, standart bir sıkıştırma değeri araştırılmış ve bu değer her tabaka için 50 olarak belirlenmiştir. Yani, her tabakaya 50 darbe vurularak numune 3 tabaka halinde kalıba yerleştirilmiştir. Kalıplar numunenin deney zamanı geldiğinde, kalıptan kolay çıkarılabilmesi için yağlanmıştır. Numune yüzeyinin düz bir yüzey oluşturması için palet kullanılmıştır. Değişik yüzdelerde hazırlanıp sıkıştırılan numunelerin kalıplarının üzerine, numunelerin karışmasını önlemek için, yüzdeleri belirten etiketler yapıştırılmıştır. Şekil 3.2.e de numune kalıbı, tokmak, sıkıştırılıp etiketlenmiş numune, kürden sonra kalıptan çıkarılmış numune ve serbest basınç deneyinden sonraki kırılmış bir numune görülmektedir. Şekil 3.2.f de ise numuneler hazırlandıktan sonra kür ortamına konulmadan önceki halleri görülmektedir. Hazırlanan numuneler, ıslak bir bez altında, bezin ıslaklığı sabit kalacak şekilde düzenli olarak ıslatılarak, naylon altında suyun kurumasını önleyecek şekilde, kür 97

112 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER (bakım) uygulanmıştır. Zamanı gelen numuneler, serbest basınç deneyine tabi tutulmuştur. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Şekil 3.2 Numunelerin Hazırlanma Aşamaları 3.6 Serbest Basınç Deneyi Deneyin amacı; arazide bir yapı temeli veya toprak dolgu altında kalacak veya herhangi bir başka yüklemeye maruz kalacak zemin tabakalarının gerilme-şekil değiştirme davranışlarını ve kayma mukavemetlerini belirlemek için, bu tabakalardan numune almak ve bunları laboratuarda deneye tabii tutmaktır ve bunun için birçok deney yöntemi geliştirilmiştir. Serbest basınç deneyi de bunlardan bir tanesidir. Sonuçta serbest basınç mukavemeti bulunmaktadır Deneyin Teorisi Serbest basınç deneyinde silindirik bir zemin numunesi yalnızca eksenel doğrultuda yüklemeye tabii tutulmaktadır. Eksenel yük artışları altında meydana gelen numunenin boy kısalması, yani eksenel şekil değiştirmesi (deformasyon), ölçülmekte ve gerilme-şekil değiştirme eğrileri elde edilmektedir. Eksenel gerilmenin en büyük değeri (veya göçme kabul edebilecek şekil değiştirme seviyesine karşılık gelen değeri) zeminin serbest basınç mukavemeti (qu) değerini vermektedir. 98

113 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER Numunede oluşan kayma düzleminin alt ve üst yükleme başlıkları ile kesişmemesi için, boy uzunluğu/çap oranının h/d 2 (3.6) olarak seçilmesi uygun olmaktadır. Serbest basınç deneyi ancak herhangi bir yanal destek olmaksızın kendi kendini dik olarak ayakta tutabilecek özelliklere sahip zeminler üzerinde uygulanabilmektedir. Bu yönden kumlar üzerinde uygulanması mümkün değildir. Yalnızca killi zeminler için kullanılan bir deney yöntemi olmaktadır. Deney sırasında numunenin drenaj koşulları kontrol edilemediği için, hızlı yükleme yapılarak, zeminin drenajsız kayma mukavemetinin elde edildiği kabul edilmektedir. Eksenel yüklemeden önce zemini konsolide etmek ve eksenel yükleme sırasında oluşan boşluk suyu basınçlarını ölçmek mümkün olmamaktadır. Bu kısıtlayıcı yönlerine karşın; serbest basınç deneyi, killerin drenajsız kayma mukavemetini belirlemekte yaygın olarak kullanılan bir deney yöntemi olmaktadır. P P/A= σ h α qu d ε = h/h a) Göçme b) Gerilme Deformasyon Şekil 3.3 Serbest Basınç Deneyinde Kırılma ve Gerilme Deformasyon Bir serbest basınç deneyinde göçme anındaki gerilme durumunu gösteren Mohr dairesi ve drenajsız kayma mukavemeti zarfı Şekil 3.4 te gösterilmektedir. 99

114 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER τ φ=0 mukavemet zarfi Cu σ σ 3=0 σ σ 1 3 =0 σ 1 qu q u (kayma mukavemeti) Şekil 3.4 Drenajsız Kayma Mukavemeti Zarfı ve Mohr Dairesi Drenajsız kayma mukavemetinin, göçme anındaki gerilme durumunu gösteren mohr dairesi çizilerek, 1 τ f = cu = qu (3.7) 2 olarak elde edilebileceği bu şekilden açık olarak görülmektedir. Fakat bu şekilde elde edilen kayma mukavemetinin, ancak özel arazi yükleme ve drenaj koşullarında geçerli olacağı unutulmamalıdır (Laman ve Yıldız, 1996). Kırılma anındaki en büyük yük (Pmax), zemin örneğinin enkesit alanına bölünerek, serbest basınç mukavemeti qu bulunur. q u Pmax = σ 1 = (3.8) A d Serbest basınç deneyinde, yükleme, göreli olarak hızlıdır ve deney koşulları, drenajsız (zemin örneğinden su çıkmaz.) olarak düşünülür. Kısaca zemin örneğinin hacmi deney süresince sabit kalır. Kırılma sırasında, zemin örneğinin en kesit alanı, aşağıdaki gibi hesaplanır. Bu arada hacim sabittir. 100

115 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER V = sabit = A0 * H 0 = A d * H d (3.9) H f = H 0 H (3.10) A d A H 1 H = 0 (3.11) 0 Burada A 0, H 0 ; sırasıyla, zemin örneğinin başlangıçtaki en kesit alanı ve yüksekliğidirler Kullanılan Aletler 1. Etüv 2. Numune kapları 3. Terazi 4. Serbest basınç test cihazı: Bu cihaz biri sabit, diğeri düşey yönde hareket ettirilebilen iki yuvarlak plakadan oluşur. Düşey yük, yük halkası vb. yük ölçme düzeni ile düşey deformasyon biçiminde uygulanır. 5. Yük halkası: Elastik, lineer davranan, yuvarlak bir çelik halkadır. 6. Deformasyon saati: (Komparatör, boy kısalması göstergesi ) tercihen 0,01 mm duyarlıklı (önce kullanılan saatin kapasitesi 2kN ve k sabiti 0,13kg/div olduğu ve kapasitesinin aşılacağı düşünüldüğü için 4,5kN kapasiteli ve yükleme hızı da 0,6mm/min olan saatle değiştirilmiştir). 7. Yeterli hassasiyette düşük aralıklardaki yükleme okumalarını alabilecek Yükleme Ringi veya hücresi 8. Kumpas: Verniyerli 9. Çelik kıl testere: Numuneyi tıraşlamak için kullanılır. 10. Kronometre 101

