Zemin iyileştirme nedir ? zemin güçlendirme yöntemleri nelerdir ?

Zemin iyileştirme nedir ?

Zemin iyileştirme amacı zeminin mühendislik özelliklerinin herhangi bir yapı için yeterli olmadığı durumlarda , zemin özelliklerinin iyileştirilmesi ile zemin yapısının elverişli hale getirilmesidir.

İnşaat sahasında karşılaştığımız zeminler her zaman istediğimiz özelliklere sahip değildir. İnşaat alanının değiştirilmesi , proje alanı içindeki zayıf zeminin çıkartılıp yerine daha sağlam bir malzeme ile yer değiştirilmesi ekonomik ve teknolojik olarak her zaman mümkün değildir. Zemin iyileştirme çalışmaları , zemin problemleri olan yerlere çözüm getirmektedir. bu çalışmalar arasında birbirinden farklı Zemin güçlendirme yöntemleri vardır.

Zemin iyileştirmesi ve zemin güçlendirme çalışmaları iki ana grup içinde incelenebilir.

Zemin iyileştirme çeşitleri

1- Dolgu ile zemin iyileştirme teknikleri

Toprak dolgularda kullanılacak zeminlerin özelliklerinin iyileştirilmesi ,uygun dolgu hazırlama da düşünülebilecek başlıca yöntemler aşağıdaki gibidir ;

a) Sıkıştırma (kompaksiyon ) yöntemleri ile zemin ıslah yöntemleri

Zemin danelerinin birbirine yaklaştırılması ve aralarındaki hava boşluklarının azaltılmasıdır. Böylece daha sıkı bir yapıya ulaşan zemin mekanik olarak sıkılaştırılmış olmaktadır. Kompaksiyon işlemleri sonucu zeminin birim hacim ağırlığı artmakta ve mühendislik özellikleri iyileştirilmiş olmaktadır. Sıkıştırma teknikleri çok sık başvurulan yöntemdir.

İnşaat sahasının kotunu yükseltme de , karayolları , havaalanı kaplama altı dolgusu ,akarsu seddeleri , su bentleri gibi su yapılarında , inşaat alanlarında temel altı bina zemin güçlendirme çalışmalarında kullanım alanları mevcuttur.

b) Katkı malzemeleri zemin iyileştirme yöntemleri

Çimento ile zemin iyileştirme , kireçle zemin iyileştirme, baca külü , asfalt ,kimyasal maddeler ile zemin iyileştirmesi yöntemleri olmaktadır.

zeminlerin içine değişik katkı maddeleri karıştırarak zeminlerin fiziksel mukavemetini arttırmak mümkündür en yaygın kullanılan katkı ile zemin iyileştirme yöntemleri şu şekildedir;

# Kireç ile zemin iyileştirme

İnce daneli zeminlere, kireç karıştırılarak zeminlerin hızlı şekil değiştirme özellikleri yani plastisitesinin azaltılmasına katkı sağlar. Kireç Kil mineralleri ile reaksiyona girerek zemin yapısında sertleşme meydana gelir. Donma çözünme gibi ısıl işlemler sonucunda zamanla zemin yapısının mukavemet özelliği daha da artar.

# Baca külü zemin güçlendirme

Termik santrallerin bacalarına çıkan daneli malzemeye baca külü denir. Baca külü kireçle birlikte kullanılabilir killer arasında kimyasal reaksiyona girerek zeminin mukavemetini arttırır. Kireç- baca külü stabilizasyonu iri daneli zeminlerin arasını doldurabilir. Sadece kireç kullanıldığında ince daneli killerin arasını doldururken bu karışımda iri daneli zeminlerin arasını da doldurmak mümkündür.

Kireç – baca külü stabilizasyonu zemin basınç – çekme mukavemetlerini ve dayanıklılığını arttırmaktadır. Karayollarında sıklıkla kullanılır.

# Çimento ile zemin iyileştirme

Beton hazırlamada olduğu gibi çimento da zeminler arasında bağlayıcı özellik sağlamaktadır. Betondan farkı zemin – çimento karışımı ile düşük mukavemetli bir beton olarak düşünülebilir. Zemin dayanımındaki artışlar çimento oranına göre değişir.

