05.04.2016

1

ZEMİN İYİLEŞTİRİLMESİZEMİNİN ISLAHI

İyileştirme genel bir terim olup

zeminin birim hacim ağırlığı,

geçirimliliği,

ısıl iletkenliği,

şişme/büzülme yeteneği,

göçebilirliği,

dağınık yapısı gibi özellikleri değiştirmeyigözetir.

STABİLİZASYON

Bir parselde bina yükünün makul derinliğe inilmesinekarşın zemin veya kaya tarafından hedeflenen taşımagücü veya oturma limitleri içinde kalarak yüzeyseltemele taşıtılamaması durumu stabilizasyonuygulaması gerektirir.

Stabilizasyon işlemleri özelliklesıkışabilirlik ve kayma direnci parametrelerininistenen yönde değiştirilmesi ve sıvılaşma riskiningiderilmesi olarak algılanmalıdır.

05.04.2016

2

SORUN:

• Yapı özelliklerine• Koşullarına• Yüklerine uygun olmayan,

özellikleri yetersiz kalan zemin.

� Taşıma gücü� Toplam oturmalar� Farklı oturmalar� Deprem; sıvılaşma, vb…� Kazı - dolgu� Yamaç, şev� Kabarmalar� Problemli zeminler(göçebilen, şişebilen, vb.)

İYİLEŞTİRMEYE YAKLAŞIM

• Parselin terk edilerek binanın başka yere yapılması

• Bodrum sayısının artırılması (sağlam tabakaya inme?)

• Jeolojik açıdan çok genç, dolayısıyla yetersiz olan üsttabakaların kaldırılarak yerine nitelikli gereç yerleştirilmesi

• Üst yapı (taşıyıcı sistem) ve/veya yüzeysel temel özelliklerinintemel ortamının özellikleri göz önüne alınarak değiştirilmesi

Yüzeysel temel⇓⇑

İyileştirme/stabilizasyon⇓⇑

Derin temel

Bir parselde öngörülen binanın yüzeysel temellerle taşıtılamaması durumunda yüksekmaliyetli iyileştirme/stabilizasyon, hatta derin temel çözümünü seçmeden şu yollardanbirine başvurulabilir:

05.04.2016

3

İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİNİN UYGULANABİLİRLİĞİ

ÖZELLİKLER BAŞARI OLASILIĞI

YAPI GURUBU

BİNA TÜRÜ

OTURMA YETENEĞİ

∆max

(mm)

TABAN BASINCI

(kPa)

Gevşek-Kohezyonsuz

Yumuşak

aluvyon

Eskidolgu

İşyeri >6 kat yok <15-30 Yüksek (300+) yüksek kuşkulu yok

Konut 3-6 kat orta <25-50 Orta (200+) yüksek düşük iyi

Bina 1-3kat düşük <25-50 Düşük (100+) yüksek iyi yüksek

Santral; vinç 1-2 kat yok <25 Değişken(400+) yüksek kuşkulu düşük

Çerçeveli endüstri

1-3 kat orta 25-100 Değişken(100+) yüksek iyi yüksek

Yakıt tankı 1 orta-yüksek 25-200 Yüksek(<300) gerekiyorsa, iyi yüksek yüksek

İYİLEŞTİRME/STABİLİZASYON YÖNTEMLERİNİN AYIRIMI

1. Geçici etkili (kozmetik)-2. Kalıcı etkili, yabancı bir gereç eklemeden sonuçlandırılan-3. Kalıcı etkili, ancak ortama katkı maddesi veya yabancı

cisim ekleyerek gerçekleştirilen - işlemler.

1. Mekanik

2. Hidrolik

3. Fiziksel-kimyasal

4. Katkılı-yapısal destekli

5. Kitleyi kısıtlayarak özellikleri iyileştiren

(A) GENEL AYIRIM

(B) ÖZEL AYIRIM

05.04.2016

4

Genel Ayırım:

A.Geçici etkili(kozmetik)

YASS düşürülmesiZeminin dondurulmasıElektro-osmoz

B.Kalıcı etkili (gereç eklemeden)

Titreşimle bha arttıranYüksek sıcaklıkla taşlaştırma

C.Kalıcı etkili (yabancı gereç ekleyerek)

Kireç/çimentoKimyasallarFitil (Dren)Donatı

ZEMİN İYİLEŞTİRMESİNDE KULLANILAN YÖNTEMLERİN DANE BOYUTUNA GÖRE AYIRIMI

05.04.2016

5

SIKIŞTIRMA

YÜZEYSEL İŞLEMLERLE İYİLEŞTİRME

Vurmalı sıkıştırma

Proktor ulaşım yap. iyi, bina temelinde etkin değil

Proktor ulaşım yap. iyi, bina temelinde etkin değil100kN, Üçgen veya beşgen, 10km/saatTekrarlı darbeler, arkasındaki titreşimli silindir ile ÜtülemeYASS düşük kumlu zeminlerde, Eski dolgularda4m derinliğe kadar etkin (az katlı binalar için yeterli)Penetrasyon veya 0.6m plaka taşıma ile kontrol

Ütüleme !İvme-ölçer !

05.04.2016

6

Hızlı darbeli sıkıştırma:

YASS bulunmayan atık depolarıEski dolgular, Döküm alanları, Kül depoları1.5m çaplı plakaSık aralıklarla vurmaHızlı dolaşabilme, toplam enerji yüksekZemin parametrelerinde 10 kata kadar iyileşme

TİTREŞİMLİ YÖNTEMLERLE İYİLEŞTİRME

Zeminler uygun titreşimlerle 30 m derinliğe kadar başarılı olarak sıkıştırılabilirler.

Titreşimli sıkıştırma öncelikle kumlar ve çakıllı kum zeminlerde etkili.

İnce daneli zeminleri de titreşimle sıkıştırmak mümkün.

Sıvılaşmanın Zararlı Etkilerini Önlemek* Sıvılaşabilir zemini sıkılaştırmak ** Depremde oluşan ek boşluk suyu basınçlarının zemin içinde kolon benzeri yapılarla sönümlenmesini sağlamak

05.04.2016

7

SONDALI TİTREŞİM

a. Titreşimli sıkıştırma (vibro-compaction, vibro-flotation)b. Titreşimle zemine malzeme yerleştirme/ittirme (vibro-replacement)

TİTREŞİMLİ YÖNTEMLERLE İYİLEŞTİRME

İçi boş ya da dolu sondaTitreşimle sokulurÇıkarırken çakıl ya da kırmataşEtki derinliği ∼ 20-30m

Vibroflotasyon:

İnce oranı<15%, 35 m ye kadar başarılı45 cm çap, 2-4.5 m uzunluk1-2m/dk hız40-80kN8atm basınç5-25mm yanal genlikle titrerken sonda çevresine ek gereç

05.04.2016

8

Titreşimli Sıkıştırma

Vibroflotasyon: Literatürdeki ilk titreşimli sıkıştırma yöntemi(1936, Almanya)

Patentli titreşimli sıkıştırma yöntemleri:Vibro-WingTerraprobeFranki Y-Probe

Yöntem kil-silt içeriği %15’ten düşük ortamlarda 35 m derinliğe kadar başarılı.

Vibroflot Sondası

0.45 m çaplı ve 2-4.5 m boylu sonda zemine, örneğin basınçlı su yardımı ile 1-2 m/dak hızla indirilir.

05.04.2016

9

Vibroflotasyon Yöntemi ile Sıkıştırma

Dışarı çıkarken 300 kN dolayında merkezkaç kuvveti uygulayan, titreşim frekansı 30-50 Hz, yanal genliği 5-25 mm olan 40-80 kN kütleli, 8 atm basınç verebilen bu sondanın çevresine dışarıdan taze ek gereç doldurulur. İşlemler tamamlandıktan sonra geçirilen titreşimli silindirle yüzeye yakın bölgenin tam sıkışması sağlanır.

Zeminin vibroflotasyona elverişli olup olmadığı uygunluk sayısı β ile kontrol edilir.

2 2 250 20 10

3 1 11.7

( ) ( ) ( )β = + +

D D D

D50: Zeminin tipik ortalama dane boyutu,D20: P=%20’ye karşılık gelen dane boyutu,D10: Efektif dane çapı.

β’nın 10’dan küçük olması bu yöntemin uygulanmasına tam yatkınlığı,

30’dan büyük olması ise başarı ile uygulanamayacağını,

β>50 ise uygulanmaması gereğini göstermektedir.

Vibroflotasyona uygunluk sayısı

05.04.2016

10

Tekil Temel Yayılı Temel

İttirmeli Sıkıştırma:

Taş kazığı, çakıl/kum kazığı

su> 25kPa!!!

Boyu 30 m, çapı 1.2 m’ye varan kolonlar

Hem yanal rijitlik, hem drenaj

Kil ve siltli zemin, Titreşimli sonda ile yanlara itilirkenAçılan boşluğa kaya dolgu kalitesinde malzeme(taş, çakıl veya kum)30m boy, 1.2m çap(min 0.6m)Hem yanal rijitlik, hem drenajÇok yumuşak siltlerde taş göçü, su> 25kPa olmalıÖnce büyük aralıklarla, sonra 1.5-3.5m

05.04.2016

11

Japon yöntemi (vibrocomposer)

Sıvılaşmaya yatkın yumuşak zeminlere titreştirilirken döndürülerekindirilen boru hedeflenen derinliğe vardıktan sonra çakılladoldurulmakta, borunun ucundaki kapak (klape) ters dönüş sırasındaaçıldığından çakıl, ortadaki çubuğun (iğne) titreşimli vuruşları ilezeminin içine sıkıştırılmakta, boru da bu sırada dışarıya alınmaktadır.

Burgulu Sistemle Taş Kolonu İmalatı

Taş kolonlarının etkin olabilmesi için D>0.6 mSu>25 kPa

Çok yumuşak kil ve siltlerde “taş göçü”

Çimento enjeksiyonu ???

Arazi yüzeyi 0.3 m kalınlıkta bir kum-mıcır Önce büyük aralıklarlason aşamada aralıklar s=1.5-3.5 m

05.04.2016

12

Taş kolonlara ait deformasyon modülleri, sıkılaşmaya ve taşın granülometresine bağlı olarak Ekl=40-80 MPaolarak alınabilir.

Bu ise zemine göre Ekl/Es ≈ 4-10 oranına karşılık gelmektedir.

Taş kolonlar yüksek hidrolik geçirgenlikleri → Dren vazifesi

Kolonlar arası zemin → kısmen ıslah

GSsıv⇑

Taş Kolon İmalatı 1. Aşama - Borunun Çakılması

05.04.2016

13

Taş Kolon İmalatı 2. Aşama – Çakıl Doldurulması

Taş Kolon İmalatı 3. Aşama - Borunun Vibrasyonla Geri Çekilmesi

05.04.2016

14

1999 depremi sonrası Adapazarı-Gölcük eksenindeki

çapı 300 mm yi geçmeyen sondaj kuyularına kırmataş doldurulan ve hangi amaca hizmet ettiği bilinmeyen önlemler

Özellikle killi silt ortamlarında bu uygulamanın taş göçü nedeniyle çok kısa ömürlü olacağı ve bir yarar sağlamayacağı açıktır.

KONİ PENETRASYON DENEYİ İLE KONTROL

1 tanG

Sβ α= +

β: İyileştirme sonrası ölçülen koni uç direncinin iyileştirme öncesideğerine oranı

G: Kuyuya eklenen taş/çakıl/kum hacmiS: Sondanın zeminde etkilediği bölgenin hacmitan α: zeminin dane dağılımı indisi C=(10a+b) ve iyileştirmeden öncekiCPT uç direncini yansıtmaktadır.

a: zeminde 2 mm, b: 74 µm’dan ince dane boyutlarının yüzdesi

C’yi CPT deneyinde sürtünme oranı FR’ye eşit almak mümkündür.Sürtünme oranı FR zeminin silt ve kil içeriğini yansıtan bir değer olup taşkazıkları ile elde edilebilecek görece sıkılık derecesini gösterir.

Denkleme tan α=6 ve G/S=0.1 ile girilecek olsa, penetrasyon direnci %60iken, α değeri 10’a yükseldiğinde beklenen artış %100 olacaktır.

Uygunluk sayısı

05.04.2016

15

Taş Kazığının Mekaniği

Düşük maliyet ve yapımda hız, taş kazığını cazip kılan özelliklerdir.

Çözülmesi gereken problem, oluşturulan kompozitortamın yükler altında nasıl davranacağının kestirilmesidir.

Bu hesaplama günümüzde sonlu elemanlar gibi bir sayısal yöntemin kullanımı ile yapılabilmektedir.

Basit rijit-plastik reolojik modellemeye göre sistem yüklendiğinde zemin sıkışmakta, bu hareket kolonların elastik ve değişmez hacımda boy değiştirmesine neden olmaktadır. Yumuşak zeminin altındaki zeminin bu süreçte sıkışmadığı kabul edilmektedir.

Taş Kolonu HesaplamasındaVan Impe Yaklaşımı

05.04.2016

16

Taş Kolonu Hesaplamasında Bachus ve Barkdale Yaklaşımı

Farklı rijitlikte iki kolon arasında oluşan gerilme yoğunlaşmasıfaktörü

's

cn

σσ

=

Zemine yüzeyde uygulanan ortalama gerilme σ için

'

1 ( ' 1)

1

1 ( ' 1)

s ss

c c

s

n

n a

n a

σ σ µ σ

σ σ µ σ

= = + −

= = + −

olup µs taş kolonda ve µc zeminde gerilme yığışım faktörleridir.

olup σs taş kolonun

σc ise çevredeki zeminin aldığı gerilmelerdir.

05.04.2016

17

Gerilme Yığışım Değerleri

Taş kolonun getirdiği alan oranı;

s

s

Aa

A=

Kolonların eşkenar üçgen konumunda alan değiştirme katsayısı

2

0.907s

Da

s

=

kolonun alanı As ile beher birim hücreyi oluşturan toplam alanın (A) oranıdır.

05.04.2016

18

Taş kolonunun yapılmasından önce uygulanan yüklerle SFdüzeyinde oturma hesaplanan bir kilde iyileştirmeden sonraSs dolayında bir oturma beklenecek ise hesaplamadaşekildeki bağıntıyı kullanmak yeterli olacaktır.

PROBLEM7 m kalınlıkta, drenajsız kayma direnci 35 kPa, deformasyon modülü 700 kPa olan yumuşak kile φ0.5 m çaplı ve aralığı s=2.5 m olan taş kolonları yerleştirilmiş. Bunların üzerine kolon aralığı 3 m olan 1.0 m boyutlu kare temeller 1.0 m gömme derinliğine oturtulacaktır. Kolon yükleri 380 kPa eşdeğeri ise son oturmaları hesaplayınız.

σDf = 19x1= 19 kPa

05.04.2016

19

Önce, taş kolonları imal edilmese idi oluşacak oturmayı bulalım:

Ani oturma hesabı için en kısa yol Skempton-Bjerrumyaklaşımını kullanmaktır. Bu yönteme göre temelden qdüzeyinde ortalama taban basıncı alan bir zeminde

'

1 2

( )Dfi

u

q BS I I

E

σ−= ×

gibi bir “elastik” oturma beklenecektir. Burada σ’Df , temelgömme derinliğindeki efektif gerilme, Eu zeminin drenajsızmodülü, I1 ve I2 etki katsayılarıdır.

Ani Oturma Hesaplaması içinEtki Katsayıları (Janbu, 1985)

Df/B= 1/1 = 1.0 → I1= 0.95

Hz/B= 6/1 = 6.0 → I2= 0.62

(380 19)10.95 0.62 0.30 30.4

700FS m cm

−= × = =

'

1 2

( )Dfi

u

q BS I I

E

σ−= ×

05.04.2016

20

Taş kolonu geldiğinde

2 2 2(0.5) 0.196 ; 1.0 1.0 1.04

s Fkolon kesit alanı A m ve temel alanı A mπ

= = = × =

1.0005.1

0.196

F

S

A

A= =

ve Su=35 kPa ile şekilden oran SF/SS=2.5 bulunarak

Taş kolonunun oturması sadece SS= SF/2.5 = 30.4/2.5 = 12.2 cm

Taş Kolonunun Sıvılaşmayı Önlemede Kullanılması

Taş kolonu boyutlandırması ile ilgili farklı yaklaşımlar zeminin vetaş kolonunun aldığı kayma gerilmelerine göre yapılmıştır. Örneğindeprem durumunda bunların birim kayma deformasyonlarının (γ)uyumluluğu koşulu kabul edilerek

1( )

( 1) 1r

sr

AG

ττ

=− −

ifadesi geliştirilmiştir.

Ar: alan değiştirme katsayısıτs: kolonların arasında kalan zeminde oluşacak kayma gerilmesi, τ: deprem veya statik koşulda ortama gelen kesme gerilmesi,

scr

s

GG

G=kayma modülü oranı

Gsc: taş kolonunun kayma modülü

Gs: zeminin kayma modülü

05.04.2016

21

Taş kolonunun bulunmadığı ortamda kayma gerilmeleri depremde

sGK

ττ

= gibi bir azaltma katsayısına bağlı olarak düşmesini sağlayacaktır.

max 0' '0 0

0.65ort ha

g

τ σσ σ

= ile hesaplanırken yerleştirilecek taş kolonları kaymagerilmelerinin

CSRtasarım=CSR*KG

1 1 1

(1 ( 1) ) 1(1 )

= = = =+ −

+ −

τ ττ τs s

Gavg r r r

r rr

KG A G

A AG

Taş Kolonlarında Kesit Değiştirme Oranının CSR’ye Etkisi

05.04.2016

22

Kumda M=7.5 Deprem için Sıvılaşma Eğrileri

Hesaplamada şekle azaltılmış CSR (Çevrimsel Gerilme Oranı) ile girerek gerekli standart penetrasyon direnci N60 okunabilmektedir.

05.04.2016

23

05.04.2016

24

05.04.2016

25

05.04.2016

26