116 3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER (a) (b) Şekil 3.5 Serbest Basınç Deneyinin Yapılışı ve Kırılmış Numuneler Deneyin Yapılışı 1-Numune(36mm çapında ve 72mm yüksekliğinde) presin alt platformuna merkezlenerek oturtulduktan sonra üst başlık numunenin üst yüzeyine rahatça ve tam değecek şekilde indirilmiştir. Boy değişimini ölçen saat alt ve üst başlıklara yerleştirilerek sıfırlanmıştır. 2-Yükleme numunede dakikada %0,5 2 oranında boy kısalması oluşturacak şekilde yapılmıştır. Yük ve boy değiştirme okumaları alınmıştır. 3-Deneye numune üzerinde kesilme meydana gelene kadar devam edilmiştir. Mukavemeti çok yüksek olan bazı numunelerde göçme patlama şeklinde gözlenmiştir. Kırılma şekli Şekil 3.5 te gösterilmektedir. Numune tartılarak su muhtevasının belirlenmesi için etüve konulmuştur. Eşitlik 3.5 yardımıyla su muhtevaları bulunmuştur ve kırılmış numunelere ait bulunan su muhtevaları Çizelge 4.3, Çizelge 4.7, Çizelge 4.15 te verilmiştir. 102

117 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Deneysel çalışmalarda kullanılacak olan kum zemin numunesi üzerinde kompaksiyon (Proktor) deneyi yapılmıştır. Kompaksiyon deneyi verileriyle oluşturulan grafikten numunenin maksimum yoğunluğa sahip olduğu yani, zeminin maksimum sıkıştırılması için gerekli olan, optimum su muhtevası %5,81 ve buna karşılık gelen maksimum birim hacim ağırlık 1,64gr/cm 3 olarak elde edilmiştir. Bu optimum su muhtevası değerine göre hazırlanan numuneler üzerinde yapılan serbest basınç deney sonuçları da bu bölümde incelenecektir. 1,64 Kuru Birim Hacim Ağ. (gr/cm 3 ) 1,63 1,62 1,61 1,60 1,59 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 Su İçeriği (%) Şekil 4.1 Çalışmada Kullanılan Kum Zeminin Proktor Deneyi Sonucunda Elde Edilen Grafik Deneyler üç grup halinde yapılmıştır. Birinci grup deneylerde katkı malzemesi olarak sadece çimento kullanılmış ve numuneler beşinci günden itibaren kür uygulanmaya başlanmıştır. İkinci ve üçüncü grup deneylerde ise, çimento ve cüruf ilave edilerek elde edilen numuneler, ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanmıştır. 103

118 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER 4.1 Birinci Grup Deneyler İlk yapılan deneylerde kum zemine çimentonun katkısı araştırılmıştır. Numuneler %3, %4, %5, %6, %7 ve %8 çimento katkısı ile hazırlanmıştır. Deneylerden elde edilen grafiklerden görülmektedir ki çimento katkısı ile dayanım zamanla artmaktadır. %4 çimento katkısı ile hazırlanan numunelerin, değişik zamanlarda kırılması sonucu, elde edilen gerilme deformasyon grafiği Şekil 4.2 de verilmektedir. Diğer araştırılan % gruplarında da aynı durum geçerli olup; grafikleri Ek.3 kısmında verilmiştir. Grafikte aynı miktarda katkı malzemesinin gerilme deformasyon ilişkileri görülmektedir. Göçme yükleri net olarak görünen grafiklerden, numunelerin 56 gün sonunda en fazla dayanıma sahip oldukları görülmüştür. 10,00 9,00 8,00 7,00 7gün 14gün 28gün 56gün Gerilme(kgf/cm 2 ) 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Şekil 4.2 %4 Çimento Katkısında Gerilme Deformasyon İlişkisi 104

119 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Şekil 4.3 teki grafikte de aynı gün içerisinde yapılan deneylerde çimento miktarı artışının mukavemeti nasıl etkilediği görülmektedir. Çimento miktarı arttıkça dayanım da artmaktadır. Yine diğer zaman grupları için de aynı çalışmalar yapılmış olup Ek.3 kısmında verilmiştir. Gerilme (kgf/cm 2 ) 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 %3 çim %4 çim %5 çim %6 çim %7 çim %8 çim 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Şekil 4.3 Çimento Miktarı Artışının 7 Günlük Numunelerde Mukavemet Üzerindeki Etkisi Şekil 4.4 deki grafikte ise; çimento miktarı ile gerilme arasında yaklaşık doğrusal bir ilişki olduğu görülmektedir. Eğilim çizgileri aynı gün içerisinde yapılan, aynı yüzdede çimento içeren, numuneler üzerindeki deneyleri belirtmektedir. Ayrıca Şekil 4.4 te verilen eğilim fonksiyonları ve korelasyon katsayıları Excel bilgisayar programında hesaplanarak Çizelge 4.1 de verilmiştir. 105

120 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Gerilme(kgf/cm 2 ) 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 7 gün 14 gün 28 gün 56 gün 4,00 2,00 0, %Çimento Şekil 4.4 Aynı Gün İçerisinde Yapılan Aynı Yüzdede Çimento İçeren Numune Üzerinde Yapılan Deneyler Çizelge 4.1 Şekil 4.4 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (çimento) 2 +b (çimento)+c a b c R 2 7 gün 0,000 2,313-5,467 0, gün 0,000 2,178-3,448 0, gün 0,000 2,474-4,074 0, gün 0,000 2,979-4,667 0,913 Şekil 4.5 deki grafikte ise; gerilme zaman arasındaki ilişki ikinci dereceden bir eğri olduğu görülmektedir. Genel olarak yedi gün içerisinde numunelerin hızla dayanım kazandığı ve 28 günden sonra bu dayanım hızındaki artış azalmaya başlamıştır. Eğilim çizgileri farklı çimento oranlarında yapılan deneylere ait gerilme zaman ilişkililerine belirtmektedir. Ayrıca Şekil 4.4 te verilen eğilim fonksiyonları ve korelasyon katsayıları Excel bilgisayar programında hesaplanarak Çizelge 4.2 de verilmiştir. 106

121 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Gerilme(kgf/cm 2 ) %3çim %4çim %5çim %6çim %7çim %8çim Zaman(gün) Şekil 4.5 Aynı Yüzdede Hazırlanan Numunelerin Zamanla Gerilme Artışı Çizelge 4.2 Şekil 4.5 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %3 Çimento -0,001 0,095 1,997 0,991 %4 Çimento 0,001 0,074 3,374 0,984 %5 Çimento -0,027 0,237 4,616 0,569 %6 Çimento 0,005 0,418 3,673 0,973 %7 Çimento 0,007-0,306 13,857 0,999 %8 Çimento -0,003 0,282 11,605 0,999 Çizelge 4.3 de beşinci günden itibaren kür uygulanmaya başlanmış (1.grup) numunelerin 56 gün boyunca yapılan deneyler sonucunda hesaplanan su muhtevası değerleri görülmektedir. Görüldüğü üzere, numunelerin su muhtevası değerleri aynı tutulmaya çalışılmış olup;%3-4 aralığında değerler almıştır. 107

122 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çizelge 4.3 Birinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri Zaman (%)Çimento w(%) %3 3,43 %4 3,70 7gün %5 3,18 %6 3,69 %7 3,71 %8 3,36 %3 3,12 %4 3,44 14gün %5 3,16 %6 3,45 %7 3,39 %8 3,73 %3 3,19 %4 3,31 28gün %5 3,00 %6 3,21 %7 3,25 %8 3,34 %3 3,34 %4 3,94 56gün %5 3,34 %6 3,66 %7 3,78 %8 3,99 Çizelge 4.4 de ilk grupta yapılan deneylerden elde edilen göçme yükü değerleri çizelge halinde verilmektedir. Çizelgeler kullanılarak hazırlanan grafikler Ek.3 kısmında verilmiştir. Çizelge 4.4 Birinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 1. Grup Gerilme(kgf/cm 2 ) 7gün 14gün 28gün 56gün %3 Çimento 2,57 3,14 3,65 3,41 %4 Çimento 3,69 4,85 5,54 8,68 %5 Çimento 5,06 9,30 8,21 9,67 %6 Çimento 6,71 7,98 11,91 11,95 %7 Çimento 12,11 10,89 10,89 18,96 %8 Çimento 13,38 15,03 17,02 17,64 108

123 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER 4.2 İkinci Grup Deneyler Bu gruptaki deneyler yine kum zemine %3, %5, %7 çimento ve toplamda %3, %5, %7 yarısı çimento yarısı cüruf olacak şekilde katkı malzemesi ilave edilmiştir. Bu gruptaki numuneler ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanmıştır. Bu gruptaki %3, %5, ve %7 çimento katkısı olan numuneler ile yapılan deneylerin sonuçları ile, birinci gruptaki, yani beşinci günden itibaren kür edilmeye başlanan numunelerle yapılan deneylerin sonuçları karşılaştırılmıştır. Kür etkisi gözlemlenmiştir. Şekil 4.6 da ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanan çimento katkılı numunelerdeki mukavemetin, beşinci günden itibaren, kür uygulanmaya başlanan numunelerin mukavemetinden daha fazla olduğu ve zamana bağlı dayanım artımının daha yüksek olduğu açık bir şekilde görülmektedir Ayrıca Şekil 4.6 da verilen eğilim fonksiyonları ve korelasyon katsayıları Excel bilgisayar programında hesaplanarak Çizelge 4.5 te verilmiştir Gerilme(kgf/cm 2 ) %3-ilk grup %5-ilk grup %7-ilk grup %3ikinci grup %5ikinci grup %7ikinci grup Zaman(gün) Şekil 4.6 Birinci ve İkinci Grup Deneylerin Karşılaştırılması (Kür Faktörü) 109

124 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çizelge 4.5 Şekil 4.6 ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %3 Çim (ilk grup) -0,001 0,095 1,997 0,991 %5 Çim (ilk grup) -0,003 0,237 4,616 0,569 %7 Çim (ilk grup) 0,007-0,306 13,857 0,999 %3 Çim (ikinci grup) 0,001 0,061 2,299 0,987 %5 Çim (ikinci grup) -0,002 0,297 4,614 0,999 %7 Çim (ikinci grup) -0,007 0,636 8,697 0,994 Şekil 4.7 de aynı miktarda katkı malzemesi kullanılarak elde edilen gerilme deformasyon grafiği verilmiştir. Yedinci günde yapılan bu deneylerde çimento katkılı numune dayanımının nispeten daha fazla olduğu görülmektedir. 14,00 12,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Şekil Gün Sonunda Aynı Miktar Çimento ve Çimentolu Cüruf İlavesinin Karşılaştırılması Şekil 4.8 de %7 çimento katkısının gerilme deformasyon değişiklikleri görülmektedir. Göçme anı da belirli olan grafikten anlaşıldığı gibi numuneler 56 gün sonunda en fazla dayanıma sahip olmuştur. Şekil 4.9 da ise, cüruf çimento karışımı için elde edilen değerler ile çizilmiştir. İki grafikte de katkı malzemesi miktarı %7 dir. 110

125 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Gerilme(kgf/cm 2 ) 25,00 20,00 15,00 10,00 7gün 14gün 28gün 56gün 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Şekil 4.8 Sadece %7 Çimento İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri Gerilme(kgf/cm 2 ) 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 7gün 14gün 28gün 56gün 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Şekil 4.9 %3,5Çimento %3,5 Cüruf İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri Ayrıca bu grupta yapılan deneylerde, aynı miktarda katkı malzemesi kullanılarak yapılan, deney sonuçları da (Şekil 4.10 daki gibi) karşılaştırılmış olup birbirine yakın sonuçlar verdiği görülmüştür. Yarı cüruf yarı çimento katkısı ile daha ekonomik çalışmalar yapılabileceği açıktır. Bu bölümde sadece %7 katkı için 111

126 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER yapılan çalışmaya yer verilmiş olup; diğerleri Ek.4 kısmında verilmiştir. Katkı malzemesi ve zaman arttıkça mukavemet değerlerinin yakınlaştığı görülmektedir. Eren ve Yılmaz (2004), yaptıkları çalışmada, yüksek fırın cürufu veya uçucu kül ün portland çimentosu yerine bir miktar kullanılmasının, değişik sıcaklıklarda kür uygulanan betonların dayanımlarına olan etkilerini incelemişler ve cüruf içeren betonların 100% Portland çimentolu betonlara göre, ilk yaşlarda, daha yavaş dayanım kazandığını göstermişlerdir. Fakat daha ileriki yaşlarda (56 gün), cüruflu karışımların Portland çimentolu karışımlara yakın bir değer verdiğini görmüşlerdir. Ancak kendi çalışmalarında, 20 C de kür uygulanan %50 cüruflu karışımın 90 güne kadar Portland çimentolu karışımın değerine yakın olmadığını görmüşlerdir ve bu farkın, Wainwright ve Tolloczko (1986) nun daha yüksek miktarda Portland çimentosu (437 kg/m 3 ) ve daha düşük su/çimento oranı kullanımı ile oluştuğunu açıklamışlardır. Aynı zamanda cüruflu betonların 28 gün kür süresinden sonra, Portland çimentolu betonlar ile, aynı davranışı gösterdiğini ve cüruflu betonların en yüksek dayanım değerini 20 C kür sıcaklığında kazandığını göstermişlerdir. Yapılan bu çalışmada da daha düşük dayanımlı bir çimento kullanımı ile cüruflu karışımın dayanımının, Eren ve Yılmaz (2004) ün çalışmasında olduğu gibi çimentolu karışım değerine yaklaşması beklenmektedir. Tokyay (2003) de aynı 28 günlük dayanımın elde edildiği, birbirine çok yakın inceliklerdeki bir portland çimentosuyla %65 cüruf içeren bir cüruflu çimento karşılaştırıldığında, erken yaşlarda portland çimentosunun, geç yaşlarda ise cüruflu bir çimentonun daha yüksek dayanıma sahip olduğunu belirtmektedir. 112

127 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER çim çim-cur Gerilme(kgf/cm 2 ) Zaman(gün) Şekil 4.10 %7 Katkı Malzemesi İle Elde Edilen Grafik Çizelge 4.6 Şekil 4.10 a Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento -0,007 0,636 8,697 0,994 Çimento-Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985 Çizelge 4.7 de ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanmış numunelerin 56 gün boyunca yapılan deneylerin sonucunda, hesaplanan su muhtevası değerleri görülmektedir. Görüldüğü üzere numunelerin su muhtevası değerleri aynı tutulmaya çalışılmış olup; %4-5 aralığında değerler almıştır. 113