# Asfalt ile zemin güçlendirme

Asfalt stabilizasyonu zemindeki suyun zararlı etkilerinden korumaya yardımcı olur.Asfalt Zemin danelerini birleştirici rol oynar. Danelerin yüzeyini kaplayarak suyun zemini yumuşatmasını engeller. İri daneli zeminlerde ise zeminin kohezyon kazanmasına yardımcı olur . Kohezyon kazanan zemin birbirine yapışarak suyun ve havanın erozyon sonucu zemini yumuşatmasına direnç oluşturur.

2- Doğal zemin tabakalarının yerinde iyileştirme amacı ile kullanılabilecek yöntemleri

* Hidrolik yöntemler: yeraltı su kontrolü , drenaj ,konsolidasyon , önyükleme

* Mekanik yöntemler : Kompaksiyon teknikleri Hafif ağırlıkta malzeme kullanımı

* Zemin- çelik veya geosentetik donatılar Kimyasal yöntemler – katkı malzemeleri -enjeksiyon yöntemleri – ısıl işlemler- dondurma teknikleri – elektrostabilizasyon

Bu zemin iyileştirme uygulamaları bazen tek zemin için uygun olurken bazıları farklı özellikte zeminler için uygulanabilmektedir. İnşaat sahasında problemli zeminlerin mühendislik özelliklerinin yerinde iyileştirilmesi kazı veya yeniden yerleştirilmeden farklı yöntemlerle uygulanmaktadır. İnce ve iri daneli zeminlerin yerinde iyileştirilmesi için ince daneli de su muhtevasını azaltmak amacıyla yapılırken iri daneli de sıkıştırma amaçlı zemin iyileştirmesi yapılmaktadır.

1- İri daneli zeminlerin sıkıştırılması

iri daneli zeminlerin sıkıştırılmasında vibrasyon yöntemleri uygulanmaktadır. bazı vibrasyon teknikleri yüzeysel olurken bazıları daha derin tabakaları sıkıştırmada kullanılır.

a) Silindir ile sıkıştırma :

Sıkıştırılması istenen tabakanın üzerinde titreşimli silindirlerin bir çok defa geçmesiyle zeminin boşluk yapısı azaltılır. ve danelerin birbirine daha çok kenetlenmesiyle zeminin sıkılık derecesi arttırılır.

b) Zemin iyileştirmede taş kolon yöntemi :

Tabaka derinliği boyunca dönen bir tüpün kendi ağırlığı ve sağladığı titreşimle, tabakalar içinde ilerlemesiyle uygulanır. Yatay titreşimler altında yanal zeminlerde sıkışma meydana gelir. Geri çekilme esnasında genişleyen vibro çukurunun yerine , üstten kum veya mıcır doldurulur. Doldurma esnasında yatay titreşimler tekrar uygulanır ve vibro yavaş yavaş yukarı çekilir. Sonuç olarak zemin içinde sıkıştırılmış kum kolonu veya taş kolon oluşturulur.

c) Kum kazıkları :

Bu yöntem belirli bir hacme sahip içi boş ve altı kapalı bir boru batırılarak zeminde yanal olarak sıkışma sağlanır. İstenilen derinliğe ulaşıldıktan sonra alt kapak açılır ve içine kum boşaltılır ve boru takrar yukarı çekilir.çekme esnasında üstten boşaltılan kum sıkıştırılır. Boru tamamen çıkarıldığında sıkıştırılmış kum kazıkları meydana gelir.

d) Derin dinamik kompaksiyon :

Bu yöntem ayarlanabilir ağır bir kütlenin ( 5- 40 ton ) vinçler yardımıyla serbest düşmeyle yaklaşık 5-35 mt yükseklikten birçok kez düşürülmesiyle zemin tabakalarının sıkıştırılması sağlanır. sıkıştırılacak alan zemin iyileştirme projesi ile sistematik karelajlarla tüm alanı kapsayacak şekilde tasarlanır. her noktanın zemin özelliğine göre yükseklik ve darbe sayısı farklı olabilir. bu zemin iyileştirme yöntemleri iri daneli zeminler de kullanıldığı gibi ince daneli zeminlerde de kullanılmaktadır. dinamik konsolidasyon olarak da isimlendirilebilir.

