Katkısız ve Katkılı Stabilizasyon | 3

Katkısız ve Katkılı Stabilizasyon

Zeminler yapı malzemesi olarak kullanılabildikleri gibi inşa edilen yapı temelleri altında taşıyıcı tabaka olarak da kullanılmaktadırlar. Taşıyıcı tabaka olarak kullanılan zeminlerin mühendislik özellikleri bazı durumlarda yeterli olamamaktadır. Zeminlerin mühendislik özelliklerinin yeterli olamaması durumunda proje değişimi, proje yeri değişimi ve zemin iyileştirme yöntemleri gibi farklı yöntemlere başvurulmaktadır. Zemin iyileştirme yöntemlerini genel olarak sınıflandırdığım yazı içeriğimde bu konuyu detaylı olarak ele almıştım. Yazı içeriğini okuyarak detaylı bilgilere ulaşabilirsiniz.

Bu yazı içeriğimde yüzeysel zemin iyileştirme yöntemi olarak bilinen katkılı ve katkısız stabilizasyona (Şekil 1) değineceğim.

katkısız ve katkılı stabilizasyon
Şekil 1. Katkılı ve katkısız stabilizasyon

Yüzeysel zemin stabilizasyonu olarak tanımlanan katkısız stabilizasyonda (kompaksiyon) temel amaç mekanik etkiler ile zemin boşluk oranının azaltılması iken katkılı stabilizasyonda temel amaç, boşlukların çeşitli birleşimdeki karışımlar ile doldurulmasıdır.

Katkısız Stabilizasyon

Zemin içerisindeki hava boşluklarının mekanik veya statik etkiler ile azaltılması sonucunda zemin danelerinin birbirine yakınlaştırılması işlemine kompaksiyon (Şekil 2) adı verilmektedir. Kompaksiyon sonucunda zemin birim hacim ağırlığı artmakta ve buna bağlı olarak mühendislik özellikleri iyileşmektedir. Zemin kayma mukavemeti artarak, kaymaya karşı gösterilen direnç artar, permeabilite ve sıkışabilirlik azalır.

Şekil 2. Arazide kompaksiyon ile katkısız stabilizasyon

Kompaksiyon da en yüksek verim optimum su muhtevası değerinde elde edilmektedir. Zemin içerisinde yeterli miktarda var olan su içeriğinde daneler arasındaki sürtüne direnci biraz daha azalır ve zemin içerisinde yağlanma adı verilen etkinin oluşur. Yağlanma etkisi ile maksimum sıkışma elde edilir. Kompaksiyon arazi ve laboratuvar olmak üzere iki farklı ortamda gerçekleştirilmektedir.

Laboratuvar ortamında kompaksiyon, alınan örnek numuneler üzerinde yapılan proctor deneyi ile yapılmakta ve deney sonucunda numunelerin optimum su muhtevası belirlenmektedir. Proctor deneyleri yapılışı ve optimum su muhtevasına ait daha detaylı bilgi edinmek için aşağıdaki düğmeye tıklayarak yazıyı inceleyebilirsiniz.

Arazide kompaksiyon silindir (düz silindir, lastik tekerlekli silindir, keçi ayaklı silindir) (Şekil 3), vibratör ve tokmak yardımı ile gerçekleşmektedir.

Şekil 3. Arazide kompaksiyon için kullanılan silindirler

Granüler zeminlerde daha iyi sonuçlar veren ve yaygın olarak tercih edilen kompaksiyon sonucunda;

  • Zemin daha sıkı hale gelir ve taşıma gücü artar.
  • Sıvılaşma riski azalır.
  • Dış yük altında meydana gelebilecek şekil değiştirmeler azalır.
  • Kaymaya karşı gösterilen direnç artar.

Arazide yapılan kompaksiyon işleminde tabaka kalınlığı, zemin birim hacim ağırlık değeri ve uygulanan kompaksiyon enerjisi zemin cinsine göre belirlenmelidir. Tabaka kalınlıklarının çok ince olması uygulanan enerji altında dağılmalara, tabaka kalınlıklarının çok fazla olması ise uygulanan enerjinin eşit dağılmamasına yol açmaktadır.

Katkılı Stabilizasyon

Zemin içerisine çeşitli katkı maddeleri ekleyerek, zeminlerin mühendislik özelliklerinin iyileştirilmesi, iklim, sıcaklık ve değişken yük gibi etkiler altında zeminin stabilitesinin koruması, katkılı stabilizasyon olarak tanımlanmaktadır. Daha çok kohezyonlu zeminlerde tercih edilen bu yöntem bazı katkı maddeleri ile granüler zeminlerde de kullanılabilmektedir. Katkılı stabilizasyonda kullanılan en temel katkı maddeleri kireç, çimento, bitüm, uçucu kül ve silis dumanıdır. Katkı maddesi seçiminde zemin cinsi, zemin içerisindeki ince dane oranı, ince danelerin spesifik yüzey alanı, uygulanabilirlik, çözülmesi istenen sorun ve katkı maddesi boyutu göz önünde bulundurulmalıdır. Katkı maddesi kullanılarak yapılan stabilizasyon ulaştırma yapıları, su yapıları ve katı atık depolama sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kireç (CaCO3) ile Stabilizasyon: Kireç, kil ile birleştiğinde puzulonik etkileşime girmekte ve bu etkileşim sonrasında kil zeminin sürtünme direnci kazandırarak mukavemetini arttırmaktadır. Puzolonik etki çimentolaşma veya silikatlaşma olarak da bilinmektedir. Silikatlaşma, kili oluşturan silisyum (Si) mineralleri ile kireci oluşturan kalsiyum (Ca) minerallerinin aktif fiziko kimyasal reaksiyona girmesi olarak tanımlanmaktadır. Kil ve kireç arasında meydana gelen bu çimentolanma sonrasında;