128 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çizelge 4.7 İkinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri Zaman (%)Katkı w(%) %3 4,05 %5 4,67 7gün %7 4,19 %1,5-%1,5 4,91 %2,5-%2,5 4,76 %3,5-%3,5 5,23 %3 4,00 %5 4,85 14gün %7 4,19 %1,5-%1,5 4,99 %2,5-%2,5 4,72 %3,5-%3,5 5,25 %3 4,00 %5 4,65 28gün %7 4,38 %1,5-%1,5 5,02 %2,5-%2,5 4,85 %3,5-%3,5 5,23 %3 4,48 %5 4,35 56gün %7 4,11 %1,5-%1,5 5,12 %2,5-%2,5 4,77 %3,5-%3,5 5,07 Çizelge 4.8 de ikinci grupta yapılan deneylerde bulunan gerilme değerleri çizelge halinde verilmektedir. Çizelgeler kullanılarak hazırlanan grafikler Ek.4 kısmında verilmiştir. Çizelge 4.8 İkinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 2. Grup Gerilme(kgf/cm 2 ) 7gün 14gün 28gün 56gün %3 Çimento 2,58 3,50 4,13 6,79 %5 Çimento 6,69 8,37 11,83 16,59 %7 Çimento 12,54 16,62 20,61 21,66 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 2,29 3,50 4,27 6,32 %2,5 Çim-%2,5Cüruf 4,14 6,22 10,83 13,06 %3,5 Çim-%3,5Cüruf 9,05 13,57 17,08 20,53 114

129 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER 4.3 Üçüncü Grup Deneyler Üçüncü grup çalışmada ise; ikinci gruba ilave olarak %10 çimento ve yarısı çimento, yarısı cüruf olmak üzere %10 katkı malzemesi olan deney numuneleri hazırlanmış ve kontrol amaçlı olarak da %5 çimento ve aynı şekilde %5 katkı malzemeli numuneler hazırlanıp, deney zamanı gelince kırılmıştır. Yani üçüncü grup çalışmalar aslında ikinci grubun devamı niteliğinde yapılan çalışmaları içermektedir. Şekil 4.11 ve Şekil 4.12 de çimento miktarı ve gerilme değerleri verilmiştir. Görüldüğü gibi; çimento katkılı ve çimento cüruf karışımı katkılı numunelerin dayanım davranışı birbirine çok benzemektedir. Gerilme(kgf/cm 2 ) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 7gün 14gün 28gün 56gün 10,00 0, %Çimento Şekil 4.11 Farklı Oranlarda Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri Çizelge 4.9 Şekil 4.11 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (çimento) 2 +b (çimento)+c a b c R 2 7 gün 0,204 0,451-0,618 1, gün 0,825-4,847 10,979 0, gün 0,575-1,493 3,828 0, gün 1,308-8,797 23,106 0,

130 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Gerilme(kgf/cm 2 ) gün 14gün 28gün 56gün %Çimento Şekil 4.12 Cüruflu Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri Çizelge 4.10 Şekil 4.12 ye Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (çimento) 2 +b (çimento)+c a b c R 2 7 gün 0,000 5,386-7,765 0, gün 0,000 5,264-5,335 0, gün 0,000 5,689 3,686 0, gün 4,301-13,812 18,242 0,993 Şekil 4.13 ve Şekil 4.14 ten de görülmektedir ki; zaman geçtikçe cüruf katkılı olan numunelerin dayanımı sadece çimento katkılı numunelerin dayanımına çok yaklaşmaktadır. Tokyay (2003), Eren ve Yılmaz (2004) da aynı şekilde zamanla cüruf katkısının çimento katkısı ile kazanılan dayanıma yakın mukavemet değerleri kazanacağını savunmuşlardır. 116

131 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çimento Çim-cüruf Gerilme(kgf/cm 2 ) %Katkı Şekil 4.13 İlk 7 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme Değerleri Çizelge 4.11 Şekil 4.13 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (katkı) 2 +b (katkı)+c a b c R 2 Çimento 0,204 0,451-0,618 1,000 Çimento-Cüruf 0,326-1,592 4,086 0, Çimento Çim-Cüruf Gerilme(kgf/cm 2 ) %Katkı Şekil 4.14 Toplam 56 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme Değerleri 117

132 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çizelge 4.12 Şekil 4.14 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (katkı) 2 +b (katkı)+c a b c R 2 Çimento 1,378-8,797 23,106 0,980 Çimento-Cüruf 1,075-6,906 18,242 0,993 Şekil 4.15 ve Şekil 4.16 da ise; zamanla mukavemet artışı, değişik katkı miktarlarına göre, önce sadece çimento için sonra çimento ve cüruf katkısı için gösterilmiştir %3 çim %5 çim %7 çim %10çim Gerilme(kgf/cm 2 ) Zaman(gün) Şekil 4.15 Sadece Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı Çizelge 4.13 Şekil 4.15 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %3 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 %5 Çimento 0,000 0,201 5,597 0,991 %7 Çimento -0,007 0,636 8,697 0,994 %10 Çimento -0,010 1,375 19,716 0,

133 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Gerilme(kgf/cm 2 ) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 %1,5 çim-%1,5 cur %2,5 çim-%2,5 cur %3,5 çim-%3,5 cur %5-5çim 10,00 0, Zaman(gün) Şekil 4.16 Cüruflu Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı Çizelge 4.14 Şekil 4.16 ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 0,000 0,077 2,081 0,973 %2,5 Çim-%2,5Cüruf -0,005 0,485 0,752 0,995 %3,5 Çim-%3,5Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985 %5 Çim-%5 Cüruf 0,020-0,555 24,125 0,999 Şekil 4.17 de iki ayrı zamanda yapılan deneyin sonuçlarını karşılaştırmak için yapılmış olup, yapılan deneylerin güvenirliliğini göstermektedir. Bu grafik, iki farklı zamanda hazırlanan numunelerin 56 gün sonunda kırılmasıyla hazırlanmıştır. Sonuçlar birbirine çok yakın çıkmıştır ve bu da deneylerin tutarlı olduğunu göstermektedir. Bu karşılaştırmanın sadece 2. ve 3. grup için yapılmasının sebebi numunelere aynı şekilde kür uygulanmasıdır. 119

134 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Gerilme(kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 2.grup 3.grup 0,00 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 Deformasyon Şekil 4.17 Deneyin Tutarlılığı İçin %5 Çimento Katkısı İçin Hazırlanan Grafik Çizelge 4.15 de ikinci grubun devamı niteliğinde olan ve ilk günden itibaren kür uygulanmasına başlanmış numunelerin 56 gün sonucunda hesaplanan su muhtevası değerleri görülmektedir. Görüldüğü üzere numunelerin su muhtevası değerleri aynı tutulmaya çalışılmış olup; %4-5 aralığında değerler almıştır. 120

135 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çizelge 4.15 Üçüncü Grup Deneyler İçin Su Muhtevası Değerleri Zaman (%)Katkı w(%) %3 4,05 %5 4,48 %7 4,19 7gün %10 4,00 %1,5-%1,5 4,91 %2,5-%2,5 4,76 %3,5-%3,5 5,25 %5-%5 3,95 %3 4,00 %5 4,24 %7 4,19 14gün %10 3,91 %1,5-%1,5 4,99 %2,5-%2,5 4,80 %3,5-%3,5 5,24 %5-%5 4,59 %3 4,00 %5 3,81 %7 4,38 28gün %10 3,71 %1,5-%1,5 5,02 %2,5-%2,5 5,08 %3,5-%3,5 5,23 %5%-5 4,15 %3 4,48 %5 3,37 %7 4,11 56gün %10 3,20 %1,5-%1,5 5,12 %2,5-%2,5 4,58 %3,5-%3,5 5,06 %5-%5 4,42 Çizelge 4.16 da ise üçüncü grupta yapılan deneylerde bulunan gerilme değerleri çizelge halinde verilmektedir. Çizelgeler kullanılarak hazırlanan grafikler Ek.5 kısmında verilmiştir. 121

136 4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER Çizelge 4.16 Üçüncü Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 3. Grup Gerilme(kgf/cm 2 ) 7gün 14gün 28gün 56gün %3 Çimento 2,58 3,50 4,13 6,79 %5 Çimento 6,69 8,37 11,83 16,59 %7 Çimento 12,54 16,62 20,61 21,66 %10 Çimento 24,24 45,16 46,56 66,86 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 2,30 3,50 4,27 6,32 %2,5 Çim-%2,5Cüruf 4,14 6,22 10,83 13,06 %3,5 Çim-%3,5Cüruf 9,05 13,57 17,08 20,53 %5 Çim-%5Cüruf 20,77 21,17 24,19 57,17 122

137 5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER Gülsen TUMLUER 5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada sunulan deneysel sonuçların ve analizlerin değerlendirilmesi ile aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır. 1. Deneysel çalışmalarda kullanılan kumlar üzerinde yapılan kompaksiyon deneyinde, optimum su muhtevası %5,81 ve buna karşılık gelen maksimum birim hacim ağırlık 1,64gr/cm 3 olarak elde edilmiştir. 2. Çimento ve çimento cüruf karışımı oranlarının artmasıyla kum zeminde mukavemetin arttığı gözlenmiştir. 3. Optimum su muhtevasında ve aynı oranda katkı malzemesi ile hazırlanan numuneler, değişik şartlarda kür uygulandığında, ilk günden itibaren kür uygulanan numunelerin beşinci günden itibaren kür uygulanan numunelere oranla, daha fazla mukavemet kazandığı görülmüştür. 4. Katkı malzemesinin artışı ile, serbest basınç deneylerindeki göçme, numunelerin aniden dağılması şeklinde görülmeye başlamıştır. 5. Yapılan deneyler daha uzun süre zarfında yapılacak olursa; cüruf katkısı ile hazırlanan numunelerin dayanımı, çimento ile hazırlanan numunelerin dayanımına daha da yaklaşacaktır. Çimento ile zemin ıslahında çimentoya cüruf gibi atık malzemelerin ilavesiyle daha ekonomik çözümler üretilebileceği gibi, çevre kirliliğinin de önlenmesine yardımcı olunacağı açıktır. 6. Yedi gün sonunda numunelerin serbest basınç mukavemetinde hızlı bir artış gözlenirken; 28 gün sonunda bu artışın hızının azaldığı görülmüştür. 7. Her bir ton çelik üretiminde ortaya çıkan 300 kilo cürufun kullanım alanlarının genişletilmesi, cüruf atığı yığınlarını azaltacaktır. Ayrıca; yol inşaatı sektörüne, ucuz bir hammadde sağlayacaktır. 8. Hazırlanılan kalıplara numunelerin eşit enerjide sıkıştırılmasına gayret edilmiştir. Daha gerçekçi sonuçlara ulaşmak için, arazide sıkıştırılmış dolgudan, örselenmemiş numune alınması daha uygun olabilir. Aynı zamanda CBR kalıplarından da örselemeden numune örnekleri alınabilir. 123

138 5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER Gülsen TUMLUER 9. Sabit bir çimento oranında, değişik cüruf katkı oranları ile numuneler hazırlanılırsa, cüruf katkısının zemine olan katkısı daha rahat kıyaslanabilecektir. 10. TS En de belirtilen daha düşük dayanım sınıfına ait bir çimento seçimi ile deneyler yapılırsa; cüruf katkısı ile kazanılan dayanımın, çimento katkısı ile kazanılan dayanıma daha yakın olduğu daha açık bir şekilde görülebilir. 124

139 KAYNAKLAR AL-ABDUL WAHHAB, H. I., Improvement of Marl and Dune Sand for Highway Construction in Arid Areas, PII: SO (96) ANGIN,Z., ANGIN, A., Şişen Killerin Geoteknik Özelliklerinin İyileştirilmesi, Geoteknik Sempozyumu, Adana. ASGHARI, E., TOLL D. G., HAERI, S. M., Triaxial Behaviour of a Cemented Gravely Sand, Tehran Alluvium, Geotechnical and Geological Engineering 21: 1 28, # 2003 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. AYTEKİN, M., Deneysel Zemin Mekaniği. Teknik Yayınevi, Mühendislik & Mimarlık Yayınları, Ankara., 2002., Zeminlerin Değirmen Artığı Malzemeler ile Stabilizasyonu, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Dokuzuncu Ulusal Kongresi, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir. BAHAR, R., BENAZZOUG, M. KENAI, S., Performance of Compacted Cement-Stabilised Soil, Cement & Concrete Composites 26 (2004) BASHA,E.A., HASHIM, R., MAHMUD, H.B., MUNTOHAR, A.S.,2003. Stabilization of Residual Soil With Rice Husk Ash and Cement. BOWLES, J. E., Engineering Properties of Soils and Their Measurement, Engineering Computer Software, New York. BROWN, E., 1977.Vibroflatation Compaction of Cohesionless Soils. Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.3. No.GT12, Civilturk.com DAS, B. M., Principles of Geotechnical Engineering. Brooks/Cole Thomson Learning, California State University, Sacramento., 589p. DERMATAS, D., MENG, X., Utilization of Fly Ash for Stabilization/Solidification of Heavy Metal Contaminated Soils, W.M. Keck Geoenvironmental Laboratory, Center for Environmental Engineering, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ 07030, USA. 125

140 ENPC-LCPC, International Conference on the Use of Fabrics in Geotechnics, Paris. EREN, Ö. ve YILMAZ, Z., İMO Teknik Dergi, , Yazı 222, Değişik Sıcaklıklarda Kür Edilen Salt Portland Çimentolu, Yüksek Fırın Cürufu veya Uçucu Kül Katkılı Betonlarda Dayanım Gelişimi.1 EVREN, G., Toprak İşleri. Teknik Üniversite Matbaası Gümüşsuyu, İstanbul, 242s. FU, X., HOU, W., YANG, C., LI, D., WU, X., 2000, Studies on High- Srength Slag and Fly Ash Compound Cement, Cement and Concrete Research 30 (2000) GHAZAVI,M.,2004. Shear Strength Characteristics of Sand-Mixed With Granular Rubber, Geotechnical and Geological Engineering 22: , # 2004 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. HAERI,S.M., HOSSEINI, S.M.,TOLL,D.G.,YASREBI,S.S.,2005. The Behaviour of an Artificially Cemented Sandy Gravel Geotechnical and Geological Engineering. KALINSKI, M.E. and HIPPLEY,2005. B.T., The Effect of Water Content and Cement Content on the Strenght of Portland Cement-Stabilized Compacted Fly Ash, Fuel84, KANIRAJ, S.R. and HAVANAGI, V.G.,1999. Compressive Strength of Cement Stabilized Fly Ash-Soil Mixtures, Cement and Concrete Research 29, KAVAK,A. ve BİLGEN,G., Yüksek Fırın Curufu ve Kirecin Katkı Olarak Kil Üzerindeki Etkileri ve Yol Yapımında Kullanımının Araştırılması, Geoteknik Sempozyumu, Adana. KAYABALI,K. and MOLLAMAHMUTOĞLU, M., Geoteknik Mühendisliği Elkitabı, McGraw- Hill El Kitapları, Robert W. Day. Gazi Kitabevi, Fersa Matbaası, 600s. KUMBASAR, V., 1999, Zemin Mekaniği Problemleri, Çağlayan Kitabevi, İstanbul, 671s., İnşaat Mühendisliğinde Zemin Mekaniği, Çağlayan 126

141 Kitabevi, İstanbul. LAMAN, M. ve YILDIZ,A., AKDENİZ ZEMİN 96, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Sergi ve Seminerleri Kasım 1996, Akdeniz Üniversitesi Atatürk Konferans Salonu, Antalya. LEONARDS, G. A., CUTTER, W. A., HOLTZ, R. D., Dynamic Compaction of Granuler Soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.106, No. GT1, LI, K., 1988, Use of Cement, Flyash and EER Admixture in Soil Stabilization. B.S.C.E., Tamkang University, A Thesis Submitted in partial FulFillment of he Requirements for the degree of master of science in civil engineering. LIU, C., Evet and J.B., Soils And Foundations, Sixth Edition, The University of North Carolina at Charlotte, Pearson Prentice Hall, 486p. M.E.B., Endüstri Meslek Liseleri İçin Alt Yapı Laboratuarı, Milli Eğitim Basımevi, İstanbul. MENARD, L., The Dynamic Consolidation of Foundation Soils. Report by Tecniques Louis Menard, Paris. MITCHELL, J.K., Stabilisation of Soils for Foundations of Structures, Geot. Eng. Univ. California. MUNTOHAR, A.S. and HANTORO,G.,2000. Influence of Rice Husk Ash and Lime on Engineering Properties of a Clayey Subgrade, EJGE. NALÇAKAN, M. S., TMH, TS Problemli Zeminlerde Geoteknik Çözümler. Türkiye Mühendislik Haberleri, sayı: 430, ÖNALP, A., İnşaat Mühendislerine Geoteknik Bilgisi. Cilt II Karadeniz Üniversitesi Yayın No: 3, Trabzon, 1225s. ÖZAYDIN,K., Zemin Mekaniği. Birsen Yayınevi Ltd. Şti., İstanbul, 261s. ŞEKERCİOĞLU, E.,1993. Yapıların Projelendirilmesinde,Mühendislik Jeolojisi, TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları:28, Ankara, 216sf. PRABAKAR, J. DENDORKAR, N. and MORCHHALE, R.K.,2003. Influence of Fly Ash on Strength Behavior of Typical Soils, Construction and Building Materials. SIVAPULLAIAH, P.V., KANTHA, H.L. and KIRAN, K.M., Geotechnical 127

142 Properties of Stabilised Indian Red Earth, Geotechnical and Geological Engineering 21: , # 2003 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. ŞENOL, A., Uçucu Kül ile Stabilize Edilen Yumuşak Zeminlerin CBR Sonuçlarının Değerlendirilmesi. Zemin Mekaniği ve Onuncu Ulusal Kongresi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul. TAHA, R., AL-RAWAS, A., AL-JABRİ, K., AL-HARTHY, A., HASSAN, H. and AL-ORAİMİ, S., An Overwiew of Waste Materials Recycling in the Sultanate of Oman, Resources Conservation and Recycling 41, TAN,Ö., İlave Malzemelerle Stabilize Edilmiş Kumlarda Kayma Direnci Parametrelerinin Taguchi Yöntemi ile Belirlenmesi. Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Dokuzuncu Ulusal Kongresi, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir. TOKYAY, M., Cüruflar ve Cüruflu Çimentolar. TÇMB/AR-GE/Y97.2, TOSUN, H., Baraj Mühendisliğinde Geoteknik- Geçirimli Zeminler ve İyileştirme Esasları, TMH, Türkiye Mühendislik Haberleri, sayı: 430, ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü). Ankara, 47s. TS 1900, İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri TUNÇ, A., Yol Malzemeleri ve Uygulamaları. Atlas Yayın Dağıtım, İstanbul, 840s., Yol Mühendisliğinde Geoteknik ve Uygulamaları. Atlas Yayın Dağıtım, İstanbul, 912s. TÜDEŞ, E., Zeminlerin Kireç ve Çimento Katkısı ile Çözümü. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, 161s. WAINWRIGHT, P.J. and TOLLOCZKO, J.J.A., The Early and Later Age Properties of Temperature Cycled Slag/OPC Concretes, Second International Conference on The Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag, and Natural Pozzolans in Concrete, April, Madrid, CANMET, Ottawa, YILDIRIM, S., Zemin İncelemesi ve Temel Tasarımı. Birsen Yayınevi, İstanbul, 466s. YOON, Y.W., CHEON, S.H. and KANG, D.S., Bearing Capacity and 128

143 Settlement of Tire-Reinforced Sands, Geotextiles and Geomembranes. UZUNER, B., Temel Mühendisliğine Giriş. Derya Kitabevi, Trabzon, 205s., Çözümlü Problemlerle Temel Zemin Mekaniği. Teknik Yayınevi, Mühendislik & Mimarlık Yayınları, Ankara., 376s. YEĞİNOBALI, A., Türkiye Mühendislik Haberleri. Yapı Malzemeleri-I,sayı :426, yıl: 48. YILDIZ, A. A., Donatılı Zemine Oturan Yüzeysel Temellerin Analizi. Doktara Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana. 129

144 ÖZGEÇMİŞ 1982 yılında Adana da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini burada tamamladı yılında Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliğini kazanan Gülsen TUMLUER, 2003 yılında mezun oldu. Aynı yıl Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü nde yüksek lisans çalışmalarına İnşaat Mühendisliği Geoteknik Anabilim Dalı nda başladı. Halen yüksek lisans çalışmalarına devam etmektedir. 130

145 Ek.1 TS En : 2000 Genel Çimentolar Grubundan 27 Ürün ANA BİLEŞENLER ( KÜTLECE % OLARAK ) Ürünlerden 27'sinin Klinker Yüksek Silis Puzzolan Uçucu Kül Pişmiş Kalker Minör Ana İşareti fırın dumanı şist ilave Tipler (Genel Çimento Tipleri) Doğal kalsine curufu Doğal edilmiş silissi kalkersi bileşen CEM I CEM II CEM III K S D b P Q V W T L LL Portland Çimento CEM I çimento CEM II/A-S _ CEM II/B-S CEM II/A-D _ CEM II/A-P _ CEM II/B-P CEM II/A-Q _ CEM II/B-Q CEM Portland-uçucu II/A-V _ CEM küllü çimento II/B-V CEM II/A-W _ CEM II/B-W şistli çimento Portland Kalkerli Çimento Portlandcuruflu çimento Portland-silis dumanlı çimento Portlandpuzolanlı Portlandpişmiş Portlandkompoze çimento c Yüksek fırın curuflu çimento Puzolanik CEM IV çimento CEM II/A-T _ CEM II/B-T CEM II/A-L _ CEM II/B-L CEM II/A-LL _ CEM II/B-LL CEM II/A-M _ CEM II/B-M CEM III/A CEM III/B CEM III/C 5 _ CEM IV/A _ CEM IV/B Kompoze CEM V/A CEM V çimento CEM V/B

146 Ek.2 Portland Kompoze Çimento Kimyasal Kompozisyonu (%) A D A N A ÇİMENTO SANAYİİ T.A.Ş. ADANA/TURKEY QUALITY / ANALYSIS Report No : CERTIFICATE Date of report: Numune - Sample: Composite Cement Standard : CEM II/B-M 42,5 R (EN 197-1:2000) İhraç edildiği yer - Place of shipment : (Typical Analysis) İhraç tarihi - Date of shipment : January Deneme tarihi - Date of test : KİMYASAL ANALİZ CHEMICAL REQUIREMENTS SiO 2 Çözünen-soluble Erimez kalıntı Insoluble residue Standardlar Standards % Analiz Sonuçları Test results % 25,70 6,67 Al 2 O 3 6,95 Fe 2 O 3 4,07 FİZİKSEL DENEMELER PHYSICAL REQUIREMENTS Standardlar Standards Deneme Sonuçları Test results Özgül ağırlık 3,05 Specific gravity g/cm 3 Donma Başlangıç Süresi 2 51 Intial Setting Son time hours 3 42 (Vicat) Final Hacim Sabitliği 1 Soundness (Le Chatelier) mm. CaO 53,33 Özgül yüzey Specific surface (Blaine) cm 2 /g MgO 3, mm elekte kalıntı Residue on mm sieve % mm elekte kalıntı SO 3 1,90 İncelik-Fineness Residue on mm.sieve % Kızdırma Kaybı DAYANIM DENEMELERİ 1,10 Loss on ignition STRENGTH REQUIREMENTS Na 2 O 0,48 TEST METOD K 2 O 1,21 EN Na K 2 O 1,28 ISO 679 TS 24 Serbest CaO Eğilme dayanımı Basınç dayanımı Free 0,62 Bending strength, Lime N/mm 2 Compressive str, N/mm 2 C3S Gün Standard D.Sonuç Standard D.Sonuç Days T.results T.results C2S 2 22,8 C3A 3 - C4AF 7 33,5 LSF 28 44,7 Cl - = 0,0148 Quality Control Chief Mineralojik bileşim Mineralogical composition ,0 1,6 132

147 Ek.3 Birinci Grup Deneyler Gerilme(kgf/cm 2 ) 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %3 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %4 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi 12,00 10,00 8,00 7gün 14gün 28gün 56gün Gerilme(kgf/cm 2 ) 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %5 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi 133

148 Ek.3.1 Gerilme(kgf/cm 2 ) 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %6 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %7 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 20,00 18,00 7gün 16,00 14gün 14,00 28gün 12,00 56gün 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %8 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi 134

149 Ek.3.2 Gerilme (kgf/cm 2 ) 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 %3 çim %4 çim %5 çim %6 çim %7 çim %8 çim 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme(kgf/cm 2 ) 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 %3çim %4çim %5çim %6çim %7çim %8çim 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme(kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 %3çim %4çim %5çim %6çim %7çim %8çim 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 135

150 Ek.3.3 Gerilme(kgf/cm 2 ) 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 %3çim %4çim %5çim %6çim %7çim %8çim 4,00 2,00 0,00 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 Deformasyon 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme(kgf/cm 2 ) 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 7 gün 14 gün 28 gün 56 gün 4,00 2,00 0, %Çimento Birinci Grup Deneyde Çimento Katkısının Değişik Zamanlarda Gerilmeye Olan Etkisi Birinci Grup Deneyde Çimento Katkısının Değişik Zamanlarda Gerilmeye Olan Etkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (çimento) 2 +b (çimento)+c a b c R 2 7 gün 0,000 2,313-5,467 0, gün 0,000 2,178-3,448 0, gün 0,000 2,474-4,074 0, gün 0,000 2,979-4,667 0,

151 Ek Gerilme(kgf/cm 2 ) %3çim %4çim %5çim %6çim %7çim %8çim Zaman(gün) Birinci Grup Deneyde Değişik Zamanlarda Çimento Katkısının Gerilmeye Olan Etkisi Birinci Grup Deneyde Değişik Zamanlarda Çimento Katkısının Gerilmeye Olan Etkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %3 Çimento -0,001 0,095 1,997 0,991 %4 Çimento 0,001 0,074 3,374 0,984 %5 Çimento -0,027 0,237 4,616 0,569 %6 Çimento 0,005 0,418 3,673 0,973 %7 Çimento 0,007-0,306 13,857 0,999 %8 Çimento -0,003 0,282 11,605 0,

152 Ek.4 İkinci Grup Deneyler Gerilme(kgf/cm 2 ) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 7gün 14gün 28gün 56gün 1,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon %3 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon %5 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %7 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi 138

153 Ek.4.1 Gerilme(kgf/cm 2 ) 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 7gün 14gün 28gün 56gün 1,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %1,5 Çimento, %1,5 Cüruf Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 7gün 14gün 28gün 56gün 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %2,5 Çimento, %2,5 Cüruf Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi Gerilme(kgf/cm 2 ) 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 7gün 14gün 28gün 56gün 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %3,5 Çimento, %3,5 Cüruf Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi 139

154 Ek.4.2 Gerilme (kgf/cm 2 ) 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 %3 çim %5 çim %7 çim 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) %3 çim %5 çim %7 çim 0 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 22,00 20,00 %3 çim 18,00 %5 çim 16,00 %7 çim 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 140

155 Ek.4.3 Gerilme (kgf/cm 2 ) 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 %3 çim %5 çim %7 çim 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 %1.5 çim-%1.5 cur %2.5 çim-2.5 cur %3.5 çim-%3.5 cur 2,00 1,00 0,00 0 0,005 0,01 0,015 0,02 Deformasyon 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 %1.5 çim-%1.5 cur %2.5 çim-%2.5 cur %3.5 çim-%3.5 cur 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi 141

156 Ek.4.4 Gerilme (kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 %1.5 çim-%1.5 cur %2.5 çim-%2.5 cur %3.5 çim-%3.5 cur 0,00 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 Deformasyon 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 25,00 20,00 %1.5 çim-%1.5 cur %2.5 çim-%2.5 cur %3.5 çim-%3.5 cur Gerilme (kgf/cm 2 ) 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 142

157 Ek.4.5 3,00 2,50 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon % 3 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi 8,00 7,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon % 5 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi 14,00 12,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon % 7 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi 143

158 Ek.4.6 4,00 3,50 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon % 3 Katkı Malzemesi İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 çim çim-cüruf 0,00 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 Deformasyon % 5 Katkı Malzemesi İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 çim çim-cüruf 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon % 7 Katkı Malzemesi İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi 144

159 Ek.4.7 4,50 4,00 3,50 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon % 3 Katkı Malzemesi İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 14,00 12,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon % 5 Katkı Malzemesi İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 25,00 20,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon % 7 Katkı Malzemesi İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 145

160 Ek.4.8 Gerilme (kgf/cm 2 ) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 çim çim-cüruf 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Deformasyon % 3 Katkı Malzemesi İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 18,00 16,00 14,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon % 5 Katkı Malzemesi İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 25,00 20,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon % 7 Katkı Malzemesi İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 146

161 Ek ,00 20,00 %3 çim %5 çim %7 çim Gerilme(kgf/cm 2 ) 15,00 10,00 5,00 0, Zaman(gün) Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %3 Çimento -0,001 0,061 2,299 0,987 %5 Çimento -0,002 0,297 4,614 0,999 %7 Çimento -0,007 0,636 8,698 0,994 Gerilme(kgf/cm 2 ) 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 %1,5 çim-%1,5 cur %2,5 çim-%2,5 cur %3,5 çim-%3,5 cur 0, Zaman(gün) Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi 147

