FBE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Akbulut, Suat" ile FBE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeEnjeksiyon ile granür zeminlerin geoteknik özelliklerinin iyileştirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Akbulut, Suat ; Sağlamer, Ahmet ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği ; Soil Mechanics and Geotechnical Engineering19. Yüzyılın başından beri zeminlerin enjeksiyon ile iyileştirme uygulamaları geoteknik mühendisliğinde pratik olarak kullanılmaktadır. İlk kez enjeksiyon uygulaması 1802 yılında Fransa'da bir köprü ayağı altındaki zeminin taşıma gücünü artırmak için kullamlmıştır (Bruce, 1993). Kendiliğinden sertleşen puzolanlı çimento enjeksiyonu 1800'ler boyunca Fransa ve İngiltere'de gelişmeye devam etmiş ve kanallar, havuzlar, limanlar, köprüler gibi mühendislik yapılarına uygulanmıştır (Raymond, 1996). Günümüzde zemin boşlukları doldurularak zeminlerin taşıma kapasitesini artırmak, oturma ve geçirgenliğini azaltmak için pek çok enjeksiyon uygulaması yapılmaktadır. Bununla beraber son yıllarda, deprem yüklerinin zeminler üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak ve sıvılaşmayı önlemek için zemin enjeksiyonu konusunda laboratuar ve arazi çalışmaları yürütülmektedir. Zemin enjeksiyonu, özellikle yüzeyden iyileştirilemeyen, derin zeminlerin iyileştirilmesinde kullanılmaktadır. Enjeksiyon ile zemin boşlukları veya kaya çatlakları belirli bir basınç altında uygun bir karışımla doldurularak zeminin taşıma gücü artırılır veya geçirgenliği azaltılır. Enjeksiyon uygulamaları inşaat mühendisliğinde yapı temellerinin desteklenmesinde, kaya çatlaklarının doldurulmasında, gevşek zeminlerin stabilizasyonunda, suya doygun granüler zeminlerin sıvılaşma riskinin azaltılmasında, baraj temellerinin geçirimsizliğinin sağlanmasında, yeraltında geçirimsiz perdelerin oluşturulmasında kullamlmaktadır (ShrofÇ 1993). Bunlara ek olarak diğer enjeksiyon uygulamaları da; - Kuyu açma ve numune alma esnasında su akışının kontrol edilmesi. - Sıra dışı oturmaların oluşmasmı önlemek için boşluk ve çatlakların doldurulması. - Müsaade edilen zemin basınçları altında yeni ve mevcut yapı temellerinin stabilizasyonu gibi sıralanabilir. Bunların dışında pek çok destek yapısı ve arazi çalışmasında enjeksiyon teknikleri başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. Enjeksiyon, halen temel mühendisliği uygulamalarında ve diğer mühendislik çalışmalarında kullamlmaktadır. Yeni uygulama alanlarından biri de atık depolarında çöp suyunun sızmasıyla zemin ve yer altı suyunun kirlenmesinin önlenmesidir. XV Amaca ve zemin tipine bağlı olarak kullanılan enjeksiyon tipi de değişmektedir. Yeraltı yapıları ve çalışmalarında özellikle kendini tutamayan zeminlerde yüksek basınç enjeksiyonu yapılırken, genel amaçlı zeminlerin iyileştirilmesinde dolgu, kompaksiyon ve çatlak enjeksiyonu uygulanmaktadır. Kaya ortamlarda daha çok konsolidasyon enjeksiyonu kullamlmaktadır. Dolgu Enjeksiyonu: Enjeksiyon karışımı doğal yapıyı bozmayacak bir şekilde kaya çatlakları veya zemin boşlukları içerisine şırınga edilir. Dolgu enjeksiyonu yeraltı suyunu kontrol etmek ve zemin de gerekli stabilizasyonu sağlamak için kullanılır. Kullanılan en eski ve en yaygın enjeksiyon yöntemidir. Kompaksiyon Enjeksiyonu: Enjeksiyon karışımının zemin içinde kontrollü yer değiştirmesine müsaade edilerek bozulmadan bir kütle olarak kalması sağlanır, sonuçta enjeksiyon kuyusu etrafındaki zayıf bölge basmçlı enjeksiyon karışımı ile sıkıştırılır. Kompaksiyon enjeksiyonu yumuşak, gevşek veya karışık zeminlerin iyileştirilmesi için uygundur. Çatlak Enjeksiyonu: Basmç altındaki karışım çatlaklı kaya veya zemin ortama şırınga edilerek malzemelerin doğal yapısı bozulur ve karışınım çatlaklı bölgeye nüfuz etmesi sağlanır (ShrotT, 1993). Bu metot daha çok zeminin taşıma gücü ve kayma gerilmesini artırmak için kullamlır. Yüksek Basmç Enjeksiyonu: 1960'ların başmda geliştirilen yeni bir tekniktir (Welsh, 1991). Jet grouting olarak