Turba üzerine yapılmış rijit platformun oturmaları ve kontrolü

Transkript

1 Turba üzerine yapılmış rijit platformun oturmaları ve kontrolü Settlements of rigid platform on peat and remediation Sedat Sert Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye Akın Önalp İstanbul Kültür Üniversitesi, İstanbul, Türkiye ÖZET: Kayseri Serbest Bölge eski bataklık kalıntısı olan kalın turba tabakası üzerinde bulunmaktadır. Bölgede boru dilme makinası taşıyacak bir platform 15 m lik turba ve üstüne yaptırılan 3 m lik daneli dolgu üzerine inşa ettirilmiştir. İyileştirme amacıyla yapılan dolgu sonucu aşırı oturmalar oluşmuş ve dilme makinasının yerleştirilmesi imkansız hale gelmiştir. Bu bildiride, oturmaların hesaplanması, gözlenmesi ve devam eden oturmaların jet-grout kolonlarıyla azaltılması üzerinde durulmuştur. Anahtar kelimeler: Oturma, turba, sonlu eleman yöntemi, jet-grout ABSTRACT: The free trade zone of Kayseri has been built in the basin of an ancient lake, whose bottom contains thick deposit of peat. A platform intended for carrying a metal slicing machine was built on this 15 m thick layer of peat with 3 m granular fill placed underneath. Such a treatment naturally caused excessive settlements which made placement of the machinery impossible. This paper gives an account of the calculations for settlement to compare with observed values and the use of jet grout columns to prevent further settlements. Keywords: Settlement, peat, finite element method, jet-grout 1 GİRİŞ Kayseri Serbest Bölgede inşa edilen bir boru dilme tesisinde makinaların yerleştirilmesi öncesinde aşırı oturmalar meydana gelmiştir. Daha önce yapılan zemin incelemelerinden tesisin eski bataklık kalıntısı olan turba üzerine kurulduğu anlaşılmaktadır. Bu durumu tesbit için öncelikle konuya yönelik yazılmış olan bir rapor değerlendirilmiş ve verileri kontrol için 20 m boyunda bir ek dönel sondaj yaptırılmıştır. Buradan gelen numuneler İstanbul Kültür Üniversitesi Geoteknik Laboratuvarı nda TS ve 2/2006 ve TS1500/2000 uyarınca deneye tabi tutulmuş ve sınıflandırılmıştır den başlayarak dilme platformu kenarında 5 noktada oturma ölçümleri yaptırılmıştır (Şekil 1). Elde edilen bilgilerle Plaxis Foundation 3D yazılımı kullanılmış, dilme platformu oturmalarının üzerine gelecek makinaların kesintisiz çalışabilmesi için kontrol altına alınması çözümü getirilmiştir. 2 ZEMİN ÖZELLİKLERİ arasındadır. Turba yer yer silt, siltli kil tabakaları ile kesilmiştir. Jeolojik kökeni nedeniyle arazide kumlu zeminle karşılaşılmamıştır. Bu kez dilme platformu yanında yapılan sondajda turba derinliği 9 m olarak ölçülmüş, bunun altında 4 m kadar turba ara seviyeli kil, 16 m den sonra da silt kesilmiştir. Kum oranı makul düzeyde olan bu siltte SPTN=19 sayılmıştır. Sondaj logunda YASS ın -2.4 m de ölçüldüğü belirtilmiştir. Tablo 1 de yapılan laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlar özetlenmektedir. Üst tabakalarda kilin organik karakteri etüv kurusu ve doğal su muhtevasındaki numunelerin kıvam limitlerinden görülmektedir. Şekil 2 de numunede gerçekleştirilen yakma işlemi gösterilmektedir. 3 DİLME PLATFORMU VE OTURMALAR Fabrika yapısı 56 m x 167 m, bunun içinde inşa edilmiş dilme platformu ise 12 m x 28 m boyutlarındadır. Dilme platformu inşaatı tarihinde başlamış ve tarihinde bitirilmiştir. Alanda anakayaya 120 m de ulaşılmadığı, bunun üzerinde kalın turba bulunduğu eldeki bilgiler 181