2- İnce daneli zemin tabakalarının sıkıştırılması

İnce daneli zeminlerde en önemli unsurların başında su muhtevası ve konsolidasyon basıncı gelmektedir. Bu yüzden arazideki ince daneli zeminlerin mühendislik özelliklerinin iyileştirilmesinde asıl amaç yüksek basınçlar altında zeminin konsolide olmasını sağlamak ve /veya zemin içindeki su miktarını azaltmaktır.

a) Ön yükleme : Yumuşak killerin dayanımını arttırmak , üst yapı yükünden kaynaklı oturmaları azaltmak için en yaygın kullanılan zemin iyileştirme çeşitleri arasındadır. Üst yapıya başlamadan önce inşaat yüklerini karşılayacak şekilde zemin malzemesi inşaat alanına getirilir.ve belirli süre aralığında tabii zeminin konsolide olması sağlanır. uygulanan konsolidasyon basıncına karşılık killerin mukavemeti arttırılmaktadır. Daha sonrasında dolgu malzeme kaldırılarak üst yapının oturmaları en aza indirgenmiş olur.

Ön yüklemede konsolidasyonu hızlandıran uygulamalar

Ön yükleme genellikle permabilitesi düşük , yumuşak killerde uygulanmaktadır. Ön yükleme süresinde temel zemininde kayma oluşmaması ve bekleme süresini azaltmak için çeşitli zemin iyileştirme metotları gelişmiştir. bunlar aşağıdaki gibidir ;

* Düşey kum drenaj kolonları

* Yapay drenaj levhaları

Düşey dren uygulamalarındaki asıl amaç suyun yatayda ve düşeyde kaçmasını sağlamak ve oturma süresini kısaltmaktır.

b) Yeraltı su seviyesinin indirilmesi : Arazide yeraltı su seviyesinin yüksek olduğu yerlerde çeşitli drenaj yöntemleri uygulanmaktadır. Bu uygulamalar sonucunda zemin tabakaları üzerine etkiyen efektif basınç arttırılarak zeminin konsolide olması sağlanmaktadır. ayrıca suyun uzaklaştığı seviyelerdeki killerin dayanımı da artmaktadır.

3- Enjeksiyon yöntemleri

Enjeksiyon yöntemi ile zemin iyileştirme nasıl yapılır ?

Zemin tabakalarının yerinde iyileştirilmesi yöntemlerinden bir tanesi de zemin içerisine çözelti veya süspansiyon şekilde enjekte edilme işlemedir. Enjeksiyon işlemi sırasında kullanılan malzeme ve yönteme göre zeminin geçirgenliğini azaltmak , mukavemetini arttırmak , sıkışabilirliğini azaltmak gibi amaçlar hedeflenmektedir. enjeksiyon yönteminin en yaygın kullanıldığı zeminler arasında alüvyon zemin , kil zemin ,siltli zemin, çakıl karışımlı zemin ve kumlu zeminlerde iyileştirme gösterilebilir.

Enjekte işlemi basınçlı bir şekilde karışımları zemine püskürtme çalışmalarıdır. Zemine uygulanan karışımlar suyla birlikte askıda kalacak şekilde oluşturulmaktadır. Karışım malzemeleri arasında en yaygın kullanılan malzemeler çimento , bentonit, kireç , asfalt gibi katı maddelerdir.

Enjeksiyon ile Zemin iyileştirme (güçlendirme) uygulamaları

* Pakerli enjeksiyon zemin iyileştirmesi

* Jet grout zemin iyileştirmesi

* Deep mix zemin iyileştirme( derin karıştırma )

* Cfa zemin iyileştirme

kaynak bilgileri : Prof.Dr.Kutay Özaydın , TMMOB JMO ,İMO