da isimlendirilen bu metotla, su-çimento karışımı 300-500 atmosfer basınçta zemine verilir ve zeminle karışması sağlanır. Yüksek basmçlı enjeksiyon zeminin pek çok geoteknik özelliğinde gerekli iyileşme sağlar (Raymond, 1996). Farklı zemin türlerinde kullanılması yanında daha çok derinlerde ki nispeten ulaşılamaz gevşek zeminler yüksek basınç enjeksiyonu ile sağlamlaştırılabilir. Konsolidasyon enjeksiyonu: Bu enjeksiyon yöntemi ile daha çok kaya ortamda ulaşılabilir çatlaklar, aynk kütleler, fay bölgeleri, mağaralar ve diğer boşluklar doldurulur. Konsolidasyon enjeksiyonu temel zeminin mukavemetini artırır ve yapı içindeki zemin suyu akışım azaltır. Ayrıca konsolidasyon enjeksiyonu, kazı yapılan kaya kütlelerin yapı içine hareketini önlemek ve yük boşalmalarına engel olmak için uygulanabilir. Zeminlerin enjeksiyonu konusunda temel belirleyici zemin sınıfı ve granülometrisi olması yanında, enjeksiyonda kullanılan karışımların tipi de önemli bir parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Zemin enjeksiyonunda daneli ve danesiz (boyutsuz) karışımlar kullamlmaktadır. Kaba daneli kum ve çakıl zeminlerin enjeksiyonunda daneli karışımlar kullanılırken ince daneli kum ortamlarda boyutsuz karışımlar kullamlmaktadır. Enjeksiyon da kullanılan karışımlar genelde süspansiyon (daneli) ve solüsyon (boyutsuz/danesiz) karışımlar olarak tanımlanır. Süspansiyon karışımlar toprak, çimento-kireç, asfalt, emülsiyon vb.' lerini içerirken solüsyon karışımlar geniş bir kimyasal grubu içermektedir. Toprak veya kil-su karışımlar geçirimsizlik ve kompaksiyon enjeksiyonunda öncelikli olarak kullamlmaktadır. Kil süspansiyonlar içerisinde oluşan bağlar çimento süspansiyonlar içindeki bağlardan daha zayıf XVI olmasına rağmen bu karışımlar boşluklarda dolgular oluşturarak zeminin geoteknik özelliklerini iyileştirirler (Shroff, 1993). Kimyasal karışımlar silikatlar, lignosulfanat, aminoplast, akrilamidler, akrilitler, epoxy reçinesi, polyester reçinesi, poliüretan ve diğer kimyasallar/reçineler olarak guruplandırılır. Kimyasal karışımlarla daneli karışımlar arasmdaki temel farklar başlangıçtaki viskozite, boşlukların ve dane büyüklüğünün bir fonksiyonu olan enjeksiyon edilebilirlik ve jelleşme süresidir. Zeminlerin mukavemeti ve geçirgenliği kimyasal veya daneli karışımların kullanılması ile farklılık göstermektedir. Kimyasal karışımlar tek aşama veya iki aşamada zemine enjeksiyon yapılırlar. Tek aşamalı işlemde, tüm katkılar enjeksiyondan önce karıştırılır ve daha sonra zemine enjeksiyon yapılarak kimyasalların zemin içinde sertleşmesi sağlanır. İki aşamalı işlemde önce zemin içerisine bir kimyasalın enjeksiyonu yapılır ve arkasından ikinci kimyasal ile zemin enjeksiyon edilir. Zemin içerisinde iki kimyasal reaksiyon oluşturarak zeminin özelliklerini iyileştirirler. Enjeksiyon işleminin başardı sonuçlanması için karışımın viskozite, sertleşme süresi, mukavemet özelliklerinin probleme uygun şekilde seçilmesi gerekir. Bu çalışmada daneli (kum ve çakıl) zeminlere daneli (süspansiyon) karışımlarla enjeksiyon uygulaması yapılmıştır. Karışım olarak çimento, çimento-silis dumanı, çimento-uçucu kül ve çimento-kil karışımları kullamlmıştır. Elde edilen karışımların fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiş zemin ortamın enjeksiyonu için kullamlmıştır. Deneysel çalışmalarda enjeksiyon basıncı, zeminlerin dane çapı, boşluk oranı, karışım suyu oranı, katkı maddelerinin tipi ve miktarı ile zaman parametre alınarak laboratuar şartlarında seri enjeksiyon deneyleri yapılmıştır. Çalışmamn birinci bölümünde, enjeksiyon uygulamalarının genel tarihsel gelişimi anlatılmış ve konu hakkında genel bilgi verilmiştir. İkinci bölümde, enjeksiyon çalışmalarında kullanılan karışım tipileri ve enjeksiyon yöntemleri detaylı olarak anlatılmış, zeminlerin fiziksel ve hidrolojik özellikleri hakkında bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde, diğer araştırmacılar tarafından yapılan konu ile ilgili bilimsel yayınlar sıralanmış ve laboratuar deney sonuçları özetlenmiştir. Dördüncü bölümde, sırası ile deneysel çalışmalarda kullanılan zeminin granülometrisi, permeabilitesi, içsel sürtünme açısı, diğer zemin indeks özellikleri ve deneylerde karışım maddesi olarak kullanılan kil malzemesinin kimyasal, mineralojik ve fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra çimento, çimento-silis dumanı, çimento-uçucu küL çimento-kil ve kil katkılarından oluşan karışımların fiziksel ve mekanik özellikleri tespit edilmiş ve daneli zeminlerin enjeksiyonunda kullanılabilirliği araştırılmıştır. Elde edilen karışımlarla yeterli oranda karışım numunesi dökülmüş ve bu numunelerin 7. ve 28. günlük basmç mukavemetleri belirlenmiştir. XV11 Daha sonra farklı sıkılıklarda (Dr= 0.30, 0.50, 0.80) hazırlanan zemin numuneleri önce çimento enjeksiyonu ve silis dumanı, uçucu kül ve kil katkılı karışımlarla enjeksiyon edilmiştir. Dr=0.30 ve 0.80 sıkılığında hazırlanarak enjeksiyon uygulanmış zemin numuneleri üzerinde yapılan testlerle basınç mukavemeti değişimleri, kullanılan karışımların tipi, su/katı madde oranı, karışımdaki katkı yüzdeleri, zeminin relatif sıkılığı ve zamanla değişimleri araştırılmıştır. Yine bu numunelerin elastisite modüllerinin değişimleri incelenmiştir. Dr= 0.50 sıkılığında hazırlanarak enjeksiyon uygulanmış zemin numuneleri üzerinde yapılan testlerle numunelerin permeabilite değişimleri yine kullanılan karışım tipi, su/katı madde oranı, kullanılan katkı yüzdesi ve basınç mukavemeti ile değişimleri araştırılmıştır. Çalışmada ayrıca karışımların çökelme ve viskozite değerlerinin deneysel olarak belirlenmesinden sonra bu değerlerle enjeksiyon uygulanmış numunelerin basmç mukavemeti, geçirgenlik değerleri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar aşağıda sıralanmıştır.. Ön deneylerde kullanılan zemin granülometrisi ortamın enjeksiyon edilebilirliğini birinci derecede etkilemiştir. Zemin içindeki ince dane yüzdesi artışına bağlı olarak zeminin enjeksiyon edilebilirliği azalmıştır. Bu nedenle mevcut karışımla enjeksiyon yapılabilecek zemin granülometrisi ön deneylerle tespit edilmiştir.. Zeminin granülometrisi kadar ortamın enjeksiyon edilebilirliği karışımın su/katı oram ile doğrudan etkilenmiştir. Yapılan enjeksiyonun başarılı olmasında, karışım malzemenin granülometrisi ve karışım suyu miktarı önemli rol oynamıştır.. Karışım suyunun bir miktar artırılması enjeksiyonu kolaylaştırırken, zeminin mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilemiştir. Yüksek viskoziten* daneli karışımların kullanılması enjeksiyonu zorlaştırmış, enjeksiyonlu numunelerin basmç mukavemetini artırmıştır.. Silis dumanı katkılı karışım enjeksiyonu uygulanmış numunelerde basmç mukavemeti çimento enjeksiyonu uygulanmış numunelere göre artmış ve geçirgenlik düşmüştür.. Uçucu kül katkılı enjeksiyon uygulanmış numuneler zeminin basmç mukavemetini çimentoya göre bir miktar düşürmüş ve geçirgenliği aynı şekilde artırmıştır.. Kil katkılı enjeksiyon uygulanmış numuneler çimento enjeksiyonlu numunelere göre basmç mukavemetini ve geçirgenliği düşürmüştür. Yüksek oranlarda kullanılan kil karışımlar çimentoya göre geçirgenliği düşürmüştür.. Çimento içindeki katkı malzemelerinin artışı ile karışınım çökelme yüzdesi azalmış ve viskozite değeri artmıştır. Viskozite artışının tersine sıkı ortamların enjeksiyon edilebilirliği azalmıştır. Silis dumanı ve kil katkılı karışım enjeksiyonu uygulanmış numunelerde geçirgenlik azalmıştır.. Enjeksiyonlu numunelerde, basmç mukavemeti silis dumanı dışmda kullanılan katkı maddelerinin yüzdesi ile ters orantılı olarak düşmüştür. Karışımdaki silis dumanı basmç mukavemetini çimentoya göre artırırken, kil ve uçucu kül ters orantılı olarak basmç mukavemetini düşürmüştür. XV111 . Karışım suyu miktarının artışı ile çökelme yüzdesi (Bleeding) artış göstermiştir.. Karışımların su miktarı ile ters orantılı olarak viskozite (Marsh hunisi ve dinamik viskozite) değeri düşüş göstermiştir. Son bölümde ise yapılan deneysel çalışma sonuçları genel olarak irdelenmiştir.