2 Şekil 1. Platform kenarında ölçüm noktaları A, B, C, D ve E: platform kenarında ölçüm noktaları Tablo 1. Kayseri Serko binası dilme platformu zemin özellikleri z İNCE ρ S RENK w L w P w n SINIF r c (m) (%) (kn/m 3 e u P E u 0 ) (%) (kpa) (kpa) (kpa) C c t 90 (dak) 4.00 Siyah MHO Siyah MHO Siyah MHO Siyah MHO Gri ML Yeşil ML Şekil 2. Hidrometre deneyi öncesi numune yakma işlemi Temel inşaatının başlamasından önce ilk yazılmış rapor uyarınca bitkisel toprak 10 cm kalınlığında kaldırılmış, 80 cm kalınlığında iri daneli dolgu yapıldıktan sonra geotekstil serilmiştir. Bunun üzerine 30 cm lik dolgu ve birinciye dik yönde ikinci kat geotekstil serildikten sonra 30 cm kalınlığında son tabaka dolgu yapılmıştır. Bu hatalı uygulama sonucu turba üzerinde etkiyen toplam gerilmeler gereksiz yere artırıldığından yüksek sıkışabilirlikteki zeminde daha platform üzerine makinalar monte edilmeden aşırı oturmalar belirmiştir. Bu oturmalar ölçülmüş olup, bunun ölçümlerin başladığı tarihte 500 mm dolayında olduğu yapılan gözlemlerden tahmin edilmiştir. Dilme platformu betonu üzerine bina duvarı boyunca yerleştirilen 5 ölçme noktasında alınan oturmalar Şekil-3 te gösterilmektedir de başlayan ölçümlere göre, (55. gün) itibarı ile oturmalar yavaşlamamış, tersine neredeyse tüm noktalarda hızlanma eğilimine girmiştir. Oturmaların kontrolünün sağlanması için betonarme kazık uygulaması, dilme platformunun varlığının getireceği teknik nedenler ve kazıkların aşırı özağırlıkları nedeniyle olanaksız görüldüğünden, bu projede yüksek modüllü kolonları sağlayacak jet grout uygulamasının uygun olacağı düşünülmüştür. 182

3 Kot (mm) KAYSERİ OSB DİLME PLATFORMU OTURMA-ZAMAN GRAFİĞİ zaman (gün) Şekil 3. Dilme platformunda alınan oturma ölçümleri Şekil-4 teki model binanın dilme platformunun olduğu kesimini temsil etmektedir. Platform fabrika döşemesinden 2.60 m yüksekliktedir. Platformun temeli 60 cm kalınlığındadır. Fabrika genelinde de hatalı bir seçim olarak yayılı temel (radyejeneral) kullanılmamış olup, 50 cm kalınlığında 4.20 ve 3.50 m genişliğinde sürekli temeller uygulanmıştır. 4 SAYISAL ANALİZ 4.1 Yazılım Platform oturma hesaplamaları temel problemleri için özel olarak geliştirilmiş olan, yapı zemin etkileşimini ve zeminin gerilme-şekil değiştirme davranışını dikkate alarak üç boyutlu analiz yapabilen Plaxis 3D Foundation sonlu eleman yazılımı ile yapılmıştır (Brinkgreve vd., 2004). 4.2 Model Oluşan oturmaların aşırılığını göstermek amacıyla öncelikli olarak platformun güncel durumu modellenmiştir (Şekil 4). Buna göre sırasıyla dolgu yapılması, platform inşaatı ve yükleme durumu temsil edilmiştir. Platform (28 m x 12 m) ve yakın çevresi için geoteknik modelleme yapılırken ikinci modelde oturmaların nasıl bir değişim göstereceğinin tahmin amacıyla birinci modelden farklı olarak platform altında jet-grout kolonları oluşturulmuştur (Şekil 5). Dilme Platformu üst kotu m, yayılı temelinin kalınlığı 60 cm alınarak kolonlar yayılı temelin hemen altı olan 2.0 m kotundan kotuna kadar uzatılmış, merkezden merkeze aralığı 2 m, çapı 0.60 m olarak modellenmiştir. Dilme platformu altında temel ve kiriş olan yerlere jet- 160 A B C D E 180 grout konulmamış, bu modelle yaklaşık 5 x 14=70 jet-grout kolonu oluşturulmuştur. Çözümde kullanılan malzeme ve zemin özellikleri Tablo 2 ve 3 te verilmiştir. Çözüm aşamaları aşağıdaki gibi seçilmiştir: 0. Doğal durum (YASS dolgu öncesi zemin yüzeyinden -2,4 m de) 1. Dolgu, betonlama ve temelin aktif hale getirilmesi 2. Jet-grout kolonlarının aktif hale getirilmesi (sadece ikinci modelde) ve yükleme Tablo 2. Modelde kullanılan malzeme özellikleri Temel Jet-Grout Malzeme Lineer Elastik Lineer Elastik ρ (kn/m 3 ) E (MPa) ν Kalınlık / Çap (m) Jet-Grout Boyu (m) Jet-Grout Aralığı (m) - s=2.00 Tablo 3. Modelde kullanılan zemin özellikleri Dolgu Derinlik (m) Malzeme Modeli Malzeme Tipi ρ Pekleşen Zemin Drenajlı Drenajsız Drenajsız Drenajsız Drenajsız doygun (kn/m 3 ) k (m/sn) 1e-3 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 e ref E 50 (kpa) E kons (kpa) E ur (kpa) m υ c (kpa) c (kpa) artış φ ( o ) ψ ( o ) Şekil 4. Dilme platformu ve sürekli temeller 183

4 Düşey deplasmanlar, Uy Maksimum değer: -838,54*10-3 m Şekil 6(b). Dilme platformu altında oluşan oturmalar Şekil 5. Sonlu eleman modelinde dilme platformu ve jetgrout kolonları 4.3 Analiz Sonuçları Sadece dolgu yapılıp dilme platformu inşa edilince ani yükleme sonucu 20 cm civarında bir oturma belirmiştir. Platformun bulunduğu bölgeye 150 kpa (2.60 m kotu), fabrika alanına da içindeki depolama alanlarını temsilen 50 kpa (0.00 kotu) yayılı yük uygulayarak çözüm yapıldığında yükleme %75 civarındayken (112.5 kpa ve 37.5 kpa) oluşan maks. oturmalar 85 cm (maks. toplam yerdeğiştirme 1 m) civarında çıkmıştır. Şekil 6 dan görüldüğü gibi zemin bugün itibarı ile konsolidasyonunu tamamlamış olsa dahi, yükleme yapıldığında son oturmalar =840 mm mertebesinde, kabul edilemez düzeyde çıkmaktadır. Sonuçta jet-groutlar uygulanmadan önce yüklemenin %75 inde +500 mm civarında oturma artışı belirmekte (oturma eğrisi dönmeye başlamış) iken, kolonlar uygulandığında 500 tonluk makina yüküne karşılık gelen 150 kpa ortalama gerilmenin yüklenmesi durumunda bu değerin +100 mm civarında kaldığı hesaplanmıştır (Şekil 7). Şekil Değiştirmiş Sonlu Eleman Ağı Maksimum yer değiştirme: 1.07 m Şekil 6(a). Dilme platformu altında oluşan oturmalar Şekil Değiştirmiş Sonlu Eleman Ağı Maksimum yer değiştirme: 264,56*10-3 m Şekil 7. Jet-grout kolonlarının olması durumunda şekil değiştirme Bu bilgilerden, jet grout uygulaması yapıldığında gelecek 10 yıl içinde dilme platformunun =250 mm lik bir ek oturma yapacağı tahmin edilmiştir. Bu da platformun rijit olması nedeniyle tahammül edebileceği bir düzey olarak yorumlanmıştır. 5 UYGULAMA VE SON ÖLÇÜMLER Bu projenin en uygun çözüm yolu turba tabakasının derin karıştırma yöntemi (DSM) ve özel kimyasal kullanımı ile iyileştirilmesi ise de, bu yöntem Türkiye de henüz gelişmemiştir. Buna karşın jet grout kolonu uygulaması piyasada çalışan firmaların bir çoğunca tatminkar biçimde yapılmaktadır (Önalp ve Sert, 2006). Bu projede en önemli sorun, 0-16 m derinlikte mevcut turba ile çimento şerbetinin tatminkar biçimde birleşimini sağlamak olacaktır. Bu nedenle, uygulamadan 14 gün sonra kolonlarda tümlük testinin (integrity) yapılması önerilmiştir. Ayrıca, platform dışında üç adet şahit kolon oluşturularak buradan 8 m derinlikten karot alınarak kolonlarda sağlanan basma dayanımının düzeyi kontrol edilecektir. Diğer sorun, platformun tamamlanmış olması nedeniyle enjeksiyon için betonarme plağa açılacak deliklerin etkisi olacaktır. Delikler açılıp enjeksiyon tamamlandıktan sonra donatıların sürekliliğinin yeniden sağlanması gerekir. Bu nedenlerle uygulama yapacak firmanın işe özel 184

5 koşulların bilincinde başlaması önemli bir husus olarak görülmektedir. Tüm etkenler gözönüne alındığında jet grout kolonu uygulamasının aşağıdaki niteliklerde yapılması uygun olacağı düşünülmüştür. Kolon çapı 600 mm net Kolonların boyu 18 m Kolon aralığı 2.50 m Çimento/su oranı 1.0 Çimento dozu >150 kg Monitor duplex veya triplex Enjeksiyon basıncı 500 bar Jet-grout kolonlarının imalatı başlangıcında ( ) ve imalat sonrasında ( ) iki noktada alınan ölçümler (Şekil 3) oturmaların yavaşlama eğilimine girdiğini göstermektedir. 6 SONUÇ Bu bildiride Kayseri Serbest Bölgesinde zemin koşullarının yanlış değerlendirilmesi sonucu hatalı temel sistemi üzerine oturtulmuş bir sanayi tesisinde meydana gelen oturma problemleri irdelenmiş ve çözüm önerisi sunulmuştur. Binada güncel durumda 0.5 m dolayında bir genel oturma oluştuğu tahmin edilmekte, turbada ikincil konsolidasyon özellikleri olduğundan, ek önlem alınmadığı takdirde oturmaların farklı düzeylerde ve kabul edilemez biçimde süreceği hesaplandığından zemin iyileştirmesinin en hafif çözümü getirecek olan jetgrout kolonları uygulaması ile gerçekleştirilmesi, yöntemin başarılı olduğunun da çok dikkatle değerlendirilmesi gerektiği belirtilmiştir. İmalat sonrasında alınan ölçümler oturmaların yavaşladığını göstermiş olup uygulamanın başarılı olduğu sonucuna varılmıştır REFERANSLAR Erciyes Üniversitesi, Geoteknik Rapor. Önalp, A., Geoteknik Rapor, İst. Kültür Üniversitesi. Önalp, A., Sert, S., Geoteknik Bilgisi III: Bina Temelleri, Birsen Yayınevi, İstanbul. TSE, TS1500, İnşaat Mühendisliğinde Zeminlerin Sınıflandırılması, Ankara. TSE, TS1900-1, İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri-Bölüm 1: Fiziksel Özelliklerin Tayini, Ankara. TSE, TS1900-2, İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri-Bölüm 2: Mekanik Özelliklerin Tayini, Ankara. Brinkgreve, R.B.J. vd., Plaxis 3D Foundation Manual. 185

6 186