162 Ek.4.10 Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 0,000 0,077 2,081 0,973 %2,5 Çim-%2,5Cüruf -0,005 0,485 0,752 0,995 %3,5 Çim-%3,5Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985 %5 Çim-%5 Cüruf 0,020-0,555 24,125 0,999 Gerilme(kgf/cm 2 ) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 çim çim-cur 1,00 0, Zaman(gün) %3 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %3 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 Çimento-Cüruf 0,000 0,112 1,723 0,

163 Ek ,00 16,00 14,00 çim çim-cur Gerilme(kgf/cm 2 ) 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Zaman(gün) %5 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %5 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento -0,002 0,297 4,614 0,999 Çimento-Cüruf -0,005 0,485 0,752 0,995 25,00 20,00 çim çim-cur Gerilme(kgf/cm 2 ) 15,00 10,00 5,00 0, Zaman(gün) %7 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %7 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento -0,007-0,636 8,697 0,994 Çimento-Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,

164 Ek.5 Üçüncü Grup Deneyler Gerilme (kgf/cm 2 ) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 %5 çim %10 çim 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi %2,5 çim-%2,5 cur %5 çim-%5 cur Gerilme (kgf/cm 2 ) ,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Deformasyon (cm) 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi 7,00 6,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 Deformasyon %5 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi 150

165 Ek ,00 25,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %10 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi 50,00 45,00 40,00 %5 çim %10 çim Gerilme (kgf/cm 2 ) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Sadece Çimento İçin14 Günlük Serbest Basınç Deneyi 25,00 20,00 %2,5 çim-%2,5 cur %5 çim-%5 cur Gerilme (kgf/cm 2 ) 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Yarı Cüruf Yarı Çimento İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi 151

166 Ek ,00 9,00 Gerilme (kgf/cm 2 ) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 çim çim-cüruf 1,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %5 Katkı Malzemesi İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi 50,00 45,00 40,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %10 Katkı Malzemesi İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 50,00 45,00 %5 çim 40,00 %10 çim 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 Deformasyon Sadece Çimento Katkısı İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 152

167 Ek %2,5 çim-%2,5 cur %5 çim-%5 cur Gerilme (kgf/cm 2 ) ,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Deformasyon Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 12,00 10,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %5 Katkı Malzemesi İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 50,00 45,00 40,00 çim çim-cüruf Gerilme (kgf/cm 2 ) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 Deformasyon % 10 Katkı Malzemesi İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi 153

168 Ek.5.4 Gerilme (kgf/cm2) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 %5 çim %10 çim 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon Sadece Çimento Katkısı İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 50,00 45,00 40,00 %2,5 çim-%2,5 cur %5 çim-%5 cur Gerilme (kgf/cm 2 ) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Deformasyon Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi Gerilme (kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 çim çim-cüruf 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Deformasyon %5 Katkı Malzemesi İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 154

169 Ek.5.5 Gerilme (kgf/cm 2 ) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 çim çim-cüruf 0,00 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Deformasyon %10 Katkı Malzemesi İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi 30,00 25,00 Çimento Çim-cüruf Gerilme(kgf/cm 2 ) 20,00 15,00 10,00 5,00 0, %Katkı 7 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisi (%3, %5, %7, %10) 7 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (katkı) 2 +b (katkı)+c a b c R 2 Çimento 0,204 0,451-0,618 1,000 Çimento-Cüruf 0,326-1,592 4,086 0,

170 Ek ,00 45,00 40,00 Çimento Çim-cüruf Gerilme(kgf/cm 2 ) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, %Katkı 14 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisi 14 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (katkı) 2 +b (katkı)+c a b c R 2 Çimento 0,825-4,847 10,979 0,998 Çimento-Cüruf 0,084 1,525-2,272 0, Çimento Çim-cüruf Gerilme(kgf/cm 2 ) %Katkı 28 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisi 28 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (katkı) 2 +b (katkı)+c a b c R 2 Çimento 0,575-1,493 3,828 0,998 Çimento-Cüruf 0,000 2,845-3,686 0,

171 Ek.5.7 Gerilme(kgf/cm 2 ) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 Çimento Çim-Cüruf 10,00 0, %Katkı 56 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisi 56 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (katkı) 2 +b (katkı)+c a b c R 2 Çimento 1,308-8,797 23,106 0,980 Çimento-Cüruf 1,075-6,906 18,242 0,993 Gerilme(kgf/cm 2 ) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 7gün 14gün 28gün 56gün 10,00 0, %Çimento Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Değerleri (%3, %5, %7, %10) Çizelge 4.9 Şekil 4.11 e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (çimento) 2 +b (çimento)+c a b c R 2 7 gün 0,204 0,451-0, gün 0,825-4,847 10,979 0, gün 0,575-1,493 3,828 0, gün 1,308-8,797 23,106 0,

172 Ek.5.8 Gerilme(kgf/cm 2 ) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 7gün 14gün 28gün 56gün 10,00 0, %Çimento Yarı Cüruf Yarı Çimento İçin Gerilme Değerleri ( Toplam Katkı %3, %5, %7, %10) Yarı Cüruf Yarı Çimento İçin Gerilme Değerlerinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (çimento) 2 +b (çimento)+c a b c R 2 7 gün 0,000 5,386-7,765 0, gün 0,000 5,264-5,335 0, gün 0,000 5,689 3,686 0, gün 4,301-13,812 18,242 0, %3 çim %5 çim %7 çim %10çim Gerilme(kgf/cm 2 ) Zaman(gün) Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi 158

173 Ek.5.9 Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %3 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 %5 Çimento 0,000 0,201 5,597 0,991 %7 Çimento -0,007 0,636 8,697 0,994 %10 Çimento -0,010 1,375 19,716 0,886 Gerilme(kgf/cm 2 ) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 %1,5 çim-%1,5 cur %2,5 çim-%2,5 cur %3,5 çim-%3,5 cur %5-5çim 10,00 0, Zaman(gün) Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 0,000 0,077 2,081 0,973 %2,5 Çim-%2,5Cüruf -0,005 0,485 0,752 0,995 %3,5 Çim-%3,5Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985 %5 Çim-%5 Cüruf 0,020-0,555 24,125 0,

174 Ek.5.10 Gerilme(kgf/cm 2 ) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 çim çim-cur 1,00 0, Zaman(gün) %3 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %3 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 Çimento-Cüruf 0,000 0,974 2,081 0,973 Gerilme(kgf/cm 2 ) 18,00 16,00 çim 14,00 çim-cur 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Zaman(gün) %5 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %5 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento -0,002 0,297 4,614 0,999 Çimento-Cüruf -0,005 0,485 0,752 0,

175 Ek.5.11 Gerilme(kgf/cm 2 ) 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 çim çim-cur 0, Zaman(gün) %7 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %7 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento -0,007-0,636 8,697 0,994 Çimento-Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985 80,00 70,00 çim çim-cur 60,00 Gerilme(kgf/cm 2 ) 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Zaman(gün) %10 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi %7 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları σ=a (t) 2 +b (t)+c a b c R 2 Çimento 0,009 1,375 19,716 0,886 Çimento-Cüruf 0,020-0,555 24,125 0,