ŞAMLI (BALIKESİR) TAŞOCAĞI MALZEMESİ İLE YAPILAN DOLGUNUN KOMPAKSİYON ÖZELLİKLERİ

Transkript

1 ŞAMLI (BALIKESİR) TAŞOCAĞI MALZEMESİ İLE YAPILAN DOLGUNUN KOMPAKSİYON ÖZELLİKLERİ Arzu OKUCU* ve Ayşe TURABİ* *Balıkesir Üniversitesi Müh. Mim. Fak.,İnşaat Müh. Böl., Balıkesir ÖZET İnşaat mühendisliğinde değişik amaçlar için dolgu inşası çok sık başvurulan bir uygulamadır. En yaygın örnekleri arasında, inşaat sahasının kotunu yükseltmek için yapılan dolgular, karayolları ve hava alanları kaplama altı dolguları vb. sayılabilir. Ayrıca, elverişsiz zemin koşullarına sahip inşaat alanlarındaki tabii zeminin kazılıp atılması ve yerine daha iyi özelliklere sahip zeminin konulması gerekmektedir. Çalışmada Balıkesir Şamlı taşocağından alınan malzeme ile yapılan dolgunun kompaksiyon özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla laboratuarda elek analizi, standart proktor, likit limit ve plastik limit deneyleri, arazide doğal birim hacim ağırlık deneyi yapılarak dolgunun sıkışması kontrol edilmiştir. Laboratuar deney sonuçlarına göre numune siltli-killi, çakıllı, kumdur, maksimum kuru birim hacim ağırlığı 2,162 g/cm 3, optimum su içeriği %6,7, likit limit değeri %15 ve plastiklik özelliği yoktur. Arazi deney sonuçlarına göre doğal birim hacim ağırlık 2,25 g/cm 3, su içeriği %2,45, kuru birim hacim ağırlık 2,20 g/cm 3, rölatif kompaksiyon %101 olarak hesaplanmıştır. Malzemenin bu kompaksiyon özellikleri ile dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Dolgu, zemin iyileştirmesi, kompaksiyon. COMPACTION PROPERTIES of THE FILLING MADE by ŞAMLI REGION (BALIKESİR) STONE QUARRY MATERIALS ABSTRACT Filling is widely used operation for different purposes in civil engineering. Most widespread applications are raising the construction field elevation, pavement and airport runway leveling fills. In addition, it is necessary to excavate the soil and filling with more appropirate filling material in unsitable field ground.

2 In this paper, compaction properties of the fill made by Şamlı stone quarry materials were investigated. For this purpose sieve analysis, standart proctor test, liquid limit and plastic limit tests were conducted in laboratory condition. Natural density test was applied to control the properties of compoction in situ condition. According to laboratory test results, sample is sand with silt, clay and gravel. Maximum dry density, optimum water content and liquid limit are 2,162 g/cm 3, %6-7 and %15, respectively and is non plastic. At the field test results, natural density, water content, dry density and relative compaction are 2,25 g/cm 3, %2,45, 2,20 g/cm 3 and %101, respectively. As a results, material can be considered with these compaction properties as filling material. Keywords: Filling, soil stabilization, compaction. GİRİŞ İnşaat sahasında karşılaşılan zeminler her zaman istenilen özelliklere sahip olmayabilirler. İnşaat yerinin değiştirilmesi veya istenen 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.toprak dolguların yeterli mühendislik özelliklerine sahip olarak inşasında ve bazı durumlarda tabii zemin tabakalarının özelliklerinin yerinde iyileştirilmesinde en önemli unsur, zeminin yeterince ve usulüne uygun olarak sıkıştırılmasıdır[1]. KOMPAKSİYON Zeminlerin sıkıştırılması ile yapılan iyileştirme işlemine kompaksiyon denilmektedir. Zeminin içindeki hava boşluklarını azaltarak yani sıkıştırarak daha yoğun hale getirilmesi sonucunda; Kalıcı deformasyonlara veya oturmalara karşı daha dirençli olması Permabilitenin azalması 3. Taşıma gücünün artması 4. Kayma mukavemetinin artması sağlanabildiğinden, zemin de iyileştirilmiş olmaktadır. Kompaksiyon, zemin iyileştirme yöntemleri içerisinde en kolay, en ucuz ve özellikle en etkin olanıdır. Çünkü kompaksiyon ile yukarıda sayılan zemin özelliklerinin iyileştirilmesi mümkündür. Kompaksiyon sonucunda zemin yoğunluğu artacağından taneler arasındaki sürtünme kuvveti ve kilitlenme (kenetlenme) artarak kayma mukavemeti ve taşıma gücü artacak fakat boşluklarının azalmasından dolayı permabilite de azalacaktır. Dolayısıyla deformasyonlara ve uzun dönemli oturmalara karşı direnç arttırılmış olmaktadır[2]. Zeminlerin kompaksiyon derecesi, belirli bir sıkıştırma enerjisi altında sahip olabileceği maksimum yoğunluğun sıkıştırma sonunda elde edilen yoğunluğa oranı ile belirlenir. Kompaksiyon deneyi ile elde edilen maksimum kuru birim hacim ağırlıktaki su içeriğine, optimum su içeriği denilir. Eğer zemin deney yoluyla bulunan optimum su içeriği (w opt ) ile maksimum kuru birim hacim ağırlığına (γ k mak ) kadar sıkıştırılırsa stabilitesi de maksimum

3 olacaktır. Zeminin su içeriği arttıkça kuru birim hacim ağırlığı maksimuma kadar artmakta ve daha sonra azalmaktadır. Arazide kompaksiyonu etkileyen önemli faktörler ; 1-Zemin Özellikleri: zeminin granülometrisi, su içeriği ve başlangıç sıkılık derecesidir. 2- Kompaksiyonda kullanılan makinenin özellikleri: Makinenin toplam ağırlığı, boyutları ve zemine uyguladığı basınç, titreşimli makinelerde uygulanabilir titreşim frekansı aralığı ve çalışma frekansıdır. 3- Kompaksiyon Yöntemleri: Serilme kalınlığı, makinenin geçiş hızı, geçiş sayısı ve titreşim frekansıdır. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Çalışmada Balıkesir Şamlı taş ocağından alınan malzeme ile yapılan dolgunun kompaksiyon özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla laboratuarda elek analizi, standart proktor, likit limit ve plastik limit deneyleri, arazide doğal birim hacim ağırlık deneyi yapılarak dolgunun sıkışması kontrol edilmiştir. Laboratuar leri ler için laboratuara, Şamlı taş ocağından alınan 100 kg malzeme getirilmiştir. Malzeme laboratuara serilerek kurutulmuştur. Laboratuarda elek analizi, standart proktor, likit limit ve plastik limit deneyleri yapılmıştır. Elek Analizi i (TS 1900) Laboratuar da kurutulmuş malzeme üzerinde iki kez elek analizi deneyi yapılmıştır. de 1500 g malzeme kullanılmıştır. Elek analizi deneyinde kullanılan elek serileri ve deney sonuçları Çizelge 1 de, deney sonuçlarına ait granülometri eğrileri ise Şekil 1 de verilmektedir. Elek analiz deney sonuçlarına göre Şamlı taş ocağı agregasının % silt + kil, % kum, % çakıl miktarları Çizelge 2 de verilmektedir. % miktarlara göre malzeme kil+siltli, çakıllı, kumdur. Elek analizi deney sonuçları Kara Yolları Genel Müdürlüğü Yollar Fenni Şartnamesinde (YFŞ) belirtilen temel dolgu malzemesinde kullanılan Tip C Tip D zemin sınıflarına uymaktadır (Çizelge 1). Çizelge Elek Analizi Sonuçları Elek No Elek Boyutu (mm) Elek Üzerinde Kalan (g) Elek Üzerinde Toplam Kalan (g) Elek Üzerinde Kalan Elek ten Geçen Elek ten Geçen Tip C (YFŞ) Tip D (YFŞ) 1 1/2 37, ¾ 19 91, ,5 99 6,1 6,6 93,90 93, /8 9,5 86, ,83 10,93 88,13 89, , , ,5 32,67 32,77 67,33 67, ,5 449,5 949, ,30 62,73 36,70 37, , ,13 85,33 13,87 14, ,074 98, ,70 91,73 7,30 8,

4 Çizelge % Malzeme Miktarları No Silt + Kil Kum Çakıl Zemin Cinsi 7,30 60,03 32,67 Kil+siltli, çakılı, kum 8,27 58,96 32,77 Kil+siltli, çakılı, kum Şekil Elek Analizi Sonuçlarına Ait Granülometri Eğrileri Standart Proktor i (TS 1900) Laboratuarda, kurutulmuş zemin numunesi üzerinde standart proktor deneyi yapılarak numunenin optimum su içeriği ve maksimum kuru birim hacim ağırlığı belirlenmiştir. Numune, su ilave edilerek 2,5 kg ağırlığında 30,5 cm den serbest düşme yapabilen tokmak ile 3 tabaka halinde her tabakaya 25 darbe uygulanarak sıkıştırılmıştır. Bu işlem, her seferinde su içerikleri arttırılarak ağırlıklar düşmeye başlayıncaya kadar tekrarlanmıştır. Her sıkıştırma işlemi için 3 er kg lık yeni numuneler kullanılmıştır. den alınan sonuçlara göre kuru birim hacim ağırlıklar ve su içeriği değerleri hesaplanmıştır (Çizelge 3, Çizelge 4). Çizelge 3. Kuru Birim Hacim Ağırlığın Hesaplanması Kalıp Hacmi 953 cm 3 Kalıp Numarası Kalıp Ağırlığı (W 1 ) g Kalıp+Yaş Numune Ağırlığı (W 2 ) g Yaş Numune Ağırlığı (W 2 W 1 ) g Yaş Birim Hacim Ağırlık 2,044 2,038 2,133 2,195 2,327 2,283 [γ n = (W 2 - W 1 ) / V] g/cm 3 Su İçeriği 1,515 3,120 4,336 5,167 6,804 7,497 (w) Kuru Birim Hacim Ağırlık [γ k = [100 γ n / (100 + w)] g/cm 3 2,013 1,976 2,044 2,087 2,179 2,124

5 Çizelge 4. Su İçeriğinin Hesaplanması Kap Numarası Kap Ağırlığı ,5 101 (W 1 ) (g) Kap+Yaş Numune Ağırlığı 547, , (W 2 ) (g) Kap+Kuru Numune Ağırlığı , ,5 (W 3 ) (g) Kuru Numune Ağırlığı , ,5 433,5 (W k = W 3 - W 1 ) (g) Su Ağırlığı 6,5 10, , ,5 (W w = W 2 -W 3 ) (g) Su İçeriği (w =100 W w / W k ) 1,515 3,120 4,336 5,167 6,804 7,497 Standart proktor deney sonucunda hesaplanan kuru birim hacim ağırlık ve su içeriklerine göre çizilen grafikte (Şekil 2) maksimum kuru birim hacim ağırlık 2,162 g/cm 3 optimum su içeriği % 6,7 olarak bulunmuştur. Kuru Birim Hacim Ağırlık (g/cm3) 2,2 2,16 2,12 2,08 2,04 2 1,96 XY (Dağılım) Su içeriği Şekil Kuru birim Hacim Ağırlıklar ve Su İçerikleri Grafiği Likit Limit ve Plastik Limit i (TS 1900) Kurutulmuş numune 40 No lu elekten (0.425 mm) elenerek likit limit ve plastik limit deneyleri için 500 g numune hazırlanıştır. Hazırlanan numune üzerinde statik koni penetrasyon aleti kullanılarak likit limit, el ve cam plaka yardımı ile plastik limit deneyleri yapılmıştır. ler iki kez tekrarlanmıştır. Likit limit, plastik limit deney sonuçları Çizelge 5 de verilmektedir.

6 Çizelge 5. Likit limit, Plastik Limit Sonuçları Likit Limit Plastik Limit 1 15 Bakılamadı 2 13 Bakılamadı Arazi leri Yapılan dolgunun sıkışma kontrolü için arazide doğal birim hacim ağırlık deneyi yapılmış ve araziden alınan numunenin su içeriği laboratuarda belirlenerek maksimum kuru birim hacim ağırlık hesaplanmıştır. Doğal Birim Hacim Ağırlık i (TS 1900) Arazide yapılan doğal birim hacim ağırlık deneyinde kum konisi yöntemi kullanılmıştır. arazide iki kez tekrarlanmıştır. sonuçları Çizelge 6 da verilmektedir. Çizelge 6. Doğal Birim Hacim Ağırlık Sonuçları γ k (kum) (g/cm 3 ) 1,56 1,56 Konik Kısmı Dolduran Kumun Ağırlığı (W koni ) (g) 3560,5 3560,5 Çukurdan Çıkarılan Numunenin Ağırlığı (W) (g) Şişeye Konulan Kumun Ağırlığı (W 1 ) (g) Şişede Kalan Kumun Ağırlığı (W 2 ) (g) 2009,5 1999,8 Çukuru ve Konik Kısmı Dolduran Kumun Ağırlığı (W 1 -W 2 ) (g) 6990,5 7000,2 Çukuru Dolduran Kumun Ağırlığı ((W 1- W 2 )- W koni ) (g) ,7 Çukurun Hacmi (V) (cm 3 ) ,9 Doğal Birim Hacim Ağırlık (γ n ) (g /cm 3 ) 2,23 2,27 Arazide dolguda kullanılmış malzemeden getirilen numunenin laboratuarda su içeriği belirlenmiş (Çizelge 7) ve bu su içeriği değerlerine ve doğal birim hacim ağırlıklara bağlı olarak kuru birim hacim ağırlıklar hesaplanmıştır (Çizelge 8). Çizelge 7. Su İçeriği Sonuçları Dara (g) Dara + Yaş Numune (g) Dara + Kuru Numune (g) Kuru Numune Ağırlığı (W k ) (g) Su Ağırlığı (W su ) (g) Su İçeriği (w) (g) 2,5 2,4 Çizelge 8. Kuru Birim Hacim Ağırlık Değerleri [γ k = [100 γ n / (100 + w)] (g/cm 3 ) 2,18 2,22

7 Sıkışma Derecesi Arazide yapılan sıkıştırmaların kontrolü için sıkıştırılan zeminlerin kuru birim hacim ağırlıkları, arazide kuru birim hacim ağırlık tayini metotlarından (tepsi metodu, kum konisi metodu, kasnak metodu, nükleer metot) biri ile tayin edilmektedir. Arazide sıkıştırmanın yeterli olup olmadığı arazi kuru birim hacim ağırlığının laboratuarda elde edilen maksimum kuru birim hacim ağırlığına belli bir yüzdesi (genellikle % 95) olması şartının istenmesi şeklindedir [3].Sıkışma Derecesi ( Rölatif kompaksiyon) % I r, γ karazi % I r = γ klab (1) ifadesi ile belirlenebilir. sonuçlarına göre % I r = 2,20 /2,162 = %101 dir. 4. BULGULAR Alınan numune üzerinde yapılan deney sonuçlarına göre numune siltli-killi, çakıllı - kumdur. Karayolları Genel Müdürlüğü Yollar Fenni Şartnamesinde belirtilen temel dolgu malzemesinde kullanılan Tip C Tip D zemin sınıflarına uymaktadır [4]. Standart proktor deneyi sonucunda maksimum kuru birim hacim ağırlık 2,162 g/cm 3, optimum su içeriği %6,7 bulunmuştur. Likit limit ve plastik limit deney sonuçlarına göre numunenin likit limit değeri %15 olarak bulunmuştur. Numunenin plastik limit değerine bakılamamıştır. sonuçlarına ve yapılan gözlemlere göre numunede kil bulunmadığı ve numunenin non-plastik olduğu söylenebilir. Kum konisi deney sonuçlarına göre doğal birim hacim ağırlıklar 2,23 g/cm 3 2,27 g/cm 3 (ortalama 2,25 g/cm 3 ), su içerikleri %2,5 - %2,4 (ortalama %2,45), kuru birim hacim ağırlıklar 2,18 g/cm 3-2,22 g/cm 3 (ortalama 2,20 g/cm 3 ) olarak hesaplanmıştır. Arazi kuru birim hacim ağırlığı ve laboratuar maksimum kuru birim hacim ağırlığı deney sonuçlarına göre sıkışma derecesi %101 olarak hesaplanmıştır. Balıkesir Şamlı taşocağından alınan malzemesinin kompaksiyon özellikleri ile dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. KAYNAKÇA [1] Özaydın, K., Zemin Mekaniği, Birsen Yayınevi, İstanbul [2] Tunç, A.,2001, Yol Malzemeleri (Agrega, Asfalt, Bitümlü Karışımlar, Beton, Zemin) ve Uygulamaları (Kaplamalar ve Zemin Islahı Dizayn ve Yapım Metotları), Atlas Yayın Dağıtım, İstanbul, [3] İller Bankası Genel Müdürlüğü, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Semineri [4] Yollar Fenni Şartnamesi (Yol Altyapısı, Sanat Yapıları, Köprü Tünel ve Üst Yapı İşleri),2000, Karayolları Genel Müdürlüğü, yayın no:170/2