  • Kilin şişme ve büzülme potansiyeli azalır.
  • Zemin taşıma gücü artar.
  • Oturma ve şekil değiştirme problemleri çözüme kavuşur.
  • Zeminin likit limit değeri azalır, plastik limit değeri artar ve buna bağlı olarak zeminin plastisite indisi düşer.
  • Zemin kuru birim hacim ağırlık değeri artar.
katkılı stabilizasyon
Şekil 4. Kireç ile katkılı stabilizasyon

Arazi ortamında kireçlenme 3 farklı şekilde yapılmaktadır. Bunlar:

  1. İyileştirme yapılacak bölgede kullanılan zemin veya dolgu malzemesine uygun miktarda kireç ve su eklenerek elde edilen karışım sıkıştırılarak serilebilir.
  2. Kireç ve su ve zemin başka bir bölgede karışım haline getirilip iyileştirme alanına taşınıp sıkıştırılarak uygulanabilir.
  3. Sulu kireç karışımı hazırlanıp basınç yardımı ile bu karışım yaklaşık 3 m ara ile 3 m derinliğe kadar enjekte edilebilir. Bu yöntemde en üstteki 0,25 m kalınlığındaki tabaka gerekli mekanik işlemler ile sıkıştırılarak iyileştirme tamamlanır. Bu yöntem şişme potansiyeli yüksek olan ve genleşme oranı yüksek olan zeminlerde kullanışlı bir tekniktir.

Çimento ile Stabilizasyon: Çimento, organik zemin hariç tüm zemin türlerinde uygulanabilen bir katkı maddesidir. Özellikle kum ve çakıllı zeminlerde çok iyi sonuçlar veren çimento ile stabilizasyonda (Şekil 5) su çimento karışımı zemin içerisindeki boşlukları doldurarak zeminde çimentolanma etkisi yaratır. Zemin içerisindeki boşlukların doldurulması sonrasında taşıma gücü, kayma mukavemeti artarken, yük altında meydana gelebilecek şekil değiştirmeler azalır. Çimento ile stabilizasyonda etkili bir iyileştirme elde edebilmek için kullanılacak çimento miktarı, su oranı, zemin cinsi, yoğunluk ve çevre etkisi dikkate alınmalıdır.

Şekil 5. Çimento ile katkılı stabilizasyon

Uçucu Kül ile Stabilizasyon: Termik santrallerin yan ürünü olan uçucu kül (Şekil 6), linyit kömür veya taş kömürünün yüksek sıcaklıklarda yanması sonucunda filtrelerde tutulan alüminyum ve silisyum içeren bir katkı malzemesidir. Özellikle killi zeminlerde stabilizasyon için kullanılan uçucu kil içerisindeki alüminyum miktarı arttıkça meydana gelen puzulonik etki artar. Kolay ve ucuz temin edilebilir olmalarından dolayı kullanımları yaygınlaşmıştır.

Şekil 6. Uçucu kül ile katkılı stabilizasyon

Bitüm ile Stabilizasyon: Hem granüler, hem de kohezyonlu zeminlerde kullanılan bitüm (Şekil 7) karbon ve hidrojen bileşiklerinden oluşmaktadır. Su geçirmez ve yapışkan olan bu malzeme daha çok asfalt yapımında tercih edilmektedir. Granüler zeminlere yapışkanlığı ile kohezyon vererek iyileştirme sağlayan bitüm, kohezyonlu zeminlerde suya karşı direnç oluşturarak iyileştirme sağlamaktadır.

Şekil 7. Bitüm ile katkılı stabilizasyon

Katkısız ve katkılı stabilizasyona dair temel bilgilere değindiğim yazı içeriğimi okuduğunuz için teşekkür ederim.

Sevgiyle Kalın 🙂

Kaynaklar:

  • Ayan, E., 2009. “Derin Zemin İyileştirme Yöntemleri ve Uygulamadan Örnekler” Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
  • Özaydın, K., 2018. “Zeminlerin İyileştirilmesi” Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 14. Ulusal Kongresi, İstanbul.
  • Özaydın, K., (2016). “Zemin mekaniği”, Birsen yayınevi, Genişletilmiş baskı, İstanbul.
  • Yıldırım, S., 2009. “Zemin incelemesi ve temel tasarımı” Birsen yayınevi, İstanbul.
  • Karagül, B., Ç., 2007. “Yol Dolgularının Geogrid Kullanılarak İyileştirilmesi” Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

No Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir