ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ... · Bu çalışmada, çeşitli...

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Gülsen TUMLUER

ÇİMENTO KATKILI KUMLU ZEMİNLERİN MUKAVEMETİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2006

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Gülsen TUMLUER

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Bu tez / / 2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza:.................................... İmza:............................................ İmza:............................... Prof. Dr. Mustafa LAMAN Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY Prof. Dr. Hasan ÇETİN DANIŞMAN ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır.

Kod No:

Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.


I

ÖZ

YÜKSEK LİSANS TEZİ


Gülsen TUMLUER

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Danışman : Prof. Dr. Mustafa LAMAN

Yıl : 2006, Sayfa : 161

Jüri : Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY

: Prof. Dr. Hasan ÇETİN

Bu çalışmada, çeşitli zemin ıslah yöntemleri teorik ve deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca, katkı malzemeleri ile stabilizasyon üzerine deneysel araştırmalar yapılmıştır.

Kum zeminlerin geoteknik özelliklerinin belli oranlarda kompoze çimento ve demir artığı olan cüruf katkıları ile değişimi araştırılmıştır. Problemli zeminlerin ıslah edilerek kullanımı özellikle büyük şehirlerde ve sınırlı arazilerde maliyet açısından önem kazanmaktadır. Ayrıca cüruf gibi atık malzemelerin geri dönüşümlü olarak kullanılması çevre ve ekonomi bakımından büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada üniform kum, cüruf, kompoze portland çimentosu kullanılmış ve kompaksiyon, serbest basınç deneyleri yapılmıştır.

Sonuçta; kum zeminlerin çimento kullanılarak ıslah edilebildiği gibi çimento ile aynı oranda cüruf kullanımı ile de mukavemet artışında sadece çimento kullanılarak elde edilen mukavemete yakın sonuçlar elde edileceği bulunmuştur. Ayrıca kürün de mukavemet üzerinde önemli etkisi olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Cüruf, Çimento, Kum, Serbest Basınç Deneyi, Kompaksiyon.

II

ABSTRACT

MSc THESIS

SHEAR STRENGTH OF SAND-MIXED WITH CEMENT

Gülsen TUMLUER

DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING

INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES

UNIVERSITY OF ÇUKUROVA

Supervisor : Prof. Dr. Mustafa LAMAN

Year : 2006, Page : 161

Jury : Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY

: Prof. Dr. Hasan ÇETİN

In this study, various soil improvement techniques were investigated theoreticaly and experimantaly. In addition, experimental studies were performed on additional materials for stabilization.

The effects of the composite portland cement and slag, used in specific proportions, on the geothecnical properties of sandy soils have been investigated. The improvement of the weak soil deposits has a major importance in the metropolis and limited areas because of the economic and environmental aspects. In the present study uniform sand soil, slag and composite portland cement were used and compaction test, unconfined compression tests were carried out.

The consequence of this study following results have been obtained. The sandy soils can be stabilized using the cement. Also similar improvement can be achieved using the mix consisting of cement and slag in the same proportions. The cure is a very important factor affecting the strength of the stabilized soil. Key Words: Slag, Cement, Sand, Unconfined Compression Test, Compaction.

III

TEŞEKKÜR

Öncelikle, yüksek lisans tez konusunun belirlenmesinde ve bu çalışmayı

hazırlamam sırasında bana yardımcı olan, her türlü soruma cevap veren değerli

danışman hocam Prof. Dr. Mustafa LAMAN’a, deneysel çalışmalarım sırasında bana

verdiği destek ve katkıdan dolayı değerli hocam Arş. Gör. Ahmet DEMİR’e ve tüm

bölüm hocalarıma teşekkürlerimi arz ederim.

Ayrıca, her zaman yanımda olan ve benden desteklerini esirgemeyen aileme

de teşekkür ederim.

IV

İÇİNDEKİLER Sayfa

ÖZ I

ABSTRACT II

TEŞEKKÜR III

İÇİNDEKİLER IV

ÇİZELGELER DİZİNİ VII

ŞEKİLLER DİZİNİ IX

SİMGELER VE KISALTMALAR XI

1 GİRİŞ 1

2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 4

2.1 Mekanik Stabilizasyon 13

2.2 Tesviye 13

2.3 Zemin Değiştirme 14

2.4 Suyun Uzaklaştırılması 15

2.5 Kompaksiyon (Sıkıştırma) 15

2.5.1 Arazi Sıkışma Kontrolü 17

2.5.2 Kompaksiyon Makineleri 19

2.5.3 Kompaksiyonda Dikkat Edilecek Hususlar 20

2.5.4 Saha Güçlendirmesi 22

2.5.5 Özel Kompaksiyon Teknikleri 23

2.5.5.1 Dinamik Kompaksiyon 23

2.5.5.2 Vibroflatasyon 26

2.5.5.3 Vibrokompaksiyon 28

2.5.5.4 Patlatmayla Sıkıştırma 31

2.6 Enjeksiyon 33

2.7 Termal 35

2.8 Yer Altı Suyu Kontrolü (Drenaj) 35

2.9 Geosentetikler ve Donatılı Zemin 38

2.10 Ankrajlar 40

2.11 Diyafram Duvarlar 40

V

2.12 Katkı Maddeleri Uygulaması 41

2.12.1 Stabilizör Seçimi 42

2.12.2 Kireçle Stabilizasyon 45

2.12.3 Çimento İle Stabilizasyon 54

2.12.4 Bitümlü Stabilizasyon 65

2.12.5 Kireç- Baca Külü Stabilizasyonu 71

2.12.6 Cüruf Katkısı 71

2.12.7 Uçucu Kül Katkısı 74

2.12.8 Eski Kamyon Lastiği Katkısı 78

2.12.9 Uçucu Kül ve Çimento Katkısı 78

2.12.10 Kireç ve Çimento Katkısı 79

2.12.11 Değirmen Artığı Malzeme Katkısı 80

2.12.12 Reçine İle Stabilizasyon 81

2.12.13 Cüruf, Bentonit, Kireç Katkısı 81

2.12.14 Cüruf, Uçucu Kül ve Portland Çimentosu Katkısı 83

2.12.15 Çimento, Uçucu Kül ve EER 84

2.12.16 Bentonit, Kireç ve Çimento 85

2.12.17 Asfalt, Kireç ve Çimento 85

2.12.18 Bentonit, Kil, Uçucu Kül ve Silis Dumanı 86

2.12.19 Atık Çamur Katkısı 87

2.12.20 Granüler Kauçuk Katkısı 87

2.12.21 Uçucu Pirinç Kabuğu ve Kireç 88

2.12.22 Uçucu Pirinç Kabuğu ve Çimento 88

2.12.23 Sodyum Silikat 88

2.12.24 Kloritler 89

2.12.25 Fosforik Asit 89

2.12.26 Diğer Kimyasal Katkılar 90

2.13 Kontrol 90

3 MATERYAL VE METOD 91

3.1 Zemin Özellikleri 91

VI

3.2 Yüksek Fırın Cürufu Özellikleri 92

3.3 Çimento Özellikleri 92

3.4 Standart Proktor Deneyi 93

3.4.1 Deneyin Teorisi 93

3.4.2 Kullanılan Aletler 95

3.4.3 Deneyin Yapılışı 95

3.5 Numunelerin Hazırlanması ve Bakımı 97

3.6 Serbest Basınç Deneyi 98

3.6.1 Deneyin Teorisi 98

3.6.2 Kullanılan Aletler 101

3.6.3 Deneyin Yapılışı 102

4 BULGULAR VE TARTIŞMA 103

4.1 Birinci Grup Deneyler 104

4.2 İkinci Grup Deneyler 109

4.3 Üçüncü Grup Deneyler 115

5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER 123

KAYNAKLAR 125

ÖZGEÇMİŞ 130

EKLER 131

VII

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 2.1 Sabilizasyon Metodları 9

Çizelge 2.2 Zemin Cinsine Göre Stabilizasyon Metodu 9

Çizelge 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Teknikleri 12

Çizelge 2.4 Çeşitli Zemin Tipleri İçin n Katsayısı 24

Çizelge 2.5 Stabilizör Seçimi İçin Rehber 43

Çizelge 2.6 Kireç ve Çimento Stabilizasyonunda Durabilite Kriterleri 46

Çizelge 2.7 Zemin Cinslerine Göre Yaklaşık Kireç Miktarı 47

Çizelge 2.8 Zemin Tipleri İçin Tahmini Çimento Miktarı 58

Çizelge 2.9 Değişik Zemin Sınıflarına Göre Çimento İhtiyacı 58

Çizelge 2.10 Çimento Stabilizasyonunun Sıkıştırılmış Zemine Etkisi 63

Çizelge 2.11 Bitümle Stabilize Edilecek Zeminlerde Tavsiye Edilen

Gradasyon Limitleri 66

Çizelge 2.12 Bitümle Stabilizasyonda Kullanılacak Asfalt Tipi 67

Çizelge 3.1 Kum Zeminin Elek Analizi Sonuçları 92

Çizelge 3.2 Yüksek Fırın Cürufu ve Çimento Kimyasal Kompozisyonu (%) 92

Çizelge 4.1 Şekil 4.4’e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 106


Çizelge 4.3 Birinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri 108

Çizelge 4.4 Birinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 108

Çizelge 4.5 Şekil 4.6’ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 110

Çizelge 4.6 Şekil 4.10’a Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 113

Çizelge 4.7 İkinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri 114

Çizelge 4.8 İkinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 114


Çizelge 4.10 Şekil 4.12’ye Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 116




Çizelge 4.14 Şekil 4.16’ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları 119

VIII

Çizelge 4.15 Üçüncü Grup Deneyler İçin Su Muhtevası Değerleri 121

Çizelge 4.16 Üçüncü Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri 122

IX

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 2.1 Zemin Islah Yöntemlerinin Sınıflandırılması 5

Şekil 2.2 İyileştirme Yöntemlerinin Dane Boyutuna Göre Uygulanabilirliği 8

Şekil 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Metodları İçin Gradasyon ve Plastik

Özelliklerine Göre Zemin Sınıflandırması 10

Şekil 2.4 Zeminlerin Yerinde Yoğunluğunu Ölçmek İçin Kullanılan Yöntemler 18

Şekil 2.5 Proktor İğnesi ve Kalibrasyon Eğrisi 19

Şekil 2.6 Test Sahası 20

Şekil 2.7 Dolgularda Serim ve Sıkıştırma 21

Şekil 2.8 Dinamik Kompaksiyon 23

Şekil 2.9 Dinamik Kompaksiyon İçin Zemin Sınıfları 25

Şekil 2.10 Vibroflatasyon ile Gevşek Granüler Zeminlerin Kompaksiyonu 26

Şekil 2.11 Gradasyonun Vibroflatasyon Üzerindeki Etkisi 27

Şekil 2.12 Vibro-Kanat Yöntemi ile Vibrokompaksiyon 29

Şekil 2.13 Vibrokompaksiyon Tekniğinde Kullanılan Aparatlar 30

Şekil 2.14 Vibrokompaksiyon İçin Zemin Gradasyon Limitleri 30

Şekil 2.15 Zemin Gradasyon Üçgeni 44

Şekil 2.16 Kireç İçeriğinin Çeşitli Zeminlerdeki Etkisi 48

Şekil 2.17 Aynı Kireç İçeriğindeki Farklı Zemin Cinslerinin Zamana Bağlı

Mukavemet Artışı 49

Şekil 2.18 Kireç Miktarının PI Değerini Azaltma Etkisi 51

Şekil 2.19 Kireç Katkısının Kil Dayanımını Arttırması 53

Şekil 2.20 Çimento Stabilizasyon Mukavemeti İle Çimento İçeriği İlişkisi 59

Şekil 2.21 Çimento Katkı Yüzdesinin Hesaplanması 61

Şekil 2.22 Serbest Basınç Deneyinden Sonra Numunelerin Görünüşü 64

Şekil 2.23 Bitüm Yüzdesinin Tahmini 69

Şekil 3.1 Kompaksion Eğrisi 94

Şekil 3.2 Numunelerin Hazırlanma Aşamaları 98

Şekil 3.3 Serbest Basınç Deneyinde Kırılma ve Gerilme Deformasyon 99

Şekil 3.4 Drenajsız Kayma Mukavemeti Zarfı ve Mohr Dairesi 100

X

Şekil 3.5 Serbest Basınç Deneyinin Yapılışı ve Kırılmış Numuneler 102

Şekil 4.1 Çalışmada Kullanılan Kum Zeminin Proktor Deneyi

Sonucunda Elde Edilen Grafik 103

Şekil 4.2 %4 Çimento Katkısında Gerilme Deformasyon İlişkisi 104

Şekil 4.3 Çimento Miktarı Artışının 7 Günlük Numunelerde Mukavemet

Üzerindeki Etkisi 105

Şekil 4.4 Aynı Gün İçerisinde Yapılan Aynı Yüzdede Çimento İçeren Numune

Üzerinde Yapılan Deneyler 106

Şekil 4.5 Aynı Yüzdede Hazırlanan Numunelerin Zamanla Gerilme Artışı 107

Şekil 4.6 Birinci ve İkinci Grup Deneylerin Karşılaştırılması (Kür Faktörü) 109

Şekil 4.7 7 Gün Sonunda Aynı Miktar Çimento ve Çimentolu Cüruf İlavesinin

Karşılaştırılması 110

Şekil 4.8 Sadece %7 Çimento İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri 111

Şekil 4.9 %3,5Çimento %3,5 Cüruf İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri 111

Şekil 4.10 %7 Katkı Malzemesi İle Elde Edilen Grafik 113

Şekil 4.11 Farklı Oranlarda Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri 115

Şekil 4.12 Cüruflu Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri 116

Şekil 4.13 İlk 7 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme

Değerleri 117

Şekil 4.14 Toplam 56 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme

Değerleri 117

Şekil 4.15 Sadece Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı 118

Şekil 4.16 Cüruflu Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı 119

Şekil 4.17 Deneyin Tutarlılığı İçin %5 Çimento Katkısı İçin Hazırlanan Grafik 120

XI

SİMGELER VE KISALTMALAR

A : Zemin için değişmez katsayı

A0 : Başlangıçtaki en kesit alanı

Ad : En kesit alanı

a : 2mm elek üzerinde kalan

b : Zemin için değişmez katsayı

b/c : Bitüm içeriği, kuru zemin ağırlığının yüzdesi olarak

C : Çimento içeriği

c : Kohezyon

cu : Kırılma anındaki kohezyon

c/c : Çimento içeriği, ağırlıkça yüzde

CPT : Koni penetrasyon deneyi

D : Islah derinliği

Dr : Sıkılık

d : Çap

∆H : Boy değişimi

E : Elastisite modülü

ε : Deformasyon

e : Boşluk oranı

φ : Kayma mukavemeti açısı

γk : Kuru birim hacim ağırlık

γn : Doğal birim hacim ağırlık

γs : Dane birim hacim ağırlık

h : Derinlik

H : Tokmak düşüş yüksekliği

hc : Kompaksiyon derinliği

H0 : Başlangıçtaki yükseklik

Hf : Kırılma anındaki boy

k : Ampirik katsayı

LL : Likit limit

XII

N : Her bir noktaya düşürülen tokmak sayısı

n : Ampirik katsayı

OH : Ortadan yükseğe plastisiteli organik killer

P : Basınç

p : Porozite

PI : Plastisite indeksi

PT : Turba

qu : Kayma direnci

R : Etki yarıçapı

SN : Uygunluk şartı

SPT : Standart penetrasyon deneyi

0tσ : t0 gündeki serbest basınç dayanımı

28σ : 28 günlük serbest basınç mukavemeti

tσ : t gündeki serbest basınç dayanımı

t : Zaman

28τ : 28 günlük kayma mukavemeti

τf : Kayma mukavemeti

UE : Uygulama enerjisi

V : Hacim

υ : Poison oranı

w : Su Muhtevası

wopt : Optimum su muhtevası

W : Tokmak ağırlığı

1 GİRİŞ Gülsen TUMLUER

1

1 GİRİŞ

Zeminlerin gerek üzerlerine inşa olunan yapıların temelleri altında taşıyıcı

tabaka olarak, gerekse birçok durumlarda inşaat malzemesi olarak, bütün inşaat

projelerinde karşımıza çıktığı bilinmektedir. Değişik zeminler birbirinden farklı

özelliklere sahiptir ve zeminin mühendislik özellikleri de zeminin cinsi yanında arazi

koşullarına bağlı olarak (sıkılık derecesi, su muhtevası, konsolidasyon basıncı,

yükleme ve drenaj koşulları gibi) geniş bir aralık içinde değişebilmektedir. Buna

bağlı olarak, inşaat sahasında karşılaşılan zeminler her zaman istenilen özelliklere

sahip olmayabilirler. İnşaat yerinin değiştirilmesi veya istenilen özelliklere sahip

olmayan zeminlerin atılarak yerine elverişli zeminlerin kullanılması ise, teknolojik

ve ekonomik nedenlerle çoğu kere uygun çözümler olarak kabul edilmemektedir. Bu

gibi durumlarda, arazideki zemin tabakalarının özelliklerinin iyileştirilmeye

çalışılması ve/veya usulüne uygun olarak yerleştirilmiş ve sıkıştırılmış toprak

dolgular inşası yoluna başvurulmaktadır.

Zeminler üzerlerine inşa edilen yapıların ve yol kaplamalarının stabilitesi

üzerine oturduğu zeminin ve/veya dolguda kullanılan zeminin özelliklerinden önemli

ölçüde etkilenir. Zira zeminler kaplamaların temeli olduğundan dolayı kaplamanın ve

trafik yüklerinin yarattığı gerilmelere emniyetle karşı koyabilmelidir. Çevre ve iklim

koşullarından ötürü zemin özelliklerinin (örneğin kabarma-büzülme, don kabarması,

oturma, su içeriğinde değişiklikler, vb.) değişmesi, taşıma gücünde azalmalar, ilave

gerilmeler, vb. hususların oluşmaması veya oluşursa da kaplamada olumsuz etkiler

yaratmaması gerekir.

Yol kaplamalarının performansı, ömrü ve bakım masrafları, vb. hususlar

kaplamanın tasarımı, kullanılan malzemeler, yapım tekniği gibi hususlara bağlı

olduğu kadar, zeminin stabilitesiyle de doğrudan ilgilidir. İnşa edilen yapılar ve yol

kaplamaları için uygun olmayan zeminler ıslah edilerek yeterince stabil bir hale

dönüştürülmelidir. Zeminin bir takım olumsuz özelliklerinin uygun bir stabilizasyon

tekniği ile iyileştirilmesi mümkündür. Zemin ıslahı yöntemlerinin başlıca amaçları;


2

• Zayıf bir zeminin taşıma kapasitesini arttırmak,

• Toplam oturmayı azaltmak ve deformasyonu azaltmak

• Konsolidasyonu hızlandırmak,

• Geçirimliliği azaltmak,

• Dolgu ve yarmaların stabilitesini arttırmak,

• Zemini iksa duvarı gibi çalıştırmak,

• İksa duvarlarını desteklemek ve yapıların yukarı kalkmasını önlemek,

• Zeminin sıvılaşma potansiyelini azaltmak,

• Yoğunluk artışını sağlamak,

• Kayma mukavemetini arttırmak,

• Yeraltı suyunun drene edilmesini kolaylaştırmak ve boşluk suyu basıncını

azaltmak,

• Şişme/kabarma ve don kabarmasının etkilerini azaltmaktır.

Zemin, toprak ve kaya olmak üzere iki farklı malzemedir. Genel olarak kaya

zeminler, hafriyat güçlükleri ve kompaksiyon hariç, problem doğurmaz iken toprak

zeminlerin potansiyel problemleri nedeniyle ıslah edilmeleri gerekebilir veya

gerekebileceği hep göz önünde tutulmalıdır.

Bir yolda taşıtların konforlu ve emniyetli olarak hareket etmelerini sağlayan

kaplamalar, (veya yol üst yapısı) ne kadar iyi tasarlanırsa ve inşa edilirse edilsin,

üzerine oturduğu dolgu ve yarma zeminlerin uygun olmaması halinde kaplamadan

beklenen hizmetin gerek ömür, gerekse performans olarak yeterli olamayacağı

geçmiş tecrübelerden bilinmektedir. Bu nedenle, zemini gerektiğinde uygun bir

şekilde ıslah etmek gerekmektedir. Bunun için de zemin mekaniği prensiplerinden

yararlanılarak, yapılarda kullanılacak zeminin potansiyel problemlerini ve ıslah

tekniklerini iyi bilmek gereklidir.

Zeminlerin kullanımı, iki ana grup altında toplanabilir. Bunlardan birincisi

zeminin üst yapıdan gelen yükleri taşıyan bir temel olarak kullanılması, ikincisi ise,

zeminin ahşap, çelik ya da beton gibi bir yapı malzemesi olarak kullanılmasıdır.

Ancak, bazen zeminlerin kullanım amacına uygun özelliklerde olmadığı, örneğin

taşıma gücünün yetersiz olması, oturma koşulunu sağlamaması, yeterli geçirimliliğe


3

ya da geçirimsizliğe sahip olmaması gibi problemlerle karşılaşılabilmektedir. Böyle

durumlarla karşılaşıldığı zaman, problemin çözümünde kullanılabilecek, bazı

seçenekler bulunmaktadır. Bu seçenekler aşağıda sıralanmaktadır.

1. Kötü zemini bir yöntemle geçerek temelleri sağlam tabakaya oturtmak,

2. Yapı temellerini zayıf zeminin taşıyabileceği özelliklerde yapmak,

3. Kötü malzemeyi tamamen kaldırarak yerine üstün nitelikli zemin doldurmak

ya da zemini ıslah ettikten sonra tekrar yerleştirmek,

4. Zeminin özelliklerini yerinde yapılan işlemlerle iyileştirmek.

Stabilizasyon gerçek anlamda yirminci yüzyılın bir mühendislik olayıdır.

Özellikle son yıllarda yeni yöntemler önerilmiş ve uygulanmıştır. Bunun nedenlerini

sağlam zemin bölgelerinin giderek azalması ve yetersiz temel ortamının kullanılma

zorunluluğu; yapıların giderek artan boyutlarının getirdiği büyük gerilme limitleri

olarak sıralamak mümkündür. Öte yandan, bir ülkede stabilizasyon teknolojisinin

gelişmesi de endüstrinin gelişimine paralel olmaktadır.

Bu çalışmada; çeşitli zemin ıslah yöntemleri araştırılmış ve katkı malzemeleri

ile stabilizasyon üzerine deneysel çalışmalar yapılmıştır. Yapılan deneysel

çalışmalar, kum zeminlerin çimento ve cüruf kullanılarak ıslah edilmesi üzerinedir.

2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Gülsen TUMLUER

4

2 ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

Bu bölümde daha önce kullanılan zemin ıslah yöntemleri ve bu yöntemlerle

ilgili teorik ve deneysel çalışmalar anlatılmıştır.

Olumsuz zemin koşullarının iyileştirilmesinde mekanik, hidrolik, fiziksel ve

kimyasal iyileştirme ile başlıca dört tür iyileştirme yapılabilir. Bu yöntemlerin

uygulanması ile kayma dayanımını artırmak ve önemli yükler altında zemin

davranışını iyileştirmek, oturmayı azaltmak, zeminden su sızıntısı kayıplarını

azaltmak imkânı oluşur (Yıldırım, 2002).

Mekanik iyileştirme kısa süreli mekanik kuvvetlerin etkisi ile zemin

yoğunluğunun artırılmasını amaçlamaktadır. Örneğin yüzeydeki zemin tabakalarının

statik, titreşimli veya darbeli silindir ya da titreşimli tabakalarla sıkıştırılması,

zeminlerin derinde titreşimle sıkıştırılması mekanik iyileştirme yöntemlerini

oluşturmaktadır. Patlatma ile sıkıştırma, sıkıştırma kazıkları ile zeminin sıkıştırılması

bu grup içerisinde sayılabilir.

Hidrolik iyileştirme drenler veya kuyular yardımı ile boşluk suyu basıncının

düşürülerek kayma dayanımını arttırmayı hedefleyen iyileştirme yöntemleridir. Kaba

daneli zeminlerde kuyu veya hendeklerden pompalama ile yeraltı su seviyesinin

indirilmesi, ince daneli zeminlerde düşey drenlerin yardımı ile de ön yükleme

yapılması, elektriksel yüklerle boşluk suyunun uzaklaştırılması türünden

iyileştirmeler bu grup altında toplanabilir. Geosentetiklerin geleneksel tekniklere

katkısı bu alanda büyük olmuştur. Diyafram duvarlar, palplanş duvarlar ve

geomembranlar, keson ve tünelde basınçlı hava kullanarak zemin suyunun

uzaklaştırılması teknikleri bu grup içerisinde sayılabilir.

Fiziksel ve kimyasal iyileştirme yüzeysel zemin tabakalarında katkıların

fiziksel olarak karışımı, katkıların derinlerde kolonlar teşkil edecek şekilde

karıştırmak yolu ile yapılabilir. Doğal zeminler, endüstriyel atık ürünleri veya atıklar,

birbiriyle veya zeminle reaksiyona giren çimento ve kimyasal katkı maddesini

oluşturur. Katkı zemin boşluklarına veya yapı elemanı ile zemin arasındaki boşluğa

basınçla verilirse bu uygulama enjeksiyon adını almaktadır. Isıtma ve dondurma yolu


5

ile yapılan iyileştirmeler (ısısal yöntemler) ile son yıllarda yurdumuzda geniş

uygulama alanı bulan jet grout kolonu uygulaması bu grup içerisinde sayılabilir.

Ekleme ve sınırlama ile iyileştirmede fiberler, şeritler, donatılar ve hasırların

zemine yerleştirilmesi ile zemin kütlesi dayanımı arttırılmaktadır. Benzer şekilde

zemin çivileri ve ankraj yerleştirilecek zeminin donatılandırılması ekleme ile yapılan

iyileştirme anlamındadır. Beton, çelik veya diğer üretilmiş elemanlarla zemini

sınırlandırarak duraylı zemin yapıları elde etmek olanağı vardır. Yaşayan (kafes)

duvarlar, gabion elemanlar, geotekstili bohçalama duvarları, taşkolon ve geokolon

teşkili bu grup içerisinde sayılabilir.

Zemin iyileştirme yöntemi seçiminde istenilen iyileştirmenin nedeni ve hangi

dereceye kadar yapılmak istenmesinin yanı sıra jeolojik yapı, zemin türü, sızıntı

koşulları, maliyet, malzeme ve uygulama araçlarının elde edilebilirliği, süre, çevre

yapılarında olası hasar, yer altı suyu kaynaklarında olası kirlilik, iyileştirmede

kullanılan malzeme dayanıklılığı, paslanma etkisi, iyileştirme yönteminin

güvenirliği, iyileştirmenin denetimi gibi etkenler önemli rol oynamaktadır. Söz

konusu iyileştirme yöntemleri aşağıdaki gibi sınıflandırabilir.

Şekil 2.1 Zemin Islah Yöntemlerinin Sınıflandırılması (Yıldırım, 2002)

Fiber

Bohçalama Duvarı

Mekanik

İyileştirme Yöntemleri

Hidrolik Fiziksel ve Kimyasal Ekleme ve Sınırlama

Patlatma

Titreşimli Sıkıştırma

Pompalama

Ön Yükleme

Geosentetik

Diyafram Duvar

Palplanş Duvar

Geomembran

Basınçlı Hava

Darbeli Silindir

Titreşimli Tabla

Derinde Titreşim

Statik Sıkıştırma

Sıkıştırma Kazıkları

Çimento vb. Katkı M.

Enjeksiyon

Isıtma-Dondurma

Jet Grout

Şerit

Donatı

Hasır

Zemin Çivisi

Ankraj

Kafes Duvar

Gabion Eleman

Taşkolon

Geokolon


6

Zemin ıslak olmak koşulu ile iyileştirme yöntemlerinden yalnızca dondurma

yöntemi, tüm zemin cinsleri için uygun olup diğer tüm yöntemler zeminin

kohezyonlu olup olmadığına, suya doygun olup olmadığına, normal ya da aşırı

konsolide olduğuna, zeminin özel bir yapısı (örneğin organik veya atık) bulunup

bulunmadığına göre bir yöntem uygun olabilirken diğeri uygun olmayabilir.

Özellikle uğraşılan sorunun türünün (temel taşıma gücü, yanal dayanımı, dayanma

yapısı teşkili, yumuşak ve gevşek zemin üzeri dolgu, sızıntı vs.) bir yöntemin

uygunluğunda çok önemli bir etken olduğu bilinmektedir (Yıldırım, 2002).

Yani, her stabilizasyon yöntemi özel koşullarda geçerlidir. Bu koşullar şöyle

özetlenebilir (Önalp, 1983).

1. Ortamın türü: kil, organik, tortul vb.

2. Islah edilecek bölgenin alanı ve hacmi: ortamın geometrik özellikleri ve yapı

türüne bağlı

3. Yapının türü ve yüklerin dağılımı

4. Zeminin özellikleri: kayma direnci, sıkışabilirlik, geçirimlik.

5. İzin verilebilir toplam ve farklı oturmalar

6. Malzeme durumu: taş, kum, su, katkı maddeleri

7. Teknisyen, vasıflı işçi, özel aletlerin varlığı

8. Çevre koşulları: atıkların kullanımı, erozyon, su kirlenme kısıtlamaları

9. Yerel deneyim ve birikimi

10. Ekonomik veriler (Mitchell, 1976).

Stabilizasyon teknikleri ile zeminin hacimsel stabilitesi, mukavemeti,

permeabilitesi (geçirgenlik), sıkışabilirliği, dayanıklılığı (durabilite) iyileştirilebilir.

Zeminin su içeriğindeki değişimleri şişme ve büzülme gibi hacimsel

değişiklere neden oluyorsa hacim değiştirmenin miktarına bağlı olarak az veya çok

problem var demektir. Bu problemin giderilmesi için yapılan stabilizasyon

yöntemleri genellikle alternatif bir uygulamadır. Drenaj, ilave yük, seçme malzeme

ile geçirimli tabaka inşası, vb. tedbirler ile hacimsel değişim önlenmeye

çalışılmalıdır. Ama bu tekniklerin her biri birer zemin stabilizasyon yöntemi olarak

sayılabilir. Örneğin kimyasal katkılar ile şişme potansiyeli yüksek bir killi zemini


7

daha yoğun ve suya duyarlığı daha az hale dönüştürmek veya zemini yüzeyden belli

bir yükseklikte kazıp attıktan sonra yerine dren kabiliyeti yüksek bir seçme

malzemesi ile doldurup yaratılan ilave yük ile şişme basınçlarını azaltmak da birer

stabilizasyon tekniğidir.

Zeminin mukavemeti genel olarak kompaksiyon ile arttırılır. Ancak

önyükleme (sürşarj), drenaj, diğer bir zeminle karıştırmak, kimyasal stabilizasyon

(çimento, kireç, uçucu kül, bitüm veya kimyasal katkılar) yöntemleri ile zemin

mukavemetinin iyileştirilmesi de mümkündür. Zemin mukavemeti ile ilgili sorunlara

genellikle yüksek oranda organik madde içeren zeminlerde karşılaşılmaktadır.

Zeminin permeabilite özelliğinin değiştirilmesinde en etkin metot

kompaksiyon olmakla beraber kireç, jips, uçucu kül, puzolan, vb. maddelerin katkısı

ile zemin danelerini birbirine sıkıca bağlayarak çimentolaşması sağlanabilir. Böylece

az veya çok permeabilite özelliklerinde iyileşme sağlanabilir. Bitüm ise granüler

zemin danelerinde bağlayıcılık görevi yapmakla beraber geçirimsizliği de

sağlamaktadır. Ancak bu amaçla kullanılacak stabilizörler zeminin cinsine bağlı

olarak seçilmelidir.

Zeminin diğer özelliklerinde olduğu gibi kompaksiyon, sıkışabilirlik

özelliğinin iyileştirilmesinde kullanılan etkin bir metottur. Kompaksiyon ile zeminin

sıkışabilirliğinde önemli azalmalar yaratılır. Ancak sıkışabilirlik özelliğinin

iyileştirilmesinde kompaksiyon tek başına yeterli değildir. Örneğin aşırı konsolide

olabilen zeminlerde konsolidasyon teknikleri uygulanmalıdır.

Zeminlerin durabilite özelliği yukarıdaki özelliklerden herhangi birinin

olumsuz yönde değişimine karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır. Çünkü zeminin

belli bir yüksekliğinde (genellikle 30-50 cm’lik kısım) durabilite problemlerine

maruzdur. Bu nedenle stabilizasyon işlemleri genellikle bu katmanda yapılır (Tunç,

2002).

Zeminlerin problem yaratan özellikleri tam olarak belirlendikten sonra hangi

tip stabilizasyon metodunun uygulanmasına karar verilir. Bunun için eskiden beri

başarıyla uygulanmış olan klasik zemin stabilizasyon metotları ile son yıllarda

gelişmekte olan yeni zemin stabilizasyon metotları göz önünde tutularak karar

verilmelidir. Diyagramda (Şek 2.2) iyileştirme yöntemlerinin bazılarının dane


8

boyutuna göre hangi türlerde daha başarılı olabileceği gösterilmiştir. Görüldüğü gibi

ayrımda hakim kriter zeminin inceliğidir. Çakıl ve kumlar için geçerli bir tekniğin

çoğu ince daneli zeminlerde verimsiz kaldığı görülmektedir. Bunun en önemli nedeni

yüzeysel kuvvetlerin hakim olduğu killerde geçirimliliğin de düşüklüğü sonucu

suyun farklı durumu olarak gösterilebilir (Tunç, 2001-2002; Önalp,1983).

Şekil 2.2 İyileştirme Yöntemlerinin Dane Boyutuna Göre Uygulanabilirliği

(Yıldırım, 2002; Önalp, 1983)

Çizelge 2.1’de görüldüğü gibi, değişik amaçlar için zemin cinsine bağlı

olarak değişik stabilizasyon metodları uygulanmaktadır. Zeminin olumsuz özellikleri

belirlendikten sonra uygun stabilizasyon metoduna karar verilir. Zemin

stabilizasyonları ile zeminin olumsuz özellikleri ıslah edildiği gibi kaplama

kalınlıklarında önemli azalmalar söz konusudur. Esasen esnek kaplamalarda

kullanılan çimento stabilizasyonu temeller veya bitümlü temeller granüler temel

malzemesinin çimento veya bitümle stabilizasyonundan başka bir şey değildir.


9

Çizelge 2.1 Sabilizasyon Metodları (Tunç, 2001-2002)

AMAÇ ZEMİN CİNSİ STABİLİZASYON METODU

İnce granüler Asfalt, çimento, mekanik karıştırma, kompaksiyon

Kaba granüler Asfalt, çimento, mekanik karıştırma, kompaksiyon

Düşük PI killer Kompaksiyon, çimento, kireç

Yük taşıma ve deformasyon direncini arttırmak

Yüksek PI killer Kireç İnce granüler Çimento, asfalt, uçucu kül Don duyarlılığını azaltmak Düşük PI killer Çimento, kireç

Su geçirimsizliği Düşük PI killer Çimento, asfalt, kireç Düşük PI killer Çimento, kompaksiyon,

kireç Kabarma-büzülme kontrolu (hacim stabilitesi)

Yüksek PI killer Kireç Yüksek PI killer Kireç Esnekliği azaltmak Elastik kil veya siltler

Çimento

Çizelge 2.2 Zemin Cinsine Göre Stabilizasyon Metodu (Tunç, 2001-2002)

Zemin bileşiği Tavsiye edilen stabilizasyon

Amaç

Organik madde Mekanik stabilizasyon Diğer metodlar etkisizdir. Kum Mekanik stabilizasyon

Çimento Asfalt

∗ İnce ve plastik olmayan malzeme karıştırılarak stabiliteyi arttırmak

∗ Mukavemeti arttırmak ∗ Kohezyon sağlamak

Silt Mekanik veya kimyasal stabilizasyon

Zemin özelliklerini iyileştirmek

Killer; ∗ Alofenler ∗ Kaolin ∗ İllit ∗ Montmorillenit

Kireç veya kireç-uçucu kül karışımı Kum ile mekanik stab. Çimento Kireç Çimento Kireç Kireç

∗ Mukavemeti arttırmak ∗ Stabiliteyi arttırmak ∗ Kısa süreli mukavemeti artırmak ∗ İşlenebilirlik ve uzun süreli

mukavemeti arttırmak ∗ Kısa süreli mukavemet artışı ∗ İşlenebilirlik ve uzun süreli

mukavemeti arttırmak ∗ İşlenebilirlik ve kısa süreli

mukavemeti arttırmak


10

Stabilize edilecek zeminlerin gradasyonları ile plastiklik özellikleri de

stabilizasyon metodunun seçiminde büyük rol oynar. Şekil 2.3’te zeminin dane

dağılımına göre stabilizasyon yönünden kaba sınıflandırılması görülmektedir.

Şekil 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Metodları İçin Gradasyon ve Plastik Özelliklerine Göre Zemin Sınıflandırması (Tunç, 2002)

Burada;

Alan I: Yüksek plastisiteli ağır killi zeminler. Sönmemiş (CaO) veya sönmüş

(Ca(OH)2) kireçle stabilizasyon.

Alan II: Orta derecede killi zeminler. Eğer LL<40 ve PI<15 ise çimento, PI<10 ise

bitümlü ve Alan I sınırına yakın ise sönmüş kireç ile stabilizasyon.

Alan III: İyi derecelenmiş kumlu kil zeminler. Çimento veya bitümle kolaylıkla

stabilize edilebilir.

Alan IV: İyi derecelenmiş kum-kil karışımı zeminler. Eğer PI=4∼12 ise hafif trafikli

yol yüzeyleri için kompaksiyon ile ve PI=0∼6 ise alt temel için kompaksiyon ile

stabilizasyon.

Alan V: Granüler zeminler. Eğer PI=4∼9 ise ağır trafikli yol yüzeyleri için ve PI=0∼6

ise alt temel için kompaksiyon ile stabilizasyon.


11

Alan VI: Granüler zeminler. Eğer minimum boyut No.4 ile No.40 arasında ise yüzey

açık yani boşluklu olacağından trafik yükleri altında danelerin kopması söz

konusudur.

Alan VII: Kaba karışımlı granüler zemin olduğundan dolayı sıkıştırma ve yüzey

düzelmesi çok zordur.

Zeminlerin ıslahında farklı amaçlar için farklı stabilizasyon teknikleri

kullanılmaktadır. Çizelge 2.3’te zemin ıslah metotlarının farklı amaçlar için

kullanımı özetlenmiştir. Dolayısıyla zemin cinsi, mevcut ekipman, deneyim, zemin

ıslah seviyesi, vb. hususlar göz önünde tutularak stabilizasyon yöntemi seçilmelidir.


12

Çizelge 2.3 Uygulanabilir Stabilizasyon Teknikleri (Tunç, 2002)

Amaç Stabilizasyon Tekniği Taşıma gücü Vibrokompaksiyon Taş kolon Dinamik kompaksiyon Patlatma Kireç/çimento kolonlar Enjeksiyon

Kum/çakıl kompaksiyon kazığı

Drenaj

Kireç/çimento/bitüm stabilizasyonu

Ani oturma Vibrokompaksiyon Dinamik kompaksiyon Patlatma Enjeksiyon Kireç/çimento kolon Kum/çakıl kolon Taş kolon Konsolidasyon Önyükleme Kum dren Enjeksiyon Taş kolon Kireç/çimento kolon Konsolidasyon Kum dren oturmasının Önyükleme

hızlandırılmasıKum/çakıl kompaksiyon kazığı

Şev stabilitesi Payanda dolgusu Drenaj Enjeksiyon Zemin çivisi Taş kolon Kum/çakıl kolon


13

2.1 Mekanik Stabilizasyon

Mekanik stabilizasyon iki veya daha fazla farklı zeminin uygun oranlarda

karıştırılarak istenilen şartları sağlayan bir zemin haline dönüştürülmesidir. Böylece

yük altında kalıcı deformasyon yapmayan yani stabil bir zemin elde edilmiş olunur

(Tunç, 2002).

2.2 Tesviye

Konut inşaatı genellikle bakir arazide başladığından, inşaat işinde ilk adım

genellikle sahanın tesviyesinin yapılmasıdır. Tesviye kazma, doldurma veya bunların

birleşiminden oluşan herhangi bir işlem olarak tanımlanır.

Saha tesviyesinin önemli bir bölümü çoğu zaman dolgunun kompaksiyonunu

kapsar. Kompaksiyon, mekanik yöntemler ile bir dolgunun sıkıştırılması olarak

tanımlanmaktadır. Zemini sıkı bir duruma getiren bu fiziksel işlem zeminin kayma

direncini arttırırken, sıkışabilirliğini ve permeabilitesini azaltabilir.

Deprem etkilerini azaltmada tesviye esnasında yapılan aktivitelerin bazı

örnekleri aşağıda verilmiştir:

• Şev stabilizasyonu: Buna örnekler; şev eğiminin azaltılması veya bir

dolgu destek veya kesme kaması inşa ederek şevin emniyet faktörünü

arttırmaktır.

• Sıvılaşmaya yatkın zeminler: Sıvılaşmaya yatkın zeminlerin sığ ve yer

altı su tablası da geçici olarak düşürülebilirse, tesviye işleri esnasında

bu zeminler kaldırılarak yerine başka zemin konabilir. Diğer seçenek

de, potansiyel olarak sıvılaşabilir zemini kaldırmak, yığmak ve gerekli

ise kurumasını sağlamak daha sonra da yapısal dolgu olarak zemini

yeniden sıkıştırmaktır.

• Deprem kökenli oturma: Yüzey yarığı ve kum kaynamaları gibi

sıvılaşma kökenli yer hasarı için potansiyeli azaltmak amacıyla düz

yüzeyli sahalarda kullanılan bir yaklaşım, sahaya bir dolgu tabakası

ilave etmektir. Bu işlem, sahanın tesviyesi sırasında yapılabilir. Bu


14

yöntemin, yanal yayılma nedeniyle yapısal hasarı ve yüzey çatlağını

önlenemeyeceği için, eğimli yerlerde nispeten az fayda sağlayacağı

unutulmamalıdır.

• Hacimsel oturma ve sallanma oturması: Gevşek zeminler ve plastik

akmaya veya deformasyon yumuşamasına duyarlı zemin tipleri

tesviye işleri esnasında kaldırılabilir ve yerine başka zemin

kullanılabilir. Diğer tercih; zemini kaldırmak, yığmak ve kurumasını

sağlamak ve sonra da yapısal dolgu olarak zemini yeniden

sıkıştırmaktır. Tesviye esnasında zemini kaldırmak ve tekrar

sıkıştırmak yerine diğer bir yaklaşım olarak, yumuşak killer ve

organik zeminler için çoğunlukla etkin bir iyileştirme yöntemi olan ön

yüklemeyi kullanmaktır. Bu işlem, zeminlerin sıkışabilirliğini azaltan

ve kayma direncini arttıran konsolidasyona yol açmak amacıyla,

tesviye işleri esnasında zeminleri geçici olarak ilave yük ile

yüklemeden ibarettir.

• Deprem nedenli taşıma gücü: Oturmadaki tercihlere benzer şekilde,

tesviye işleri esnasında zayıf taşıyıcı zeminler sıyrılabilir ve

değiştirilebilir veya ilave yük ile yüklenebilir.

• Drenaj ve kurutma sistemleri: Drenaj sistemleri tesviye işlemleri

esnasında döşenebilir (Kayabalı, 2004).

2.3 Zemin Değiştirme

Temel olarak iki tip zemin değiştirme yöntemi vardır. Birinci yöntem olarak

sıkıştırma ve değiştirme daha yaygın kullanılmakta olup, tesviye işleri esnasında

sıkışabilir zemin tabakasının sıyrılmasından ve yapısal dolgu ile değiştirilmesinden

ibarettir. Arzu edilmeyen veya zayıf materyalin kazılması ve daha iyi zemin ile

değiştirilmesi yoluyla herhangi bir zeminde, maliyetin belirleyici olduğu yerde sınırlı

derinlik ve alan 10m’nin altında olduğu durumlarda uygulanır. İkinci yöntem ise,

yerdeğiştirme yöntemi olup sadece sıkışabilir zemin tabakasının altında olduğu

durumda veya yeraltı su tablası ekonomik olarak düşürülebilir olduğu zaman


15

kullanışlıdır. Çok yumuşak zeminlerde çamur dalgalarından ve dolgu altında

kaplanmış sıkışabilir zeminden dolayı problem söz konusu olduğunda, zayıf

zeminleri kaymaya zorlayacak ve daha kuvvetli dolgu ile yerdeğiştirecek şekilde

aşırı yüklenmesi ile yapılır (Kayabalı, 2004).

2.4 Suyun Uzaklaştırılması

Sınırlı drenajı olan sıkışabilir normal konsolide killer üzerine baraj, yol

dolgusu ve yüksek yapı inşaatı büyük konsolidasyon oturmalarına neden olacaksa,

yapım sonrası oturmaların önemli bir kısmı ön yükleme ile gerçekleştirilebilir

(Yıldırım, 2002).

Sahada altta sıkışabilir kohezyonlu bir zemin tabakası bulunması durumunda,

bu saha zemin yüzeyine yerleştirilen bir dolgu tabakası ile yüklenebilir. Drenaj

yolunu kısaltmak ve konsolidasyon işlemini hızlandırmak için, sıkışabilir zemin

tabakası içine düşey drenler (fitil drenler veya kum drenler gibi) yerleştirilebilir.

Sıkışabilir kohezyonlu zemin tabakası yeterli konsolidasyona sahip olduğu zaman,

dolgu ilave yük tabakası kaldırılır ve bina inşa edilir.

Yumuşak, ince daneli zeminler ve hidrolik dolgularda suyun drenajını

sağlamak amacıyla hendek kazma yöntemi uygulanır.

Normal konsolide ince daneli zeminler, organik zeminler ve dolgularda zemin

konsolidasyonuna imkan verecek şekilde inşaat öncesi yük uygulaması amacıyla

önceden sıkıştırma yöntemi uygulanır. Aynı zamanda bu tip zeminlerde

konsolidasyonu hızlandırmak için drenaj yolunu kısaltmak amacıyla düşey drenlerle

birlikte önceden sıkıştırma da uygulanabilmektedir.

Normal konsolide siltler ve siltli killerde elektrik akımının suyun katoda

akmasını sağlayacağı elektro-osmos yöntemi kullanılmaktadır (Kayabalı, 2004).

2.5 Kompaksiyon (Sıkıştırma)

Kompaksiyon ve konsolidasyon arasındaki farkın açık olarak anlaşılması

gerekir. Konsolidasyon, devamlı basınç altında kohezyonlu zeminin boşluklarındaki


16

suyun azar azar dışarı atılması ve hacimde bir azalma meydana gelmesidir. Oysa;

kompaksiyon, yalnız havanın dışarı atılması ile zemin danelerinin birbirine

yaklaşmasıdır (Kumbasar, 1962).

Kompaksiyon; zeminlerin dayanım, permeabilite (geçirimlilik) ve oturmaya

karşı iyileştirilmesi veya erozyon olayına karşı sağlamlaştırılması için tabakalar

halinde sıkıştırılması olarak tanımlanabilir (Aytekin, 2004). Kompaksiyon; zemin

tabaka serilerek, silindirleme, vibrasyon (titreşim) uygulama, tokmaklama gibi

işlemlerle yapılmaktadır. Bu işlemlerle, zemin taneleri daha az boşluklu yerleşerek,

zeminin boşluk oranı azaltılır. Yol, hava alanı, toprak baraj, toprak dolgu

inşaatlarında, zemin belli bir kalınlıkta serilerek, belli bir su muhtevasında, uygun bir

sıkıştırma aracı ile sıkıştırılır (Uzuner, 2000). Sıkışmanın kalitesi, rölatif

kompaksiyon ile kontrol edilir.

Kompaksiyonla genel olarak şu yararlar sağlanır:

1. Zeminin taşıma gücü arttırılır.

2. Zeminin geçirimliliği azaltılır, zemine daha kararlı bir yapı kazandırılır.

Böylece zeminin su alarak, hacim değişikliklerine uğraması azaltılır.

3. Zemin sabit, hareketli, dinamik yükler altında yapacağı oturmalar azaltılır

(Uzuner, 2000).

Kompaksiyonu iyi yapılmış zeminlerde şu özellikler aranır:

1. Kendi ağırlığı ve uygulanan dış yükler altında yeterli dayanıma sahip

olmalıdır.

2. Uygulanan yük altında meydana gelen oturmalar izin verilebilir sınırlar içinde

olmalıdır.

3. Şişme ve büzülme gibi hacim değişimi yapmamalıdır.

4. Dayanım ve sıkışabilirlik özelliklerini kullanım ömrü boyunca

koruyabilmelidir.

5. Kullanım amacına uygun olan geçirimlilik ve drenaj özelliklerine sahip

olmalıdır (Aytekin, 2004).


17

2.5.1 Arazi Sıkışma Kontrolü

Toprak dolgu yapılacak proje şartnamelerinde, dolguda kullanılacak zemin

cinsi ve elde olunması istenilen minimum sıkılık derecesi belirtilmelidir. Bazı

durumlarda sıkıştırma su muhtevası da şartnamede belirtilebilir (belli aralıklar

içinde). Arazide kompaksiyon işlemi sırasında şartname kayıtlarına uyulup

uyulmadığı yerinde yapılacak ölçümlerle kontrol edilmelidir. Gerek şartnamelerin

hazırlanmasında, gerekse arazi kontrolü sırasında, sıkıştırma işleminin esas amacının

zeminin belli mühendislik özelliklerini iyileştirmek olduğunu akıldan çıkarmamak

gerekir. Kompaksiyonun zeminin mühendislik özellikleri göz önüne alınarak,

istenilen özelliklerde yeterli iyileştirmenin sağlanıp sağlanmadığına dikkat

edilmelidir. Bilinçsizce hazırlanan şartnameler ve uygulanan kompaksiyon işlemleri

büyük maliyetlere rağmen istenilen amacı gerçekleştirmekten uzak kalabilmektedir.

Kompaksiyon şartnamelerinde iki genel yaklaşımdan birini benimsemek

mümkündür:

• Yöntem belirten şartnameler

• Sonucun kontrolünü isteyen şartnameler

Sıkışma kontrolünde değişik yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan bir kısmı

kum konisi yöntemi, balon yöntemi, yağ (su) yöntemi ekipmanları Şekil 2.4’te

gösterilmektedir (Özaydın, 2000).


18

Şekil 2.4 Zeminlerin Yerinde Yoğunluğunu Ölçmek İçin Kullanılan Yöntemler (Özaydın, 2000)

Kum konisi yönteminde sıkıştırılan zemin üzerine ortası delik plaka konur ve

deliğin altındaki zemin kazılır. Kazılan zemin bir naylon torbaya konur ve rutubet

kaybını önlemek üzere ağzı kapatılır. Kazılan çukurun üzerine kum konisi konur ve

vanası açılarak çukurun içine standart kumun dolması sağlanır. Sıkıştırılan zeminde

açılan çukurun içine konan standart kumun ağırlığı tartılır ve yoğunluğu daha

önceden belirlendiği için açılan çukurun hacmi hesaplanabilir. Çukurdan alınan

zeminin kuru ağırlığı ve standart kum ile hacmi belirlenen zeminin kuru yoğunluğu

hesaplanabilir. Böylece arazide sıkıştırılan zeminin kuru yoğunluğu daha önceden

aynı zemin üzerinde belirlenen maksimum kuru yoğunluğu ile mukayese edilerek

sıkışma derecesi yüzde cinsinden tayin edilir (Tunç, 2002). Balon ve yağ (su)

yönteminde de aynı temel esastır. Sadece çukurun hacmini ölçmek için kullanılan

aletler değişiktir.


19

Arazideki kompaksiyon, Proktor iğnesi ile de kontrol edilebilir. Bu aletin

ucuna değişik uç alanlı uçlar takılabilir ve zemine batırmak için uygulanan yük, bir

yay vasıtasıyla ölçülür (Şekil 2.5).

Şekil 2.5 Proktor İğnesi ve Kalibrasyon Eğrisi

Laboratuarda yapılan proktor (kompaksiyon) deneyleri sırasında, iğne, kalıpta

sıkıştırılmış zemine belli miktarda sokularak, batma direnci ölçülür. Böylece, su

muhtevası-batma direnci ilişkisi çizilir (Şekil 2.5, kalibrasyon eğrisi). Bu kalibrasyon

ilişkisi kullanılarak, arazide ölçülen batma direncinden, arazideki su muhtevası

kolayca belirlenir (Uzuner, 2000).

Nükleer aletler yardımı ile zeminin yoğunluğu ve su muhtevası (bir oyuk

açmadan) yerinde doğrudan çok çabuk bir şekilde yapıldığından dolayı gün geçtikçe

inşaatlarda yaygınlaşmaktadır.

2.5.2 Kompaksiyon Makineleri

Düz ayaklı silindirler, lastik tekerlekli silindirler, keçi ayaklı silindirler,

titreşimli silindirler, vibratörler, darbeli sıkıştırma araçları, demir bandajlı silindirler,

pnömatik silindirler (Özaydın, 2000; Evren, 1987).

Zeminlerin kompaksiyonunda hangi tip silindirin kullanılacağı;

• Zemin cinsi ve yol ekseni boyunca değişimi,


20

• Sıkıştırma derecesi,

• İşin büyüklüğü ve eldeki silindir tipleri kapasitesi gibi şartlara

bağlıdır.

2.5.3 Kompaksiyonda Dikkat Edilecek Hususlar

Sıkıştırılan tabaka kalınlığı arttıkça homojen bir sıkışma elde etmek güçleştiği

gibi sıkışma miktarı da azalır. Bu nedenle zemin cinsi, silindir tipi ve kapasitesine

bağlı olarak kaynaklarda (Tunç, 2002) verilen pratik maksimum sıkışmış tabaka

kalınlıkları bir rehber olarak göz önüne alınmalıdır.

Eldeki mevcut silindirlerin zemin cinsine göre nasıl değerlendirileceği, tabaka

kalınlıkları, vb. hususlar bir deneme kesiminde test edildikten sonra belirlenmelidir.

Bunun için aşağıdaki Şekil 2.6’da görüldüğü gibi bir test sahası hazırlanmalıdır.

Şekil 2.6 Test Sahası (Tunç, 2001)

Bu test sahası 3 şeritli olmalı ve 4, 6, 8 veya daha fazla pas sayısında değişik

malzeme kalınlıkları için sıkışma testleri yapıldıktan sonra sıkışma- pas sayısı eğrisi

çizilmelidir. Test sonucuna göre sıkıştırılacak tabaka kalınlığı ve buna karşılık gelen

serim kalınlığı, silindir hızı ve vibrasyon etki değerleri (frekans ve genlik)

belirlenmelidir. Sıkışma testleri orta şerit de yapılmalı ancak yan şeritler içinde

mukayese edilmelidir. Eğer elde edilen sıkışma yeterli değilse pas sayısını arttırmak,

silindir hızını düşürmek veya tabaka kalınlığını azaltmak için, yeni bir deneme

kesiminde, tekrar test yaparak nihai karar verilmelidir.

Malzeme ocağındaki su içeriği çok yüksek ise uygun bir drenaj tekniği ile

malzeme kurutulmalıdır. Eğer su içeriği çok düşük ise greyder veya dozerler ile

Film tabaka kalınlığı Sabit tabaka kalınlığı


21

hendekler açılmalı ve hendekler su ile doldurulmalıdır. Daha sonra malzeme uygun

kıvama geldiğinde yerinde greyder veya dozerle homojen olarak karıştırılmalı ve

dolgu sahasına sevk edilmelidir.

Malzeme iri boyutlu taşlar ihtiva ediyorsa ayıklandıktan sonra dolguda

kullanılmalıdır. Maksimum dane boyutu sıkışmış tabaka kalınlığının 2/3’ünden daha

fazla olmamalıdır.

İyi bir sıkıştırma sabit bir kalınlıkta serim yapıldığı takdirde sağlanır.

Malzemenin serimi skreyper ile yapılıyorsa serim kalınlığı homojen olacak şekilde

ayarlanmalıdır. Dolgu malzemesi kamyonlar ile taşınıyorsa malzeme dolgu yerinde

uygun aralık ve miktarlarda boşaltılmalı ve dozerler ile sabit kalınlıkta serilip düzgün

yüzeyler elde edilecek şekilde tabakalar teşkil edilmelidir.

Şekil 2.7 Dolgularda Serim ve Sıkıştırma (Tunç, 2001)

Dolgularda yapılacak kompaksiyon için Şekil 2.7’de görüldüğü gibi dolgu

sahasının en düşük kotundan başlayarak yatay tabakalar halinde serim ve sıkıştırma

yapılmalıdır. Arazinin tabi eğimine paralel eğimli tabakalar kesinlikle

yapılmamalıdır. Aksi takdirde yeterli ve homojen bir sıkışma elde edilememektedir.

Sıkışma kontrolü ile gerekli sıkışma sağlanmamışsa sıkışmamış tabaka ya

kaldırılıp atılmalı ya da gevşetilip tekrar sıkıştırılmalı ve sıkıştırma kontrolü tekrar

yapılmalıdır.


22

2.5.4 Saha Güçlendirmesi

Sahadaki zemin güçlendirmede değişik yöntemler kullanılmaktadır.

• Dinamik kompaksiyon yöntemleri: Örnek olarak ağır tokmaklama yöntemi,

zemini titreştirmek ve yüzeye yakın granüle zeminlerin yoğunluğunu

arttırmak amacıyla, büyük bir ağırlığı zemin yüzeyine defalarca kaldırıp ve

düşüren bir vinçten oluşur. Bu yöntem ile zemin yoğunluğu 18m derinliğe

kadar arttırılabilse de, genellikle yaklaşık olarak 6 ile 9m derinliklerde

etkilidir. Bu yöntem ayrıca çarpma çukurlarının doldurulmasını ve zemin

yüzeyinin tekrar düzleştirilmesini gerektirir.

• Kompaksiyon kazıkları: Önceden dökülmüş beton kazıklar veya bir ucu

kapalı boş çelik kazıklar gibi büyük yer değiştirme kazıklarını zemine

çakmak suretiyle zeminin yoğunluğu arttırılabilir. Zemin, hem zeminin

gerçek yer değiştirmesi hem de çakma işlemi esnasında oluşan yer titreşimi

ile sıkıştırılır. Kazıklar tipik olarak yerinde bırakılır. Bu işlem, bu yöntemi

diğerlerinden daha pahalı kılmaktadır. Ayrıca, kazıklar arasındaki zeminin

makul düzeyde sıkışmasını sağlamak için, kazıklar nispeten yakın açıklıklı

olmalıdır.

• Patlatma: Derinlerdeki zeminin sıkıştırılması patlatma ile başarılabilir. Bu

yöntemin birbirine bitişik yapılarda hasar riski yüksektir. Böyle bir yöntemin

kullanımı hakkında yerel kısıtlamalar olabilir.

• Titreşimli sondalar ile kompaksiyon: Gevşek kum çökellerin yoğunluğunu

arttırmada kullanılan bu yöntemin, sıvılaşabilir zeminler derinde olduğu

zaman, sıvılaşma tehlikesini azaltmada en güvenilir ve en kapsamlı

yöntemlerden biri olduğu düşünülmektedir (Seed,1991; Kayabalı, 2004).

• Düşey çakıl drenler: Vibroflotasyon veya diğer yöntemler, sıkıştırılmış çakıl

veya kırma taş ile doldurulan silindirik düşey bir delik yapmak için kullanılır.

Bu çakıl ve kırma taş kolonların permeabiltesi çok yüksek olup, çevre

zeminde deprem kökenli boşluk suyu basınçlarını hızlıca sönümleyebilirler.

Bu yöntem, kayma direnci kaybını azaltmada etkin olabilir fakat, sahadaki

genel oturmayı önlemez. Ayrıca, bu yöntem nispeten serbest drenajlı


23

zeminlerde etkin olabilir. Ancak, anlamlı boşluk suyu basıncı sönümlemesi

sağlamak için, düşey kolonlar yakın aralıklı dizilmelidir. Boşluk basıncı artış

hızının dren kapasitesini aşması durumunda, kısmi iyileştirme gerçekleşmez

(Seed,1991; Kayabalı, 2004).

2.5.5 Özel Kompaksiyon Teknikleri

Kohezyonsuz zeminlerde derin kompaksiyonu için birçok kompaksiyon

tekniği geliştirilmiştir. Bu kompaksiyon teknikleri dinamik kompaksiyon,

vibroflatasyon, vibrokompaksiyon ve patlatmadır (Das, 2002; Tunç, 2002). Bu

tekniklerin seçiminde sıkıştırma derinliği ve derecesi, zeminin cinsi, gradasyonu,

ince miktarı, yer altı su seviyesi, zeminin doygunluk derecesi, mevcut ekipman, süre

ve maliyet gibi unsurlar göz önünde tutulmalıdır. Maliyet bakımından bu teknikler

sıralanacak olursa ve en ekonomik olanından başlanırsa patlatma, vibrokompaksiyon,

dinamik kompaksiyon, vibroflatasyon, taş çakıl veya kum kazıklar olarak

sıralanmaktadır. Bunların göreceli maliyetleri her bir m3 için %100 ile %500

aralığında değişmektedir. Patlatma tekniği bile geleneksel kompaksiyon tekniğinden

birkaç kat daha fazladır ve bunun için tekniğin seçimi iyi yapılmalıdır.

2.5.5.1 Dinamik Kompaksiyon

Şekil 2.8 Dinamik Kompaksiyon (Tunç, 2002)


24

Bu teknikte sıkıştırma 5,5 ila 27,5ton ağırlığındaki bir tokmağın 12 ila 30m

yükseklikten ıslah edilecek zemin üzerine defalarca düşürülmesiyle yapılmaktadır.

Bu işlem bir veya daha fazla pasda tüm alana belirli aralıklarda düşme yükü tatbik

edilmekte ve her pasdan sonra oluşan çukurlar ya dozer ile düzeltilmekte ya da

çukurların içleri granüler malzeme ile doldurulmaktadır. Daha sonraki pasda tekrar

sıkıştırılıp işleme devam edilmektedir. Kohezyonsuz zeminlerde uygulanabildiği gibi

kohezyonlu zeminlerde de iyi sonuç verdiği ileri sürülmüştür (Menard, 1977). Ancak

kohezyonlu zeminlerde bu yöntemin etkin olabilmesi için zemin yapısını bozacak

enerji, makul zamanda artan boşluk suyu basınçları ve suyun hareketi için çatlak

kanallarının oluşması gerekli görülmektedir (Das, 2002; Uzuner, 2000; Tunç, 2002,

Önalp, 1983). Dinamik kompaksiyonda ıslah etki derinliği aşağıdaki formül ile

hesaplanır.

WHnD = (2.1)

Burada;

D : Islah derinliği (metre),

W: Tokmak ağırlığı (ton),

H: Tokmak düşüş yüksekliği (metre),

n : Ampirik katsayı

Dinamik kompaksiyonun etki derinliğini saptamak içn gerekli n katsayısı

Çizelge 2.4’den bulunabilir.

Çizelge 2.4 Çeşitli Zemin Tipleri İçin n Katsayısı (Tunç, 2002) (Uygulanan enerji 1 ila 3x106MJ/m2 arasında ise)

Zemin Cinsi Doygunluk Derecesi Tavsiye Edilen n Granüler zemin Yüksek 0,5 (Geçirgen zemin) Düşük 0,5-0,6 Yarı Geçirgen zemin Yüksek 0,35-0,40 (PI<8 olan siltli zeminler) Düşük 0,40-0,50 Geçirimsiz zemin Yüksek Tavsiye edilmez (PI>8 olan killi zemin) Düşük 0,35-0,40 ve w/c<PL


25

Leonards, Cutter ve Holtz (1980), n katsayısının 1/2 olarak alınmasını

önermişlerdir. Ayrıca İngiliz birim sistemi kullanılacaksa 0,61 olarak alınmalıdır.

Uygulama enerjisi Eşitlik 2.2. ile hesaplanabilmektedir (Tunç, 2002).

UE = N.W.H.P/(Uygulama ağırlığı)2 (2.2)

Burada;

UE : Uygulama enerjisi, (kg.m/m2 veya J/m2),

N : Her bir noktaya düşürülen tokmak sayısı,

W : Tokmak ağırlığı (kg),

H : Düşüş yüksekliği (m),

P : Pas sayısı

Genellikle 1 ila 3MJ/m2 ortalama uygulama enerjisi yeterlidir. Ayrıca

dinamik kompaksiyonda Şekil 2.9’da görülen zemin tipleri için farklı sonuçlar elde

edilmektedir.

Şekil 2.9 Dinamik Kompaksiyon İçin Zemin Sınıfları (Tunç, 2002)


26

Bölge 1’deki zeminler doygunluk derecesi az ise, permeabilitesi yüksek ise

dinamik konsolidasyon için en idealidir. Yani, dinamik konsolidasyon granüler

zeminler için daha uygundur. Bölge 3 killi zeminleri kapsadığı için dinamik

kompaksiyona uygun değildir. Çünkü permeabiliteleri 10-8 ila 10-9m/sn’den daha az

ise dinamik kompaksiyon sırasında aşırı boşuk suyu basınçlarının sönmesi mümkün

olmaz. Bölge 2 ise silt, killi silt ve kumlu siltleri kapsamaktadır. Bu bölgede çok

fazla pas sayısı ve tokmak sayısı gerekebilir. Bu sırada boşluk suyu basıncının

sönmesi sağlanmalıdır. Bazen bu süre birkaç hafta olabilmektedir.

2.5.5.2 Vibroflatasyon

Vibroflatasyon su tablası altındaki veya üstündeki gevşek kumlu veya kum

oranı çok yüksek zeminlerde kullanılan bir yöntemdir. 1930’lu yıllarda Almanya’da

geliştirilen bu teknik daha sonraları yaygınlaşmıştır. Bu yöntemde vibroflot denilen

2-4,5m uzunlukta, 0,3-0,45m çapında 3-8ton ağırlığında silindirik dev bir vibratör

kullanılır. Vibratörün eksantrik ağırlığının dönmesi ile vibrasyon etkisi yaratılmakta

ve ayrıca su jeti ile zeminde dikey kuyular açılmaktadır. Daha sonra su jeti kapatılıp

bu kuyulara granüler malzeme koyularak vibratörle aşağıdan yukarıya doğru

sıkıştırılmaktadır. Böylece zeminde düşey granüler kolonlar veya kazıklar

yapılmaktadır. Bu yöntemle hem gevşek zemin sıkıştırılmakta hem de düşey kazıklar

oluşturularak taşıma gücü arttırılmaktadır.

Şekil 2.10 Vibroflatasyon ile Gevşek Granüler Zeminlerin Kompaksiyonu (Tunç, 2002)


27

Vibroflatasyon yöntemi de zemin cinsinden etkilenmektedir. Şekil 2.11’de

değişik zemin tiplerinin vibroflatasyon üzerindeki etkisi görülmektedir.

Şekil 2.11 Gradasyonun Vibroflatasyon Üzerindeki Etkisi (Das, 2002)

Bölge 1, Vibroflatasyon için en uygun gradasyonu içerir. Vibroflatasyon

tekniği ile kumlu zeminlerde en iyi sonuçlar alınırken maksimum %20 ila %25 ince

içeren kumlu zeminlere de uygulanabilmektedir. Özellikle gevşek kumlu zeminler

üzerinde yapılan yol dolgularında, köprü-viyadük, vb. sanat yapılarının temelinde ve

sıvılaşma potansiyeli yüksek yarma şevlerinde etkin olarak kullanılmaktadır. Kil

içeriği %3’ü geçmemelidir. Çünkü permeabilite 0,01m/san’den daha az olursa

kompaksiyon etkin olmaz. Bölge 2’de vibroflatasyon için uygun olmayan silt ve kil

zeminler bulunmaktadır. Bölge 3, çakıl içermektedir ve vibratörün zemin içinde

ilerlemesi çok yavaş ve ekonomik olmayan bir değerde olacaktır.

Brown (1977), geri dolgu malzemesinin uygunluk şartını veren bir

formülasyon önermiştir.

( ) ( ) ( )210

220

250

113

ddd

SN ++= (2.3)

Çakıl Kaba Kum İyi Kum Silt ve Kil

Tane Boyutu (mm)

Bölge3 Bölge1 Bölge2

%G

eçen


28

Burada; d50, d20 ve d10 mm cinsinden %50, 20 ve 10 ağırlıkça geçen dane

boyutlarıdır. Eğer 0<SN<10 ise çok iyi, 10<SN<20 ise iyi, 20<SN<30 ise vasat,

30<SN<50 ise kötü ve SN>50 ise uygun değildir.

Nalçakan (2004), önemli bir mühendislik yapısı temellerindeki zemin

problemini taş kolon uygulaması ile çözmüştür. Taş kolonlar sayesinde zemin taşıma

kapasitesi yaklaşık 3 kat arttırılmış, oturmalar %50 oranında azaltılmış ve ayrıca

oturmaların süresini kısaltmıştır. Temel sistemini radye temel olarak seçilmesini

sağlamış ve güvenlik, zaman ekonomik açıdan büyük yararlar sağlamıştır.

2.5.5.3 Vibrokompaksiyon

Vibrokompaksiyon tekniği de granüler zeminlerin derin derin kompaksiyonu

için kullanılmaktadır. Bu amaçla zemine penetre edilebilen vibratör çekiçleri

kullanılmaktadır.

Vibrokompaksiyon tekniğinde en yaygın olarak Vibro-Kanat, Terraprope ve

Franki Y-Prope tipleri kullanılmaktadır. Vibroflatasyonda yatay fakat

vibrokompaksiyonda ise dikey vibrasyon uygulanarak granüler zeminin derin

kompaksiyonu yapılmaktadır. Ancak bu teknik vibroflatasyona nazaran 4–5 kat daha

hızlı olsa da elde edilen relatif yoğunluklar daha düşük ve yanal yönde sıkıştırılan

hacim daha azdır. Bu nedenle vibrokompaksiyonda 1 ila 2m aralıklarla kompaksiyon

yapılmaktadır.

Şekil 2.12’de Vibro-Kanat yöntemi ile granüler zeminlerin kompaksiyonu

görülmektedir. Vibro-Kanat aparatı vibratörlü darbe ile zemine istenilen derinliğe

kadar penetre edilir ve yavaş yavaş yukarı doğru çekilirken zemin de sıkıştırılır.


29

Şekil 2.12 Vibro-Kanat Yöntemi ile Vibrokompaksiyon (Tunç, 2002)

Terraprobe yönteminde Şekil 2.13.a’da görülen aparat kullanılmaktadır.

Belirli bir çaptaki (genellikle 30-40cm veya 75cm) uçları açık çelik borular

vibrasyonla zemine çakılıp kompaksiyon tamamlandıktan sonra dışarı çıkarılır.

Borunun çakılmasından sonra oluşan boşluklara basınçlı kum püskürtülerek

doldurulur. Franki Y-Probe yönteminde ise Şekil 2.13.b’de görülen aparat

kullanılmaktadır. Bu aparat vibrasyonla zemine çakılıp kompaksiyon

tamamlandıktan sonra dışarı çıkarılır.


30

Şekil 2.13 Vibrokompaksiyon Tekniğinde Kullanılan Aparatlar (Tunç, 2002)

Vibrokompaksiyon yöntemi ile zeminlerin kompaksiyonunda zeminin

maksimum dane boyutu ile gradasyonu en önemli hususlardır. Ayrıca zemin ne kadar

az ince (kil ve silt) içeriyorsa yoğunluk artışı da o kadar fazla olmaktadır. Bu nedenle

vibrokompaksiyon yöntemi granüler zeminlere uygulanmaktadır. Şekil 2.14 bu

yöntem için uygun zemin gradasyon aralığını göstermektedir.

Şekil 2.14 Vibrokompaksiyon İçin Zemin Gradasyon Limitleri (Tunç, 2002)


31

Derin kompaksiyon yapılan zeminlerde sıkışma kontrolü için herhangi bir

yöntem mevcut değildir. Bu nedenle özel kompaksiyon teknikleri ile derin

kompaksiyon yapılan zeminlerde sıkışma kontrolü için plaka yükleme CPT, SPT

testleri yapılmaktadır.

2.5.5.4 Patlatmayla Sıkıştırma

Kısıtlı patlayıcı ağırlıkları kullanarak ardışık patlamalarla zemin kitlesinin

sıkıştırılması giderek rağbet kazanan bir yöntemdir. Eskiden bataklık zeminlerde yol

dolgusu yapılmak istendiğinde daneli zemin yüzeye yığılıp patlama ile yanlara itilen

batağın yerini alması gözetilirdi. Ancak bu yöntem yaygınlaşmamıştır.

Daha sonra geliştirilen yöntemde ise; zemin içinde patlama ile oluşan yüksek

hızlı basınç dalgalarının kısıtlı bir hacimde sıvılaşma sonucu birim hacim ağırlığı

arttırmasıdır. Basınç dalgaları patlama odağından dışarı doğru hızlı

sönümlendiğinden, bir noktada büyük patlama yerine birçok noktada küçük atımlar

tercih edilmelidir.

Bu yöntemin üstün yanı diğerlerinde mümkün olmayan derinliklerde etkin

olabilmesidir. Derinliği 40 metreyi bulan noktalarda 30kg’lık yüklerle atım

yapılmakta ve başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Zemin yüzeyinde patlamayı

izleyerek kraterlerin belirmesi sıkıştırma etkisinin ani olduğu kanısını uyandırabilirse

de bazı kitlelerin sıvılaşmayı izleyerek birkaç günden birkaç haftaya varan sürelerde

dirençlerini kazanabildikleri izlenmiştir.

Patlatma tekniği ile hem OH ve PT grubu çok yumuşak zeminlerin

konsolidasyonu hem de granüler zeminlerin derin kompaksiyonu yapılabilmektedir.

Vibraflatasyon tekniğine uygun granüler zeminlerin yer altı su seviyesi altında tam

dogun olması halinde patlama tekniği ile kompaksiyonu sırasında hacimce %6 azalış

ve relatif yoğunlukta ise %35 ila %85 artış sağlanabilmektedir. Bunun için

sıkıştırılması istenilen zemin derinliğinin %50 ila %75 derinliğinde ve 3 ila 10 m

aralıklarla delikler açılıp içine 1 ila 12kg veya her bir m3 sıkıştırılacak zemin için 10

ila 30gr patlayıcı konulduktan sonra patlatılır. Patlayıcının etkisi ile zeminde

kompaksiyon sağlanır. Bu teknik ile yapılan kompaksiyonun başarısı patlatma anında


32

patlatma anında oluşan boşluk suyunun basıncına ve patlatma noktalarının

çevresindeki zeminin boyutuna bağlıdır. Ayrıca kompaksiyon derecesi RW /3 ile

belirlenir. Burada W, kg cinsinden patlayıcı miktarı ve R, m cinsinden sıkıştırılan

zemin kesimidir. Eğer RW /3 <0,9–0,15 ise boşluk suyu basıncında önemli bir artış

olmamakta ve dolayısıyla yeterli kompaksiyon olamamaktadır. Zaten belirli bir

patlayıcı miktarında sıkıştırılabilecek zemin kitlesinin küresel yarıçapı Eşitlik 2.4 ile

bulunabilmektedir.

WnR = (2.4)

Burada;

n : Gevşek veya doygun ince kum için 15 ila 25, doygun olmayan ve sıkı ince kum

için 7 ila 9,

R : Etki yarıçapı (m),

W : Patlayıcı miktarı (kg) (%60 dinamit içeren).

Görüldüğü gibi granüler zeminlerde patlatma ile kompaksiyonun başarılı

olabilmesi için zeminin tam doygun olması gerekmektedir. Eğer zeminde ne kadar

fazla hava veya gaz varsa kompaksiyon da o kadar yetersiz kalmaktadır. Patlatma

tekniğinde belli aralıkta belli derinlikte zemin içine yerleştirilen patlayıcı maddeler

çok kısa aralıklarla (1/10 ile birkaç saniye) patlatıldığında daha iyi kompaksiyon elde

edilebilmektedir. İlk patlamada zeminin toplam oturma miktarının %50’si ile %60’ı

elde edilirken daha sonraki patlatmalarda yaklaşık %20’si elde edilebilmektedir.

Bu metodun amacı patlatma ile zeminde anlık (saniyenin onda biri kadar) şok

basınçlar yaratarak zeminin sıvılaşması sonucu oturmaları sağlamaktır (Tunç, 2002).

Arazi deneylerinden elde edilen deneyimlerle kompaksiyon derinliği ve

patlatma aralığının bulunması için şu bağıntılar bulunmuştur:

hhc 5,12,1 −= (2.5)

31

kWD = (2.6)


33

Burada; hc kompaksiyon derinliği, h patlayıcının yerleştirildiği derinlik, D

patlatma aralığı, k ise sıkı kumda 10-8, orta sıkılıkta 6-5, gevşek kumda ise 5’ten

küçük değerler alan katsayıdır.

Arazi uygulamasında önce bir boru çakma, yıkama ya da titreşimle istenilen

derinliğe inilir. Sonra patlayıcı borunun dibine yerleştirilerek delik doldurulur,

sırasına göre patlatma yapıldıktan sonra boru yeniden kullanılmak üzere dışarı alınır.

TNT, dinamit, ammonit gibi patlayıcıların etkin olduğu bir başka durum su

altındaki gevşek zeminin 1-3m üzerinde yapılan atımlardır. 18m su altındaki çakıllı

kumda 2,5m yüksekte 20kg’lık TNT atımında yüzeyin 25cm çökertilebildiği

bildirilmiştir (Önalp, 1983).

Löslerde uygulanan patlatma yöntemi araziyi su ile kapladıktan sonra 5kg’lık

atımlar yapmaktır. Etkinin yerel olması için arsanın kenarlarına birkaç metre derinlik

ve 50cm eninde bir hendek kazıldığı gibi, suyun derine etkiyebilmesi için belirli

noktalarda sondaj delikleri açılmaktadır (ENPC-LCPC, 1977).

2.6 Enjeksiyon

Zemin tabakalarının yerinde özelliklerini iyileştirmek için kullanılan

yöntemlerden birisi olan enjeksiyon yöntemi zemin içine süspansiyon veya çözelti

halinde bazı maddelerin enjekte edilmesidir. Enjeksiyon sırasında zemin içerisine

püskürtülen süspansiyonlar bentonit, çimento, kireç, asfalt, gibi su içinde dağılmış

katı maddelerden oluşmaktadır. Bazı durumlarda da kimyasal çözeltiler zemine

enjekte edilmektedir. Püskürtülen malzeme zemin içerisindeki boşluklara yayılmakta

ve daha sonra sertleşerek zemin özelliklerini iyileştirmektedir (Özaydın, 2000).

Zemini güçlendirmede kullanılan değişik enjeksiyon yöntemleri vardır. Örnek

olarak, zemini stabilize etmede; eklemleri, çatlakları veya yer altı boşluklarını

doldurmada şerbet enjekte edilmektedir (Graf, 1969; Mitchell, 1970; Kayabalı,

2004). Mevcut yapıların tekrar terazilenmesinde başvurulan bir seçenek, çamur

pompalayarak kaldırma işlemidir. Bu işlem su ve zemin-çimento veya kireç çimento

şerbetinin basınç uygulamak suretiyle beton döşemeyi arzu edilir pozisyona getirmek

için, döşeme altına pompalandığı bir işlem olarak tanımlanmıştır (Brown, 1992;


34

Kayabalı, 2004). Saha iyileştirme kullanılan diğer enjeksiyon yöntemleri aşağıdaki

gibidir:

• Kompaksiyon enjeksiyonu: Yaygın olarak başvurulan bir zemin

iyileştirme tekniği; gevşek zemini hem yerdeğiştiren hem de sıkıştıran,

zemin içine çok katı kıvamlı bir enjeksiyon kütlesini basınçla yerleştirme

ile yapılan kompaksiyon enjeksiyonudur (Brown ve Warner, 1973;

Warner, 1978,1982; Kayabalı, 2004). Kompaksiyon enjeksiyonunun kötü

sıkıştırılmış dolgu, alüvyon ve sıkışabilir veya çökebilir zeminin sıkılığını

arttırmada başarılı olduğunu kanıtlanmıştır. Kompaksiyon

enjeksiyonunun üstünlüğü, daha az masraflı ve yapıyı temel

aktivitesinden daha az örseleyicidir ve yapıyı tekrar düzeltmek için

kullanılabilir. Kompaksiyon enjeksiyonunun eksikliği şudur: sonuçları

analiz etmek güçtür, çevre basıncı yokluğu nedeniyle şevlere yakın veya

yüzeye yakın zeminler için genellikle etkisizdir, ve yer altı borularını

enjeksiyon ile doldurma tehlikesi vardır (Brown ve Warner, 1973;

Kayabalı, 2004).

• Jet enjeksiyonu (kolon şeklinde): Bu yöntem, enjeksiyonla zemin

kolonları oluşturmada kullanılır. Enjeksiyonla oluşturulan kolonlar

genellikle kırılgan olup, yanal hareketlere direnci çok az veya sıfırdır; bu

nedenle de yanal zemin hareketleri ile kırılabilirler (Seed, 1991; Kayabalı,

2004). Jet Grouting yöntemi ile yapılan zemin iyileştirmesi sonucunda yer

altı kazıları, ayna göçmesine ve çevre desteklemesine karşı ek destek

gerektirmeden yeraltı suyu seviyesi altında dahi gerçekleştirilebilmektedir

(Şekercioğlu, 1993).

• Derin karıştırma: Stabilize edici malzeme ile zemini fiziksel olarak

karıştırmak için jet veya burgular kullanılır. İyileştirilmiş ve daha dirençli

zon oluşturmak için, imal edilen kolonların üst üste binmesi sağlanabilir

(Kayabalı, 2004).

Ayrıca tünel, galeri, denge bacası, şaft gibi yapılarda göçük boşluklarını ve

kaplama betonu ile temel kaya (veya beton ile çelik kaplama) arasındaki boşlukları


35

doldurmak amacı ile yapılan enjeksiyon dolgu (kontak) enjeksiyonu ismini

almaktadır.

Amacı değişik zamanlarda dökülmüş iki beton arasındaki derzi tam olarak

doldurmak olan enjeksiyon derz enjeksiyonu ismini almaktadır.

Projede öngörülen bulonların montajından hemen sonra yapılan enjeksiyon

bulon enjeksiyonu ismini almaktadır.

Tünel, galeri, denge bacası ve herhangi bir yapının oturacağı temel kayanın

sağlamlaştırılması ve çatlaklar ile boşlukların doldurulması amacı ile yapılan

enjeksiyon konsolidasyon enjeksiyonudur.

Perde kuyularının memba ve mansabında en az birer sıra halinde ve uygun

görülen derinliklerde, kazı sırasında bozulan dolgu aştı zonunun enjeksiyonu kapak

enjeksiyonudur.

Baraj gövdesinin altında ve eksende veya eksene yakın, baraj, göl suyunun

sızmasını önlemek ve başka yapılarda da suyun gelmesini önlemek veya sızma

boyunu uzatmak amacı ile yapılan enjeksiyonlara da perde enjeksiyonu

denilmektedir (Şekercioğlu, 1993).

2.7 Termal

Kayma direncini iyileştirmek ve permeabiliteyi azaltmak amacıyla yapılan

termal iyileştirme yöntemi, zemini ısıtarak veya dondurarak gerçekleştirilir. Bu tip

zemin iyileştirme yöntemleri genellikle çok pahalı olduğundan, kullanımları da

sınırlıdır (Kayabalı, 2004).

2.8 Yeraltı Suyu Kontrolü (Drenaj)

Yeraltı su tablası yeraltı suyunun üst yüzeyidir. Yeraltı suyunun yeri

genellikle açık düşey boru şeklindeki piyezometrelerden belirlenir. Asılı su tablası,

yer altı suyunun ana gövdesinden alttaki suya doygun kaya veya zemin ile ayrılan,

üst zonda oluşan su ile ilgilidir.


36

Yeraltı suyu inşaat mühendisliği problemlerinin tüm çeşitlerini etkileyebilir.

Geoteknik deprem mühendisliğindeki yenilmelerin çoğu muhtemelen diğer herhangi

bir faktörden ziyade yeraltı suyu ile ilgilidir. Aşırı doygunluk, sızma basınçları,

kaldırma kuvvetleri ve sıvılaşma nedeniyle kayma direnci kaybından dolayı, yeraltı

suyu yenilmelerine neden olabilir veya katkıda bulunabilir. Kontrolsüz doygunluk ve

sızmanın yıllık milyarlar tutarında hasara neden olduğu bilinmektedir. Yeraltı

suyunun neden olduğu geoteknik ve temel problemleri aşağıdaki gibidir (Cedergen,

1989; Kayabalı, 2004):

• Baraj, sedde ve rezervuarlarda borulanma

• Şev yenilmelerine ve heyelanlara neden olan veya katkıda bulunan sızma

basınçları

• Temel veya temel zemininde yeraltı suyunun varlığı nedeniyle yolların

bozulması ve göçmesi

• Askıdaki yeraltı suyunun neden olduğu karayolu ve diğer dolgu temel

yenilmeleri

• Aşırı boşluk suyu basıncının neden olduğu toprak dolgu ve temel yenilmeleri

• Hidrostatik su basınçlarının neden olduğu istinat duvarı yenilmeleri

• Yeraltı suyu basınçları ile kaldırılan kanal kaplamaları, rıhtım ve bodrum

veya dolusavak döşemeleri

• Yeraltı su tablası altındaki gevşek granüle zeminin varlığından dolayı,

deprem şoklarının neden olduğu zemin sıvılaşması (Kayabalı, 2004).

Drenaj yapıları, yüzeyaltı veya zemin ve yüzeysel suları kontrol altına

aldığından dolayı drenaj tekniği, yüzeyaltı drenaj ve yüzeysel drenaj (veya sadece

drenaj) olmak üzere ikiye ayrılır. Yüzeyaltı drenaj yapıları enine olarak yarmada ve

dolguda kaba daneli dren şiltesi ve dren borusu ile yatay olarak ise perfore dren

boruları kullanılarak yapılmaktayken boyuna yüzeyaltı drenaj yapıları ise, yol

gövdesinden zemin suyunun dren hendekleri ile dren edilerek stabilitesinin

arttırılması yoluyla yapılmaktadır (Tunç, 2001).

Yüzeysel drenaj ise yağışlardan ötürü yüzeyde akışa geçen suların kontrol

altına alınması olarak tanımlanmaktadır. Dren edilecek suyun debisine ve kullanım


37

yer ve amacına uygun olacak şekilde drenaj hendeği (banket hendeği, kafa hendeği,

topuk hendeği, refüj hendeği), bordür hendeği, düşüm oluğu ve menfez şeklinde

uygulanmaktadır (Tunç, 2001).

Uygun drenaj tasarımı ve drenaj tesislerinin inşası ile bu yer altı suyu

problemlerinin çoğunu azaltmak mümkündür. Örneğin, dolgu yerleştirilecek kanyon

ve kanallarda, kanyon dolguda yer altı suyunun çoğalmasını engellemek amacıyla bir

kanyon alt dren sistemi yerleştirilmelidir. Drenaj sistemini oluşturan bileşenler;

delikli boru (delikler borunun alt kısmı üzerinde), borunun etrafında boşluklu

gradasyonlu çakıldan ve geofabrikten oluşur. Geofabrik, boruyu ve çakılı

sarmalamak suretiyle sistemin zemin partikülleri tarafından tıkanmasını önlemeye

yarar.

Kıyı gibi yüksek derecede geçirgen zemin ve büyük bir su kütlesine komşu

sahalarda yer altı su seviyesini sürekli düşürmek çoğunlukla ekonomik olmayabilir.

Ancak, diğer sahalarda deprem etkilerini azaltmada yer altı suyunu kontrol etmek

mümkün olabilir.

Yeraltı su seviyesini düşürmede yaygın kullanılan bir yöntem, emme

pompalarla bir nokta kuyu sistemi düzenlemektir. Bu yöntemin amacı, bir çevre kuyu

sistemi kurarak yeraltı su seviyesini düşürmektir. Bu yöntemden çoğunlukla geçici

kazılarda yararlanılır. Ancak sürekli bir yeraltı suyu kontrol sistemi olarak da

kullanılabilir. Nokta kuyular, alt uç noktalarda deliklere sahip küçük çaplı borulardır.

Borulardan suyu çıkartmada pompa kullanılmaktadır. Bu işlem yeraltı su seviyesini

düşürür. Sahada yeraltı su seviyesinin düşürülmesi ile çok yakın yapılarda

oluşabilecek hasarı göz önünde bulundurmak önemlidir. Örneğin, yeraltı su

seviyesinin düşürülmesi, yumuşak kil tabakalarının konsolidasyonuna veya ahşap

kazığın çürümesine neden olabilir. Yeraltı suyunun kontrolünde uygulanan diğer bir

sistemde drenaj kuyularıdır.

En basit pompalama ekipmanı çukur pompalaması yöntemindedir. Temiz

çakıllar ve iri kumlarda uygulanan bu yöntem açık ve sığ kazılarda kullanılır. Bu

yöntemin uygulanmasıyla ince daneler zeminden hızla uzaklaştırılır. Formasyonlarda

duraysızlığa neden olur.


38

Çukur pompalı nokta kuyu sistemi yer altı nakil hatları kazıları da dahil

olmak üzere açık kazılarda kullanılır. Kumlu çakıllardan ince kumlara kadar olan

zeminlerde hata belirli önlemlerle siltli kumlarda da uygulanabilir. Zemine

yerleştirilmesi çabuk ve kolaydır. Emme yaklaşık 5,5m ile sınırlı olup daha büyük

derinliklerde çok aşamalı sistem gerekir.

Dalgıç pompalı derin kuyu yöntemi su taşıyan formasyonlarda veya su tablası

üzerinde derin kazılarda kullanılmaktadır. Çakıllardan siltli ince kumlarda ve su

bulunduran kayalarda uygulanabilir. Düşüm derinliğinde sınırlama yoktur. Kuyular

tüm derinlikleri boyunca birkaç katmandan su alacak şekilde tasarlanabilir. Kuyular

çalışma alanından uzağa yerleştirilebilir.

Şevler üzerinde yer altı suyunun etkilerini azaltmada kullanılabilen çok farklı

inşaat yöntemleri vardır. Şevlerin inşasında gömme drenaj sistemleri

düzenlenilebilir. Mevcut şevlerde galeriler ve hendekler, boşaltma kuyuları veya

yatay drenler gibi drenaj mekanizmaları düzenlenilebilir. Diğer yaygın şev

stabilizasyon yöntemi, şev topuğunda bir drenaj desteği inşasıdır. En basit biçimiyle,

bir drenaj desteği, bir şevin topuğunda yerleştirilen iri çakıllar veya kırma taştan

oluşabilir. Drenaj desteğinin amacı, şev topuğunu dengede tutmak için mümkün

olduğu kadar ağır ve ayrıca alttaki zeminde sızmayı engellemeyecek şekilde yüksek

geçirgenliğe sahip olmasıdır (Kayabalı, 2004).

2.9 Geosentetikler ve Donatılı Zemin

Geosentetikler plastik ve camyününden (sentetik hammaddelerden) imal

edilen malzemelerdir. Bu ürünler stabilizasyonda, zemin güçlendirmede (takviye,

taşıma gücünün arttırılması), erozyon kontrolünde, güçlendirilmiş dolgu

duvarlarında, güçlendirilmiş şevlerde veya toprak setlerde, ayırmada, açık kanallarda

şev kontrolünde, köprü ayaklarında, yol temelleri, izolasyon, eğimli arazideki hafif

yapıların güvenliği ve drenaj kontrolünde kullanılabilir. Geosentetikler geotekstil,

geogrid, geonet ve geomembranlardan oluşmaktadır (Liu, 2004; Uzuner, 2000).

Donatı, çelik ve alüminyumdan yapılmaktadır. Donatılı zemin (toprakarme);

metal şeritler, çubuklar, geotekstiller gibi malzemeler kullanılarak yapılmaktadır.


39

Betonarmede olduğu gibi, donatı ile zemin arasında sürtünme gerilmeleri

oluşturularak zemin güçlendirilir (Uzuner, 2000). Kohezyonsuz zeminlerde donatı

kavramı yer almaktadır. Salt yük taşımayan donatılara geotekstil denilmektedir

(ENPC-LCPC, 1977; Koerner ve Welsh, 1980; Önalp, 1983). Geotekstillerin en

önemli uygulaması hidrolik mühendisliğindedir (Cedergren, 1977; Önalp, 1983).

Sıfır geçirimliliği yanında zamanla aşınıp işlevini kaybetmemesi geotekstillerin

önemini arttırmaktadır.

Geotekstiller, tekstil veya dokuma kumaşlara benzemektedir. Örgülü

(geçirimli dokuma) ve örgüsüz (geçirimsiz dokuma) tipleri vardır. Örgülü tipi yüksek

mukavemetlidir ve takviye, yük dağıtma ve seperasyon yani, iki değişik zemin

tabakasının arasına yerleştirilerek bu zemin tabakalarının kendi özelliklerini

kaybetmesini önleme görevi yapmaktadır. Bunun tipik bir örneği, geotekstilin iyi

derecelenmiş bir zemin tabakası ile diğer zemin arasına yerleştirilerek zeminin

özelliklerinin değişmesinin önlenmesidir. Güçlendirmede, kötü zemin tabakasının

üzerine yerleştirilerek geotekstilin üzerine iyi zemin tabakası oluşturulabilmektedir.

Filtrasyonda da kullanılabilen, zemin parçalarının geçemeyeceği kadar açıklıklara

sahip olan geotekstiller de bulunmaktadır (Tunç, 2001; Liu, 2004).

Geogridler geosentetiklere benzer fakat daha geniş açıklıklara sahiptir. Zayıf

zeminleri güçlendirmede asfalt zeminlerde, cadde ve park alanlarında inşa

edilmektedir. Şev güçlendirmede de kullanılan geogridler güçlendirme duvarı görevi

görmektedir (Liu, 2004).

Geonetler de geotekstillere benzer fakat kesişen nervürlere sahiptir. Ulaşım

yollarında drenaj amaçlı veya toprak dolgularda ve istinat duvarlarının arkasında

güçlendirme amaçlı kullanılabilir.

Geomembranlar ise sugeçirmez ince plastik tabakalardan oluşmaktadırlar

(Liu, 2004).

Geokompozitler ise diğer tiplerin birlikte kullanılabilmesi için üretilen

malzemelerdir.

Koerner (1990), geosentetikler hususunda geniş kapsamlı bir çalışma

yapmıştır ( Liu, 2004).


40

2.10 Ankrajlar

Kazılarda, yüzey kaplamasını tutmak üzere; kaplama, aralıklarla yerleştirilen

ankraj çubuklarıyla zemine bağlanmaktadır. Bir çubuklu ankraj; 10-30 cm çapında

burgularla, gerekirse kaplama borusu kullanılarak, zeminin delinmesi, deliğin içine

çelik çubukların yerleştirilmesi ve çubuk çevresindeki boşluğun varsa kaplama

borusu çekilerek enjeksiyonla doldurulması ile oluşturulmaktadır. Enjeksiyon aktif

bölge dışındaki uzunluğa uygulanır. Ankraj çubukları, yüzey kaplamasına tesbit

edilir. Bazı durumlarda, çubuğa ön gerilme verilir. Ankraj çubukları çekme

kuvvetine uğrarken, bu; ankraj çubuğu çevresindeki sürtünmelerle karşılanır. Hesap

ilkeleri vardır. Benzer şekilde, delik açılmaksızın, zemine doğrudan çakılan ankraj

çivileri de vardır (Uzuner, 2000).

2.11 Diyafram Duvarlar

Temel çukurunun birçok durumda, yanlarını kaplamak için, palplanş perdesi,

kazıklı perde duvarı veya diğer kaplama yöntemleri yerine inşa edilirler. Diyafram

duvarlar; kazı makineları ile açılan, dar ve derin hendeklerin, kil veya betonla

doldurulması ile elde edilir.

Hendek, belli uzunlukta, kısım kısım açılırken, içleri kil (bentonit) çamuru ile

doldurulur. Kil çamuru hendek yüzlerine hidrostatik basınç uygulayarak, iç yüzleri

adeta sıvayarak hendeğin iç yüzlerini kaplamaya gerek kalmaksızın tutar. Hendek

açıldıktan sonra içine genelde öncelikle hazır donatı yerleştirildikten sonra beton

yerleştirilerek duvar tamamlanır. Daha sonra bir tarafında kazı yapılabilir. Diyafram

duvarlar bazen de geçirimsiz bir engel oluşturmak amacıyla inşa edilirler. Bu

duvarlar bazen eğik ankrajlarla zemine bağlanırlar ( Uzuner, 2000).

Cüruf katkılı çimento, boşluk suyunda yer alan aşındırma etkisine karşı büyük

bir dirence sahip olduğundan, özel durumlarda tercih edilmektedir. Alternatif olarak

çimento ağırlığının yüzdesi olarak (%10’dan başlayan oranda) uçucu kül ilavesi de

bu direnci arttırmaktadır (Tosun, 2004).


41

2.12 Katkı Maddeleri Uygulaması

Problemli bir zemin üzerine yapılan herhangi bir yapı değişik oturmalar

gösterebilir, düşük kayma gerilmelerine ve yüksek sıkışabilirliklere sahip olabilir.

Genelde, temel yapısının tipi zeminin karakteristik özelliklerine bağlı olarak değişir.

Zayıf bir zemine yüksek bir bina yapılması söz konusu olduğu zaman, zeminin

taşıma kapasitesinin arttırılması gerekir. Bu tür durumlarda, zeminin taşıma

kapasitesinin iyileştirilmesi zemin ıslahı yöntemleri ile sağlanabilir. Genel olarak,

katkı malzemeleri ile karışım tekniği kullanılarak yapılan stabilizasyon, zemine

kolay uyum sağlaması yönünden zemin durumunu iyileştirmek için büyük etkiye

sahiptir.

Katkı malzemesi olarak kireç, çimento, asfalt kullanılabildiği gibi bazı atık

maddeler de kullanılabilir. Atık asfalt (RAP), beton inşaat molozu, by-pass çimento

tozu (CBPD), bakır cüruf, petrolle kirlenmiş zemin (PCS), eski araba lastiği, uçucu

kül gibi atık maddelerin kullanılmasıyla çevre korunmasına da katkıda bulunulup

maliyet açısından da kazanç sağlanır. Bu maddelerin geri dönüşümü pratik değildir

ancak, zeminin ıslahı için kullanılabilir.

Çevre kirliliği birçok ülkenin sorunudur. Atık malzemelerin bina ve yol

yapımında uygulanması mümkündür. Literatürde atık malzemeler kullanılarak

yapılan birçok çalışma bulunmaktadır (Al-Amoudi, 1996; Al-Harty ve Taha, 2002;

Al-Rawas,2002; Garg ve Thompson, 1996; Kontsa-Gdoutos, 2002; Lin ve Zhang,

1992; Meegoda ve Muller, 1993; Maher ve Popp, 1997; Taha, 2000; Taha, 2001;

Taha, 2002). R. Taha, A. Al-Rawas, K. Al-Jabri, A. Al-Harthy, H. Hassan, S. Al-

Oraimi (2003) yaptıkları araştırmalar sonucu atık asfalt (reclaimed asphalt pavement

(RAP) aggregate), beton inşaat molozu, by-pass çimento tozu(CBPD), bakır rengi

cüruf, petrollü bozuk zemin (PCS), eski araba lastiği, uçucu kül gibi atık

malzemelerin zemin katkı malzemesi olarak kullanılıp zeminin mühendislik

özelliklerinin iyileşebileceğini görmüşlerdir.

İnsan tarih boyunca elindeki problemli malzemelere sihirli bir madde katarak

sorunlarını çözmeyi çekici bir yol olarak görmüştür. Geoteknikte bir hint yağından

fosforik asite, tuzdan melasa kadar her türlü kimyasal bileşim zeminlerin özelliklerini


42

iyileştirmek için uygulanmıştır. Kayma mukavemetini arttırmak, geçirimlilik ve suya

isteği azaltmak, hacim değişimini en aza indirmek gibi amaçlarla yapılan

çalışmaların her zaman bilimsel olduğu söylenemez. Ayrıca endüstri yan ürünleri ve

atıklarının kullanılması jeolojik ortamın kirlenmesine yol açabilmiştir.

Zamanın kazandırdığı deneyim incelenen yüzlerce maddeden sadece

birkaçının sürekli uygulama olanağı bulduğunu göstermektedir. Bunlar etkinlikleri

yanında, ucuzluk ve gereksinim duyulduğunda kolayca bulunabilme özelliğine göre

çimento, bitüm, kireç, fosforik asit, kalsiyum bileşikleri, reçine ve polimerler, son

olarak da çok değerlikli iyon içeren maddelerdir.

Katkı maddeleri zemine laboratuarda çok yararlı görünürken, arazi

uygulamasında etkin karışım güçlükleri, yağmur, sıcak gibi çevre koşulları nedeniyle

bu olumlu durumu yitirebilirler. Bu nedenle, uygulayıcı tarafından öncelik verilen bir

yöntem değildir.

Katkı maddeleri ile stabilizasyon ulaşım yapılarında öncelikle kullanılmıştır.

Bunun yanında su yapılarında da uygulama giderek artmaktadır. Bir diğer ilginç

uygulama hafif binaların temellerinin sertleştirilmesidir. Böylece yetersiz doğal

zemin kolaylıkla kullanılabilmektedir (Önalp, 1983).

2.12.1 Stabilizör Seçimi

Zeminlerin stabilizasyonunda stabilizör seçimi için, zemin cinsi,

stabilizasyonun amacı (stabilite artışı, kaplama kalınlığının azalması, vb.), zeminin

hangi özelliğinin iyileştirilmesi, maliyet ve elde edilme kolaylığı gibi hususlar daima

göz önünde tutulmalıdır.

Aşağıda zemin gradasyon üçgeni (Şekil 2.15) ve stabilizasyonda stabilizörün

seçimi için rehber tablo (Çizelge 2.5) verilmektedir. Bu ikisinin beraber kullanımı ile

stabilizör seçilir. Tabloda K-Ç-UK, kireç-çimento-uçucu kül kombinasyonunu

göstermektedir. Çizelgede ! işareti PI≤20-((50-no.200’den geçen %’si)/4) olduğunu

göstermektedir.


43

Çizelge 2.5 Stabilizör Seçimi İçin Rehber (Tunç, 2002)

Alan Zemin sınıfı

Önerilen stabilizör

Kısıt No.200denGeçen

Açıklamalar

1A SW SP

Asfalt Çimento K-Ç-UK

PI<25

1B SW SP SW-SC

Asfalt Çimento Kireç

PI<10 PI<30 PI>12

1C SM SC SM-SC

Asfalt Çimento Kireç K-Ç-UK

PI<10 ! PI>12 PI<25

Max %30

2A GW GP

Asfalt Çimento K-Ç-UK

PI<25

Sadece iyi gradasyonlu zemin No.4den geçen ağ. min %45 ……………..

2B GW GP GW-GC GP-GC

Asfalt Çimento Kireç K-Ç-UK

PI<10 PI<30 PI>12 PI<25

Max %30 ………….. ………….. …………..

Sadece iyi gradasyonlu zemin No.4den geçen ağ. min %45 ……………. ……………..

2C GM GC GM-GC

Asfalt Kireç K-Ç-UK

PI<10 ! PI>12 PI<25

………….. ………….………….

Sadece iyi gradasyonlu zemin No.4den geçen ağ. min %45 ……………….. ………………..

3 CH CL ML OL ML-CL

Çimento Kireç

LL<40, PI<20 PI>12

Organik ve kuvvetli asidik zeminler bu alana giriyorsa stabilizasyon için uygun değildir.


44

Şekil 2.15 Zemin Gradasyon Üçgeni (Tunç, 2001)

Üçgen gradasyon monogramı zeminin ufalanma karakteristiği esas alınarak

hazırlanmıştır. Bilindiği gibi killi zeminler özellikle kuru halde iken değişik boyutta

ve ufalanması güç olan katı topaklar halinde bulunur. Zira killi zeminlerde kimyasal

stabilizasyonun etkin olabilmesi için zeminin parçalanarak ufalanması gerekir.

Böylece kullanılacak stabilizör, zemin ile homojen bir karışım yapabilecektir.

Şekildeki (Şekil 2.15) monogram ile zeminin “Alan No” su tespit edilerek zeminin

ufalanma karakteristiği belirlenir. Zeminin bu karakteristiği ile PI, LL, ve gradasyon

özelliklerine bağlı olarak stabilizör seçim rehberinden (Çizelge 2.5) en uygun

stabilizör cinsi belirlenmelidir. Örneğin stabilize edilecek zeminin PI değeri 15, %67

çakıl, %26 kum ve %7 ince ihtiva ediyor ise monogramdan 2B alanı bulunur.

Tablodan bu alandaki zemin için asfalt, çimento, kireç veya kireç-çimento-uçucu kül

kullanılması gibi dört farklı stabilizör önerilmektedir. Ancak zeminin PI değeri

10’dan büyük olmasından dolayı asfalt stabilizasyonu ve No.4’den geçen kısım


45

(%26+%7=%33)<%45 olması ise, çimento stabilizasyonu için uygun değildir.

Dolayısıyla bu zemin için ya kireç ya da kireç-çimento-uçucu kül karışımının

stabilizör olarak kullanılması halinde tüm şartları sağlayabilmektedir (Tunç, 2001).

2.12.2 Kireçle Stabilizasyon

Kireç bilinen en eski stabilizasyon malzemesidir. Çin’deki uygulamaları

yanında, Romalılar tarafından da yol yapımında kullanılmıştır. Roma yakınında

Pozzuolini’de çıkarılan volkanik külün kireçle karıştırıldığında reaksiyona girerek

büyük dayanım kazandığı anlaşılmıştı.

İnce daneli zeminlere kireç karıştırılması, zeminin plastisitesinin azalmasına,

ayrıca kil mineralleri ile kireç arasında ortaya çıkan pozzolanik reaksiyon sonucu

meydana gelen bir çeşit çimentolanma nedeni ile zeminin mukavemetinin artmasına

yol açmaktadır. Söz konusu kimyasal reaksiyonlar nemlilik ve ısı gibi çevre

koşullarının etkisi altında zamana bağlı olarak geliştiği için zeminin mukavemeti de

zamanla artmaktadır.

Genel olarak, kireç stabilizasyonu zeminin mukavemetinin ve şekil

değiştirme modülünün artmasını, kabarma potansiyelinin ve şişme basınçlarının

azalmasını ve çevre koşulları etkisi altında zeminin özelliklerinin bozulmasının daha

sınırlı kalmasını yani dayanıklılığının artmasını sağlamaktadır. Ayrıca plastisitenin

azalmasına yol açtığı için arazi çalışma koşullarının iyileşmesi sonucunu

doğurmaktadır. Kireçle stabilizasyon daha yaygın olarak killi zeminlerden yapılan

dolgularda özellikle yol inşaatlarında kullanılmaktadır (Özaydın, 2000).

Kireç stabilizasyonu için hidrate kireç (sönmüş kireç, Ca(OH)2 yani

kalsiyum hidroksit) kullanılmaktadır. Sönmemiş kireç (CaO) ise yakıcı ve tehlikeli

olması nedeniyle çoğunlukla kullanılmamaktadır. Kireçle stabilize edilmiş zeminin

7-günlük minimum serbest basınç mukavemet değeri 17,5kg/cm2 olmalı ve

durabilitesi ise kireç ve çimento stabilizasyonunda durabilite kriterleri tablosuna

(Çizelge 2.6) uymalıdır. Bunun için değişik kireç oranlarında numuneler hazırlanıp

kriterlere uyan en düşük kireç içeriği deneme- yanılma ile saptanmalıdır.


46

Çizelge 2.6 Kireç ve Çimento Stabilizasyonunda Durabilite Kriterleri (Tunç, 2002)

Stabilize edilecek zemin cinsi

12 defa ıslatma-kurutma veya donma-çözülme periyodundan sonra numune ağırlığının kayıp %’si olarak, Max müsaade edilir kayıp

Granüler, PI<10 11-14

Granüler, PI>10 8-14

Silt 8-14

Killer 6-14

A-1,A-2-4,A-2-5,A-3 14

A-2-6,A-2-7,A-4,A-5 10

A-6,A-7 7

Kireç suyla karıştırıldıktan sonra elde edilen solüsyonun PH değeri yaklaşık

12,4 civarındadır. Ayrıca kireç zeminle yaptığı reaksiyon sonunda zeminin PL ve

LL değerini önemli ölçüde azaltır. Dolayısıyla kireç miktarı, PH ve plastisite

göstergeleri ile saptanabilir. Bunun için değişik kireç içeriğine sahip zemin

karışımları hazırlanıp her bir karışımın PH değeri 1 saat sonra ölçülür. Minimum

kireç içeriği kireç-zemin karışımının en büyük PH değerine sahiptir. Böylece

başlangıç kireç içeriği saptanmış olur. Ayrıca zemin cinslerine göre yaklaşık kireç

miktarı tablosu da rehber olarak kullanılabilir. Daha sonra başlangıç kireç içeriği

civarında en az üç fakat ideal olarak beş ayrı kireç içeriğinde numuneler

hazırlanmalıdır. Hazırlanacak numuneler optimum su içeriğinde şartnamede

belirtilen sıkışma kriterlerine uygun olarak serbest basınç mukavemeti ve Çizelge

2.6’de belirtilen durabilite kriter testleri uygulanır. Kriteri sağlayan minimum kireç

içeriği ile zemin stabilize edilmelidir. Zemin cinslerine göre yaklaşık kireç miktarı

tablosundaki değerler kireç miktarının tayini için yapılacak laboratuar

çalışmalarında teste başlangıç değerleri olarak alınabilir.


47

Çizelge 2.7 Zemin Cinslerine Göre Yaklaşık Kireç Miktarı (Tunç, 2002)

Zemin cinsi Kuru zeminin ağırlıkça yüzdesi olarak

İyi derecelenmiş çakıl 3

Kumlar Tavsiye edilmez

Kumlu kil 5

Siltli kil 2–4

Plastik kil 3–8

Yüksek plastisiteli kil 3–10

Organik zeminler Tavsiye edilmez

Tabloda öngörülen durabilite kriterlerinden “ıslatma-kurutma” ve “donma-

çözülme” testlerinin nasıl yapılacağı aşağıda kısaca açıklanmıştır. Özellikle donma-

çözülme testi donma- çözülme periyotlarının çok sık görüldüğü bölgeler için

uygulanması gerekir. Dona maruz olmayan zeminler için bu testin uygulanması

gerekmez. Her iki test için belirlenen miktarda stabilizör (kireç veya çimento) ile

karıştırılan zemin numuneleri optimum su içeriğinde şartnamede belirtilen

sıkıştırma kriterine göre sıkıştırılır ve 7 gün süreyle rutubet odasında kür için

bekletildikten sonra aşağıdaki testler uygulanır.

Islatma-kurutma testi şu şekilde yapılır: 7 günlük kürde bekletilen numune

oda sıcaklığındaki suya daldırılır ve 5 saat bekletildikten sonra çıkarılır. Daha sonra

42 saat süreyle 71ºC fırında kurutulduktan sonra numunenin tüm yüzeyi tel fırça ile

fırçalanarak ıslanma- kuruma esnasında gevşeyen malzemeler giderilir. Bu işlem 12

defa tekrarlandıktan sonra numune 110ºC fırında sabit ağırlığa ulaşıncaya kadar

bekletilip tartılır ve test başlangıcına göre ağırlık kaybı belirlenir.

Donma-çözülme testi şu şekilde yapılır: 7 günlük kürde bekletilen numune

-23ºC’deki donma kabininde 24 saat bekletilip çıkarılır. 21ºC’lik ısıda %100 relatif

rutubetli ortamda 23 saat bekletildikten sonra tel fırça ile gevşeyen malzemeler

giderilir. Bu işlem 12 defa tekrarlandıktan sonra 110ºC fırında sabit ağırlığa ulaşana

kadar bekletilip tartılır ve ağırlık kaybı belirlenir. Her iki test sonrası ağırlık kaybı


48

orijinal numune ağırlığının yüzdesi olarak hesaplanmalı ve kireç ve çimento

stabilizasyonunda durabilite kriterleri tablosunda belirtilen değerlerden fazla

olmamalıdır.

Plastik olmayan ve düşük PI değerli zeminler için tek başına kireç kullanmak

genellikle tatmin edici olmamaktadır. Bu durumda uçucu kül ilave edilirse, zeminin

kireçle reaksiyonu mümkün olabilmektedir. Kaba gradasyonlu ve çok az ya da hiç

ince malzeme içermeyen zeminler için kireç-çimento-uçucu kül kombinasyonu

genellikle daha iyi sonuç vermektedir. Uçucu kül çimento gibi silis ve alüminyum

içeren puzolanik bir malzeme oluşu nedeniyle kireç ve su ile karıştırıldığında

yüksek basınç mukavemetleri elde edilebilmektedir. Aynı şekilde tabii puzolanlar

bu tip davranış gösterdiğinden dolayı zeminin mukavemet artışı için uygun

stabilizörlerdir.

Genel olarak, fazla organik olan zeminler ile hiç kil ihtiva etmeyen zeminler

için kireç stabilizasyonu etkili değildir. Fakat killi çakıllı zeminlerde kireç

stabilizasyonunun etkisi oldukça büyüktür. Hatta bu tip zeminler için çimento

stabilizasyonuna nazaran daha büyük mukavemetler elde edilebilmektedir. Ayrıca

killi zeminlerde su içeriği sürekli değişiyorsa kireçle stabilize edilerek hacimsel

değişimi stabil hale getirmek mümkündür. Şekil 2.16’da değişik tip zeminler için

kireç miktarı ile serbest basınç mukavemeti arasındaki ilişki görülmektedir (Tunç,

2002).

Şekil 2.16 Kireç İçeriğinin Çeşitli Zeminlerdeki Etkisi (Tunç, 2002)


49

Kireç stabilizasyonu killi zeminlerde daha etkin olmakla beraber kumlu

killerde etkisi oldukça azdır. Ayrıca kireç içeriği %8’den fazla ise mukavemet

artışına etkisi son derece az iken %8’e kadar kireç içeriğindeki artışlarda zemin

mukavemetinin artışı daha fazla olmaktadır. Özellikle zemindeki kil miktarı arttıkça

%10’dan daha fazla kireç içeriklerinde mukavemet artışı yok denecek kadar az

olmaktadır.

Görüldüğü üzere, çimento stabilizasyonunda olduğu gibi kireçle yapılan

stabilizasyonlarda da mukavemet zamana bağlı olarak artar. Şekil 2.17’de görüldüğü

gibi, aynı kireç içeriğine sahip farklı zeminlerdeki zamana bağlı mukavemet artışı

farklıdır. Şekil 2.17’deki mukavemet – kireç içeriği tipik davranışı, Şekil 2.20’deki

mukavemet artışı davranışına benzemektedir. Yani kireç stabilizasyonunun başarılı

olması için zeminin belli bir miktarda kil ihtiva etmesi gerekmektedir. Ancak zemin

ne kadar çok organik madde ihtiva ediyorsa mukavemeti de o kadar az olacağı

unutulmamalıdır. Zaten organik zeminlerin kimyasal stabilizasyon ile ıslah

edilmeleri hemen hemen mümkün değildir.

Şekil 2.17 Aynı Kireç İçeriğindeki Farklı Zemin Cinslerinin Zamana Bağlı Mukavemet Artışı (Tunç 2002)


50

Kireç stabilizasyonu ile elde edilen faydalar ve ekonomik kazançlar genel

olarak çimento stabilizasyonuna nazaran elde edilen faydalardan daha fazladır. Bu

nedenle ulaşım yapılarında kireç stabilizasyonu daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

Zemine kireç katıldığında sodyum (Na+) ve hidrojen (H+) iyonları ile kirecin

kalsiyum (Ca+) iyonları suyla reaksiyona girerek kil tanelerini birbirine bağlamakta,

plastisitesini düşürmekte ve şişebilen zeminlerde şişme potansiyelini önemli ölçüde

azaltabilmektedir. Ayrıca zemindeki SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 bileşikleri kirecin

kalsiyumu ile reaksiyona girerek kalsiyum silikat ve kalsiyum aluminant gibi

mukavemetli ürünler elde edilir. Bu ürünler bilindiği gibi Portland çimentosunun

suyla yaptığı reaksiyondan sonra meydana gelmektedir. Sonuç olarak zemin-kireç

reaksiyonu sonunda hem çimentolaşma hem de daha düşük plastisiteli zemin elde

edildiğinden dolayı istenilen stabilizasyon da sağlanmış olmaktadır.

Kireç stabilizasyonunun en büyük özelliği zeminin PI değerini düşürmesidir.

Şekil 2.18’de bu durum açıkça görülmektedir. Örneğin bir zeminin PI=39 ve

No.40’dan geçen miktar %55 ise PI değerini %100’den başlayarak en yakın eğriye

paralel olarak ilerletip kesişen noktadan dik yukarı çıkıldığında PI=32 okunur. Yani

zemine ağırlıkça %5 kireç ilave edilirse PI değeri 39’dan 32’ye düşmektedir. Fakat

%7 kireç ilave edilecekse PI değerini %100’den başlatılırken, %7 eğrisine paralel

olarak ilerletilip %55 yatay doğrusu ile kestirilip dik çıkılırsa PI=22 bulunur. Yani

kireç içeriği arttıkça PI azalmaktadır.


51

Şekil 2.18 Kireç miktarının PI değerini azaltma etkisi (TUNÇ, 2001)

Killerde görülen monovalan katyonlar divalan kalsiyum iyonları ile yer

değiştirirler. Katyonların değişimleri için şöyle bir sıralama yapılabilir:

Al3+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+ (2.7)

Bu serideki herhangi bir katyon onun sağındaki iyonları değiştirebilir.

Örneğin kalsiyum iyonları kilde potasyum ve sodyum iyonları yerine geçebilir.

Böylece kil danecikleri daha büyük danecikler oluşturur biçimde birbirine

kenetlenir. Sonuçta likit limit azalır, plastik limit artar, plastisite indeksi azalır, şekil

değiştirme modülü artar, şişme-büzülme azalır, çekme mukavemeti artar, suya karşı

direnç artar, geçirimsizlik artar, işlenebilirlik artar ve mukavemet ve sıkışabilirlikte

iyileşme görülür.

Puzzolonik etkide ise zeminin silika ve alüminası ile kireç arasında

reaksiyon olarak bağlayıcı etki elde edilir ve etki uzun süre devam eder.

Ca(OH)2+SiO2→CSH (2.8)


52

Kireç katkının özellikle ilk %2-%3 miktarının oldukça fazla iyileştirme

etkisi vardır. Kireç ile iyileştirmenin organik killerde de başarılı olduğu, organik

maddenin puzzolonik etkiyi bloke etmeyip zeminin temel özelliklerini değiştirmede

yardımcı olduğu, işlenebilirliği arttırdığı ve %2 katkının yeterli olduğu (organik

maddenin değişim kapasitesini sağlamakta) araştırmalarla belirlenmiştir (Yıldırım,

2002).

Kil mineralleri içeren zeminlerin önemli bir bölümü %3-8 arası sönmüş kireç

eklenmesine olumlu cevap verir. Suyun varlığında hidratlı hidratlı silis içeren kil

mineralleri ve diğer incelerle sert ve suda erimez bir kalsiyum silikat jeli oluşturur.

Kireç kil mineralinin kristal kafesinden silisi sökerek reaksiyona girer. Oluşan jel kil

topaklarını çevreleyip boşlukları tıkar. Zaman geçtikçe jel tobermoit ve hillebrandit

olarak adlandırılan hidratlı silise dönüşür. Bu sırada ortamda su azalırsa süreç

önlenecektir. Oluşan reaksiyon

NAS4+CH→ NH+CAS4H→ NS+ ayrışma ürünü (2.9)

NH+C2SN←

Eşitlik 2.9 ile gösterilirse burada N: Na2O, A: Al2O3, S: SiO2, H: su C ise CaO’yu

göstermektedir. Zamana ve ortam ısısına bağlı olarak ise reaksiyon şöyle sürer:

Kil+Kireç→CSH(jel)→ CSH(II) →CSH(I) →tobermorit (2.10)

Kireç stabilizasyonunda en zararlı etken zeminde bulunabilecek organik

malzemedir. Organik madde ve sülfat iyonunun varlığı önceleri stabilizasyonun

olumsuz etkilendiğini belli etmemekte, ancak daha sonra kuruma-ıslanma olduğunda

zemin ufalanmaktadır. Zeminle karıştırıldığında kirecin ilk etkisi plastisiteyi

düşürmektir. Ortamın PH sı azaldığından yapı floklanmakta, böylece ağır killeri

işlemek kolaylaşmaktadır. Kullanılan kirecin kimyasal özelliği de önem taşır.

Dolomitik ve saf kalsiyum kirecin farklı özellikli killerde montmorillonit başta

olmak üzere değişik sonuçlar vermektedir.


53

Yapılan son araştırmalar kireçle stabilizasyonun başarısını arttıran en anlamlı

özelliğin zeminde amorf durumda bulunan silisin miktarı, ikinci özelliğin ise alumina

içeriği olduğunu göstermiştir. Şekil 2.19’da Pazar ve Çaykara killerinin artan kireç

yüzdeleri ve kür sürelerine bağlı olarak dayanım kazanması görülmektedir (Balta,

1982).

Şekil 2.19 Kireç Katkısının Kil Dayanımını Arttırması (Önalp, 1983)

Laboratuar ölçümlerinde genel kanı kayma direncinin serbest basınç deneyi

sonucu (qu) ile ifade edilebileceği merkezindedir(Mitchell, 1976). Buna göre yaklaşık

bağıntılar Poisson oranı υ=0,1olmak üzere:

Kayma direnci (kPa) s=(60+0,29qu)+σ tan (25-35) (2.11)

Elastisite modülü (σ3=100kPa) E = 70+(0,124qu) (2.12)

Brezilya çatlama direnci σt=0,13qu (2.13)

CBR 0,2-0,25qu (2.14)

İfadeleriyle özetlenmiştir.


54

Kireçle stabilize edilmiş zeminlerin en önemli özelliklerinden biri otojen

onarım mekanizmasıdır. Bu terim, yenilmiş bir bağlayıcılı malzemenin direncini

zamana bağlı olarak kazanması sürecini anlatmaktadır. Kesin olmamakla birlikte bu

onarımın, kırılma ya da akmanın kısa kür sürelerinde daha etkin olduğu ve artan

rutubet, sıcaklık gibi çevre koşullarından olumlu etkilendiği bulunmuştur.

Bir büyük projede zeminin hangi yüzdede kirece gereksinimi olduğunu

saptamak için en uygun yolun küçük bir araştırma programı uygulayarak %3-8 arası

katkı ve 7-14-28 gün bekletilme süreleri ile optimumun bulunması olduğu

bilinmektedir. Ancak çabuk yanıt istenen durumlarda her %10 kil içeriği için %1

kireç uygulaması kuralı kullanılabilir. Bulunacak yüzdenin ±2’sinde hazırlanan iki

örnekten de optimum hakkında bilgi edinilebilir. Yine hızlı kontrol için zeminin PH

değerini katılıştan 1 saat sonra 12,4’e çıkaracak kireç yüzdesi de üst limit olarak

tanımlanabilir (Grim, 1962; Önalp, 1983).

Kireç katkısı kil içeriği yüksek zeminler için en uygun malzeme olarak

belirmiştir. Ayrıca oluşan reaksiyon hızının yüksek olmaması nedeniyle yapım

sırasında sorunlar çıkarmaması bir avantajdır. Yerinde yapılacak gecikmeli

kompaksiyonun bazı sakıncaları öne sürülmüşse de bu diğer katkı maddelerine

oranla ihmal edilebilecek ölçektedir. Yeni yapılan araştırmalar kil içeriği yüksek olan

zeminlerde jipsin de kireç kadar faydalı bir katkı malzemesi olabileceğini

göstermektedir.

2.12.3 Çimento ile Stabilizasyon

Çimento, ana hammaddeleri kalker, kil ve alçıtaşı olan hidrolik bir

bağlayıcıdır. Çimentonun bu yapıştırma özelliğini yerine getirebilmesi için mutlaka

suya ihtiyaç vardır. Çimento, su ile reaksiyona girerek sertleşen bir bağlayıcıdır.

Kırılmış kalker, kil ve gerekiyorsa demir cevheri ve / veya kum katılarak öğütülüp

toz haline getirilir. Bu malzeme 1400-1500°C'de döner fırınlarda pişirilir. Meydana

gelen ürüne "klinker" denir. Daha sonra klinkere bir miktar alçı taşı eklenip (%4-5)

oranında, çok ince toz halinde öğütülerek Portland Çimentosu elde edilir. Katkılı

çimento üretiminde; klinker ve alçı taşı dışında, çimento tipine göre tek veya


55

birkaçı bir arada olmak üzere tras, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı vb.

katılır. Çimento birçok beton karışımında hacimce en küçük yeri işgal eden

bileşendir; ancak beton bileşenleri içinde en önemlisidir. Beton üretiminde

kullanılacak çimento TS EN 197-1’e uygun olmalıdır. TS EN 197-1 Standardına

göre çimento türleri ekler kısmında çizelgede sıralanmıştır. Çizelgede verilen

çimento türlerinin başlıcalarının tanımları ise şu şekilde yapılmaktadır:

• CEM I – Portland Çimentoları: Portland çimentosu klinkerinin bir miktar alçı

taşı ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcılardır.

• CEM II : Kütlece, A tipleri için en çok 20 kısım, B tipleri için 35 kısım

puzolanik madde ve portland çimento klinkerinin, bir miktar alçı taşı ile

birlikte öğütülmesiyle elde edilen hidrolik bağlayıcıdır.Buradaki "puzolanik

maddeler" deyimi, kendi başlarına hidrolik bağlayıcı olmadıkları halde, ince

olarak öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve normal sıcaklıkta kalsiyum

hidroksit ile reaksiyona girerek bağlayıcı özelikte bileşikler oluşturan

maddeleri ifade etmektedir.Yüksek fırın cürufu, demir-çelik üretiminde

yüksek fırınlarda oluşan ve uygun şekilde aktifleştirildiğinde hidrolik

özelikler gösteren ve kütlece en az 2/3 oranında camsı cüruf ihtiva eden suni

bir puzolandır. Uçucu kül ise, pulverize kömür yakılan fırınlardan atılan baca

gazından, toz partiküllerinin elektrostatik veya mekanik olarak

çöktürülmesiyle elde edilen suni bir puzolanik maddedir. Silika fume (silis

dumanı) katkısı, yüksek miktarda amorf silisyum dioksit ihtiva eden çok ince

küresel partiküllerden oluşan suni bir puzolanik maddedir.

• Portland Kompoze Çimento: Portland kompoze çimento, çeşitli oranlarda

portland çimentosu klinkeri ve katkı maddelerinin, priz düzenleyici olarak da

kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik

bağlayıcıdır.

• CEM III – Yüksek Fırın Cüruflu Çimento: Yüksek fırın cüruflu çimento, %

36 ile %95 arasında belirtilen oranlarda cürufun ve portland çimentosu

klinkerinin , priz düzenleyici olarak kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi

sonucunda elde edilen hidrolik bir bağlayıcıdır.


56

• CEM V – Kompoze Çimento: Kompoze çimento, çeşitli oranlarda portland

çimentosu klinkeri ve katkı maddelerin priz düzenleyici olarak da kalsiyum

sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. TS

EN 197 standardı çıktıktan sonra özel amaçlı üç çimento standardı dışındaki

bütün eski standartlar yürürlükten kaldırılmıştır. Bu üç standart TS 21 Beyaz

Portland Çimentosu, TS 22 Harç Çimentosu ve TS 10157 Sülfatlara

Dayanıklı Çimento standartlarıdır. Yürürlükten kaldırılan genel amaçlı

çimentoların eşdeğerleri yeni standardda kapsanmaktadır.

• Sülfatlara Dayanıklı Çimento: C3A miktarı en çok %5 olan portland

çimentosu klinkerinin bir miktar alçıtaşı ilavesi ile öğütülerek elde edilen

hidrolik bağlayıcıdır.

• Beyaz Portland Çimentosu: Bu çimento gerçekte bir portland çimentosudur,

gri renkli çimentodan yalnızca renginin beyaz olmasıyla fark eder. Bu tür

çimento esas olarak mimari amaçlarla kullanılır. En çok kullanılan çimento

tipleri Portland Kompoze Çimento, Katkılı Çimento, Cüruflu Çimento ve

Sülfata Dayanıklı Çimento'dur, bunun dışında özel amaçlar için Beyaz

Portland Çimentosu, ve diğer bazı tip çimentolar kullanılmaktadır. Normal

betonda agrega taneleri en sağlam unsur olduğundan diğer iki unsur (çimento

hamuru ve aderans) mukavemeti belirlemektedir. Çimento hamurunun

mukavemeti önemli ölçüde su/çimento oranına da bağlıdır.

Fu ve ark. (2000) da yaptıkları araştırmada klinker, cüruf, uçucu kül ve bazı

aktivatörler ile yüksek mukavemetli kompoze portland çimentosu elde etmişlerdir.

Çimento kullanımı ile zemin stabilizasyonu A.B.D.’de eyalet karayollarının

1920’deki uygulamalarına kadar gitmektedir. Endüstrisinin gelişmesi nedeniyle de

Türkiye koşullarında uygun bir yöntem haline gelmiştir. Artan trafik yükleri başta

hava meydanları olmak üzere tüm ulaşım yollarında çimento ile stabilize edilmiş

temel ve alt temel uygulamasını zorunlu hale getirmektedir.

Çimento içinde mevcut silika stabilizasyon için gerekli pozzolanik maddeyi

oluşturmaktadır. Dolayısıyla içinde pozzolanik madde içermeyen yani kil mineralleri

olmayan zeminler için de etkili olmaktadır. Beton hazırlamada olduğu gibi, çimento

zemin daneleri arasında bağlayıcı bir işlev görmektedir. Betondan en önemli farkı


57

çok düşük çimento oranları kullanılmasıdır. Zemin- çimento karışımı çok düşük

mukavemetli beton olarak düşünülebilir. Zeminin mukavemetindeki artışlar çimento

oranına bağlı olmakta ve zaman- mukavemet artışı ilişkisi betondakine

benzemektedir. Çimento stabilizasyonu uygulanan zeminlerin mukavemet ve

dayanıklılığını (nemlilik ve ısı değişimlerine direncini) deneysel olarak saptamak

gerekmektedir (Özaydın, 2000).

Beton özellikleri nedeniyle çimento-zemin ilişkilerinin bir bölümü iyi

bilinmektedir. Kilin varlığı katkı maddesinin birincil reaksiyonlar dışında da süreçler

oluşturmasını sağlamaktadır. Suyun varlığında kireçte olduğu gibi çimento-zemin

reaksiyonları CSH ürünü vermektedir. Çimentonun içinde silis bol miktarda

bulunduğu için kireçte olduğu gibi ortamın bu bileşiğe gereksinmesi

bulunmamaktadır. Diğer reaksiyonlar kirece benzer. Betonda olduğu gibi özellikle

sülfatlı tuzlar ve organik malzeme zemin-kireç karışımının dayanım kazanmasını

geciktirmekte ve önlemektedir.

Zemin mukavemeti ve durabilitesinin arttırılması amacıyla çimento

stabilizasyonu uygulanacaksa; No.200’den geçen kısım maksimum %25, serbest

basınç mukavemeti minimum 17,5kg/cm2 (7 gün ve CBR kalıbı ile) ve durabilitesi

kireç-çimento stabilizasyonunda durabilite kriteri tablosunda belirtilen şartları

sağlayan minimum çimento miktarı ile zemin stabilizasyonu yapılmalıdır. Değişik

zemin sınıfına göre çimento ihtiyacı tablosu ve zemin tipleri için tahmini çimento

miktarı tablosundan zemin tipine göre tahmini çimento miktarı seçilerek bunun

altında ve üstünde en az 3 ama ideal olarak 5 ayrı çimento içeriğinde numune

hazırlanır. Bu numuneler üzerinde serbest basınç dayanımı ve durabilite testleri

uygulanarak minimum çimento miktarına karar verilir. Hazırlanacak numuneler

optimum su içeriğinde şartnamede belirtilen sıkışma kriterlerine uygun olarak

sıkıştırılıp kür edildikten sonra test edilmelidir.


58

Çizelge 2.8 Zemin Tipleri İçin Tahmini Çimento Miktarı (Tunç, 2002)

Çizelge 2.9 Değişik Zemin Sınıflarına Göre Çimento İhtiyacı (Tunç, 2002)

AASHTO (Zemin Sınıfı)

Birleştirilmiş Zemin Sınıfı

Tipik Çimento İçeriği

(%Ağırlıkça)

Çimento İhtiyacı Sınırları

%Hacimce%AğırlıkçaA-1-a A-1-b A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7

GW,GP,GM,SW,SP,SMGM,GP,SM,SP GM,GC,SM,SC SP CL,ML ML,MH,CH CL,CH MH,CH

5 6 7 9 10 10 12 13

5-7 3-5 7-9 5-8 7-10 5-9 8-12 7-12 8-12 7-12 8-12 8-13 10-14 9-15

10-14 10-16

Zemin cinsine göre serbest basınç mukavemeti-çimento içeriği arasındaki

ilişki Şekil 2.20’de görülmektedir. Buradan da görüleceği gibi çimento

stabilizasyonu granüler zeminlerde en iyi sonucu vermektedir. Ayrıca bu tip

zeminlerde çimento stabilizasyonu ile mukavemet artışı çimento miktarı kadar zemin

sıkıştırma miktarına ve yeterli kür edilmesine bağlı olarak değişir. Çimento

stabilizasyonu için çimento ihtiyacı zemin cinsine ve ıslatma-kurutma ile donma-

çözülme direncine bağlı olarak değişir. Örneğin iyi derecelenmiş ve ince (silt ve kil)

içermeyen bir zemin için %5’den daha az, az veya normal plastik zeminler için

yaklaşık %10 ve plastik killer için %13’den daha fazla çimento içeriği gerekebilir.

Tablolarda bu değerler verilmektedir.

Zemin Cinsi (Tek veya Karışım Olarak)

Çimento İhtiyacı Ağırlıkça% (sınır)

GW,SW GP,GW-GC,GW-GM,SW-SC,SW-SM GC,GM,GP-GC,GP-GM,GM-GC, SC,SM,SP-SC,SP-SM,SM-SC,SP CL,ML,MH CH

5 (3-8) 6 (5-9)

7 (7-11)9 (8-13)11 (9-15)


59

Şekil 2.20 Çimento Stabilizasyon Mukavemeti İle Çimento İçeriği İlişkisi (Tunç, 2002)

Zemin-çimento karışımının su ihtiyacı Standart Proctor testi ile belirlenir.

Çimento stabilizasyonu için su ihtiyacı hem çimentonun reaksiyonu hem de daneleri

ıslatmak için gerekli suyun toplamına eşittir. Çimento ile stabilize edilmiş zeminlerde

betonlarda olduğu gibi rötre çatlakları oluşabilmektedir. Eğer karışım suyu ne kadar

fazla olursa rötre çatlakları da o kadar fazla olmaktadır. Her ne kadar çimento dozajı

80 ila 200kg/m3 gibi düşük olsa da yine de rötre çatlakları oluşmakta ve zeminde

kılcal fisürlerin oluşmasına neden olmaktadır. Bunu azaltmak için, karma suyu

mümkün mertebe az tutulmalı ve kür süresince zeminin rutubetli olması

sağlanmalıdır. Ayrıca çimento miktarı arttıkça rötre çatlakları attığından dolayı

minimum seviyede çimento kullanılmasına çalışılmalıdır.

Çimento ile stabilize edilen zeminlerde serbest basınç mukavemeti ile kayma

mukavemeti arasındaki ilişki Saito’ya göre aşağıdaki gibi ifade edilmektedir.

2282828 0014,037,053,0 σστ −+= (2.15)

Burada;

28τ : 28 günlük kayma mukavemeti (direk kayma testi ile belirlenen), kg/cm2

28σ : 28 günlük serbest basınç mukavemeti, kg/cm2 ( 28σ ≤60kg/cm2 ise)


60

Mitchell’e göre zemin-çimento karışımının serbest basınç dayanımı aşağıdaki

formülle ifade edilmektedir.

00 /log ttKtt += σσ (2.16)

Burada;

tσ :t gündeki serbest basınç dayanımı, kPa

0tσ : t0 gündeki serbest basınç dayanımı, kPa

K: Katsayı, granüler zeminler için 480 c/c ve ince daneli zeminler için 70 c/c

c/c: Çimento içeriği, ağırlıkça yüzde (Tunç, 2001).

Çimento birincil reaksiyonlar sonucu zemin matrisinde güçlü bağlar

oluşturur. Bu reaksiyonun etkinliğini azaltmamak için laboratuar ve arazide altı

saatten geç sıkıştırma işlemlerinden kaçınılmalıdır. Birincil reaksiyonda çimentonun

bilinen hidroliz ve hidratlanması rol oynar.

2CaSiO+6H2O→Ca3Si2O7.3H2O+3Ca(OH)2 (2.17)

Şekil 2.21’de verilen grafik bir anlamda bu sürecin hakim olduğu malzemenin

çimento gereksinimini göstermektedir.


61

Şekil 2.21 Çimento Katkı Yüzdesinin Hesaplanması (Önalp, 1983)

Çimento ile stabilizasyonda, zemine kuru birim hacim ağırlığının %5- 15’i

kadar çimento katılarak, karıştırılarak, kompaksiyon uygulanır. Saf kohezyonlu ve

organik zeminler dışındaki zeminler, bu yöntem için uygundur. Çimento, daneler

arası bağlar oluşturur. Genellikle, portland çimentosu kullanılır. Uygun çimento

miktarı, serbest basınç ve diğer dayanıklılık deneyleri ile belirlenir. Çimento

katılmış, iyice karıştırılmış zemine, kompaksiyon uygulanır. Katılan su, çimentonun

sertleşmesi için de yeterli olmalıdır. Zeminde ince kısım var ise, optimum su

muhtevasından biraz fazla olan su muhtevası ile çalışılır. Çimento katılarak

sıkıştırılan zemin, aynen beton gibi, bir süre ıslatılır. Çimento ile birlikte, çimento

miktarını azaltmak vb. için, bazen uçucu kül gibi başka katkı maddeleri de zemine

ilave edilebilir (Uzuner, 2000).

İkincil reaksiyonlar kil minerali yapısı ve ortamda mevcut amorf

malzemedeki değişikliklerle yeni bir bağlayıcı oluşmasını sağlamaktadır. O halde,

çimentonun beton oluşumundaki etkisinin zemin –çimento karışımlarında da etken

olduğunu düşünmek hatalı olacaktır. Kireçteki simgeleri kullanarak çimentoda C3S,


62

C2S, C3A veC4A (F=Fe2O3) bileşikleri bulunduğu bilindiğine göre birincil

reaksiyonu tekrar yazalım:

C3S+ H2O→ C3S2Hx+ Ca(OH)2 (2.18)

Kalsiyum hidroksit kristalleşerek hem iri daneleri hem de kil floklarını

bağladıktan sonra ayrışır:

Ca(OH)2→Ca+++ 2(OH)- (2.19)

Ca+++2(OH)-+ S→ CSH (2.20)

+ A→ CAH

Aynı zamanda;

Ca+++ NS (zemin silisi)→ CSH+ Na+ (2.21)

+NA (zemin alumini)→ CAH+ Na+

Reaksiyonlar hızlandırılmak isteniyorsa sodyum hidroksit ve sodyum

metasilikat eklenmelidir.

Zeminin özellikleri çimento yüzdesi ve kür süresine bağlı olarak

iyileşmektedir. Bunlar yanında direnime önemli katkısı olan etken kuru birim hacim

ağırlıktır. Serbest basınç direnci

qu=A ebγ (2.22)

Biçiminde logaritmik bir bağlantıyla verilmiştir. A ve b zemin için değişmez

sayılardır. Son yirmi yılın deneyimleri çimento ile stabilize edilmiş iri ve ince daneli

zeminlerde aşağıdaki tabloda özetlenen özelliklerin olasılığını saptamış

bulunmaktadır. Burada da serbest basınç direnci ana kriter olarak kullanılmaktadır. c

çimento içeriğidir. Çimento katkılı malzemelerde dayanımın serbest basınç yanında

çekme, tercihen Brezilya çatlatma deneyiyle de ifade edilmesi anlamlı olacaktır.


63

Çizelge 2.10 Çimento Stabilizasyonunun Sıkıştırılmış Zemine Etkisi (Önalp, 1983)

ÖZELLİK İRİ DANELİ İNCE DANELİ Birim hacim ağırlık(t/m3) 1,6-2,2 1,4-2,0 Serbest basınç direnci (kPa) 500-1000 C 300-600 C Kür etkisi (t günde) qu= quo+ 500 C log(t/t0) qu= quo+ 70 C log(t/t0) Kayma direnci (kN/m2) c= 50+0,225qu+ σtan450 c= 50+0,22qu+ σtan400

CBR 0,0038(qu)1,45 0,0038(qu)1,45 Elastisite Modülü (mPa) 7-35x103 0,7-7x106

Poisson oranı 0,1-0,2 0,15-0,35 Geçirimlilik k (cm/sn) <1x10-6 <1x10-6

Çizelge 2.10’da verilen değerler laboratuarda kontrollü koşullarda

hazırlanmış örnek özelliklerini yansıtmaktadır. Ancak uygulamada, özellikle stabilize

edilmiş zeminin çekme ve eğilmeye direnci oldukça farklı çıkmaktadır. Bunun

nedeni büzülme çatlakları olarak açıklanmıştır. Yol ve hava alanı pistlerinde temel

kalınlığı 20cm’den küçük olduğunda önem kazanan büzülme çatlağı sorunun statik

sıkıştırma ve yüksek çimento oranlarıyla azalmaktadır. Ayrıca büzülmeyi minimuma

indirmek için karışımım kuru yapmak ve suyu yayma-yerleştirme sırasında ekleyerek

buharlaşmayı önlemek gerekmektedir. Konu hakkında farklı bir görüş, ortamda

çatlama önlenemeyeceğine göre stabilize zeminin iri bloklara bölünmesinin olumsuz

bir sonuç olmayacağıdır (Önalp,1983).

Arazi uygulaması için başlıca üç yöntem vardır. Bunlardan yerinde karıştırma

yönteminde hazırlanan tabaka üzerine hesaplanan miktarda çimento düzgün

yayılarak, karıştırılıp sıkıştırılır. Gezici santral yönteminde gezen bir sistem ile

yüzeyden alınan zemin, çimento ve su katılarak, karıştırılıp tekrar yüzeye bırakılır,

yayılır ve sıkıştırılır. Sabit santral yönteminde ise, zemin sabit bir santrale taşınır,

burada çimento ve su katılır, karıştırılır ve tekrar yerine taşınır, yayılarak sıkıştırılır

(Uzuner, 2000).

Haeri ve ark. (2005), Tahran alüvyonlu zemini için çimento ile kumlu çakıl

zeminlerin stabilizasyonu hakkında bir çalışma yapmışlardır. Dane dağılımı, sıkılık

ve çimento muhtevası kontrol faktörleridir. Hazırlanan numuneler konsolidasyonlu

drenajsız üç eksenli basınç deneyi ile kırılmıştır. 100mm çapında ve 200mm

yüksekliğinde hazırlanan numunelerin portland çimentosu içeriği %1.5, %3, %4.5,


64

%6 ve %9 olarak hazırlanmıştır. İki farklı sıkılıkta hazırlanan numuneler

kompaksiyon testinden elde edilen optimum su muhtevasında sıkıştırılmıştır.

Numuneler 28 gün sonucunda deneye tabi tutulmuştur. Şekil 2.22’den de

anlaşılmaktadır ki, çimentosuz zemin numunesinde plastik kırılma, çimentolu

zeminde ise sert zeminlerde gözlenen diyagonel kırılma meydana gelmiştir.

Şekil 2.22 Serbest Basınç Deneyinden Sonra Numunelerin Görünüşü (Haeri ve ark., 2005)

Çimento muhtevası ve sıkılık arttıkça mukavemetin de arttığı görülmüştür.

Düşük portland çimentosu içeriğinde kireçle doğal olarak çimentolanmış zemin ile

portland çimentosu ile çimentolandırılmış zemin arasında fazla mukavemet farkı

görülmemiş fakat oran arttıkça fark da artmıştır. Çimento artıkça daha fazla dayanım

görülmüştür.

Buna benzer bir çalışma da Asghari ve ark.(2003) tarafından doğal olarak

kireçle çimentolanmış ve çimentolanmamış olmak üzere numunelerde Tahran

alüvyonlu zemininde yapılmıştır. Drenajlı ve drenajsız üç eksenli deneyler

sonucunda aynı şekilde diyagonal ve plastik kırılmalar açık şekilde görülmüştür.

Bahar ve ark.(2004), mekanik ve kimyasal olarak stabilizasyonu incelemişler

ve mekanikte dinamik kompaksiyon ve vibrokompaksiyon yöntemini, kimyasalda ise

çimento katkısını araştırmışlardır. Bunun için laboratuarda model deneyler

yapmışlardır. Kompaksiyon deneyini dinamik olarak yapabilmek için 12.5kg’lık

tokmak kullanılmış ve 820mm yükseklikten düşürmüşlerdir. %0, %4, %6, %8, %10,

%12, %15 ve %20 oranlarında kum zemine çimento eklemişlerdir. Bazı numuneler


65

su içinde bekletilmiştir ve 48 saat sonunda dinamik kompaksiyon yapılmasına ve

yüksek çimento muhtevasına rağmen düşük dayanımlar elde edilmiştir. Bu da

göstermektedir ki binaların su ile direk temasından kaçınılmalıdır. Deneyler optimum

su muhtevasında daha iyi sonuçlar vermiştir. Sonuçta mekanik stabilizasyonla,

kimyasal stabilizasyonun kombinasyonunun en uygun olduğunu savunmuşlardır.

Dinamik kompaksiyon daha uygun sonuçlar vermiştir.

2.12.4 Bitümlü Stabilizasyon

Kireç ve çimento stabilizasyonu pozzolanik reaksiyonlar sonucu zeminin

mukavemetini arttırırken, asfalt stabilizasyonu zeminin suyun zararlı etkilerinden

korunması ve daneleri birleştirici yönde bir rol oynamaktadır. Daneler yüzeyini

kaplayan asfalt ince daneli zeminlerin sudan yumuşamasını önleyici bir etki

gösterirken iri danelerden oluşan zeminlerin ise kohezyon kazanmasına yol

açmaktadır. Ayrıca, danelerin birbirine yapışmasını sağlayıcı etkisi sonucu su ve

rüzgar erozyonuna karşı direnci artırmaktadır. Asfalt stabilizasyonunun da en yaygın

olarak karayollarında kullanıldığı bilinmektedir (Özaydın, 2000).

Bitümle stabilize edilen ince daneli zeminler için suya dirençli ama yüksek

kohezyonlu ve kumlu zeminler için daneler arasında güçlü bağ kuvveti olan stabil bir

yapı elde edilir. İki veya daha fazla zemin karıştırılarak iyi bir gradasyon elde

edilebilirse nispeten daha az miktarda asfalt katkısı ile su geçirimsiz satabil zeminler

elde edilebilir. Katbek (sıvı) asfaltın zemine püskürtülmesi ile geçirimsiz ve durabil

yüzeyler elde edilebilmektedir. Eğer ince daneli zemine kireç katılırsa asfaltın

zemine penetre etmesi ve homojen bir karışım elde edilmesi de oldukça

kolaylaşmaktadır. Bitümle stabilizasyon için zeminin Çizelge 2.11’de verilen

gradasyonu sağlaması gerekir. Aksi halde zemine başka bir uygun zemin

karıştırılarak istenilen gradasyon sağlanmalıdır.


66

Çizelge 2.11 Bitümle Stabilize Edilecek Zeminlerde Tavsiye Edilen

Gradasyon Limitleri (Tunç, 2002)

Zeminler çoğunlukla %30 ila %45 boşluk oranına sahiptir. Bu boşlukların

geçirimsizliğinin ve/veya yoğunluğunun arttırılması amacıyla diğer kimyasal

katkıların kullanılması hem pratik hem de ekonomik olarak mümkün olmayabilir.

Asfalt ile yapılan stabilizasyonda zeminlerin hem geçirimsizliği hem de mukavemeti

önemli ölçüde arttırılabilmektedir. Böylece stabilize edilmiş zeminler yol kaplaması

altında iyi bir alt temel görevi görebilmektedir.

İncesi fazla olan zeminlerde geçirimsizliği sağlamak amacıyla %4 ila %7

arasında asfalt katkısı yeterlidir. Ancak, No.200’den geçen kısım %12’den nadiren

%18’den fazla olmaması ve PI<10 olması gerekir. Kumlu zeminlerde %2 ila %4

asfalt katkısı yeterlidir. Ancak kumun tek boyutlu olması halinde yeterli sonuç

alınamamaktadır. Bitüm ile stabilizasyon için en iyi sonuç derecelenmiş granüler

zeminlerde elde edilmekte ve %1 ila %3 asfalt katkısı ile geçirimsiz zeminler elde

edilebilmektedir.

Bitümle stabilizasyonda kullanılacak asfaltın tipi Çizelge 2.12’de verilmiştir.

Soğuk bölgelerde mümkünse katran değilse ısıya duyarlılığı az olan asfalt

kullanılmalıdır. Genel olarak, düşük ısıya sahip bölgelerde viskozluğu az olan asfalt

daha uygun olmaktadır.

Elek Boyu

Yüzde Geçen

1" No.4 No.200

100 50 – 100 5 – 12

Elek Boyu

Yüzde Geçen

1 1/2" 3/4" No.4 No.40 No.100 No.200

100 60 – 100 35 – 100 13 – 50 8 – 35 0 - 12

Elek Boyu

Yüzde Geçen

3" No.4 No.40 No.200

100 50 – 100 35 – 100 2–12(max30)


67

Çizelge 2.12 Bitümle Stabilizasyonda Kullanılacak Asfalt Tipi (Tunç, 2002)

Zemin Tipi Asfalt Tipi Açık Gradasyonlu Agrega İyi Gradasyonlu Agrega (çok az filler içeren) Belli miktar ince ve filler içeren zemin

RC – 250, 800, MC – 3000, MS – 2, CMS – 2 RC – 250, 800, MC – 250, 800, SC – 250, 800, MS – 2, CMS – 2, SS – 1, CSS – 1 MC – 250, 800, SC – 250, 800, SS – 1, SS – 1h, MS – 2, CMS – 2

Bitümle stabilizasyon, genellikle zemin üzerine asfaltın püskürtülmesi veya

yolda karışımından sonra hemen sıkıştırılması ile yapılır. Bu durumda, SC – 70, 250

veya MC – 70, 250 kullanılmalıdır. Asfalt miktarı, Marshall stabilitesi 250 kg olacak

şekilde seçilmelidir. Eğer bu stabilite değeri elde edilemiyorsa gradasyon düzeltmesi

yapılmalı ve yine stabilite sağlanamıyorsa kimyasal stabilizasyon metotları

denenmelidir. Genel olarak karışımda filler (No.200) arttıkça bitüm miktarı da

artacağından gradasyon düzeltmesinde bu husus göz önünde tutulmalıdır.

Kumlu zeminler veya kumun bol olarak bulunduğu yerlerde bitümle

stabilizasyon yapıldığında mukavemetli ve dayanıklı zeminler elde edilebilmektedir.

Hatta bu tip stabilizasyonlara sahip zeminler, kaplamada ideal alt temel tabakası

olarak da kullanılabilmektedir. Böylece kaplama kalınlığının azalmasından dolayı

daha ekonomik olabilmektedir. Bitümle stabilizasyon için her türlü kum

kullanılabilir olmakla beraber iyi derecelenmiş ve kil topakları ile organik maddeler

içermeyen kumlarda daha iyi sonuçlar alınmaktadır. Eğer bağlayıcı olarak asfalt

çimentosu kullanılacak ise kumun ve asfaltın ısıtılması gerektiğinden dolayı plentde

sıcak karışımın hazırlanması ve yola serilmesi gerekir. Ancak sıvı asfaltın zemine

doğrudan püskürtülüp yolda karıştırıldıktan sonra sıkıştırılması ile mukavemet

yönünden iyi sonuçlar alınabilmektedir. Ancak her iki halde de No. 200’den geçen

kısım %12’den fazla ise bağlayıcı miktarını artıracağından karışımın çok rijit

olmasına neden olmaktadır.

Kohezyonlu zeminler optimum su içeriğinde sıkıştırıldığında belirli bir

mukavemet kazanır. Ancak bu mukavemet suya karşı duyarlıdır. Zira yüksek su

içeriğine maruz kaldığında zemin şişme gösterebilir ve yumuşama ile stabilitesi

azalır. Bu nedenle, bitümle stabilize edilen zeminlerin daneleri asfalt filmi ile sarılır

ve boşlukların bir kısmı asfalt ile doldurularak su geçirimsiz bir kitle sağlandığı gibi


68

asfaltın bağlayıcılık özelliğinden dolayı yüksek kohezyonlu bir zemin elde edilebilir.

Ancak asfalt çimentosu kullanılırsa karışıma giren tüm malzemenin (zemin ve asfalt)

ısıtılması ve karıştırılması gerektiğinden ve sıvı asfalt kullanılırsa sıkıştırmadan sonra

kesilme problemlerinin olması nedeniyle kohezyonlu zeminler genellikle bu tip

stabilizasyona uygun değildir. Fakat emülsiyon asfaltların kullanımı ile bu

problemlerin giderilmesi bir miktar mümkün olabilmektedir. Ancak bu uygulamada

da emülsiyon asfaltın kesilmeden(yani su ile asfalt partiküllerinin birbirlerinden

ayrılması) önce zeminle karışmış olması gerekir. Kohezyonlu zeminlerde SS (Yavaş

kesilen) tipi asfalt emülsiyonu kullanılmalıdır. Çünkü RS (hızlı kesilen) ve MS (orta

hızda kesilen) tipi asfalt emülsiyonlarının zeminle karıştırılma esnasında erken

kesilme nedeniyle homojen karışım sağlanamamaktadır. Fakat zeminin ince miktarı

az ise MS tipi asfalt emülsiyonu kullanılabilir. Ayrıca kolayca ufalanabilen ve

asfaltla homojen bir şekilde karışabilen zemin olması halinde bitümle stabilizasyon

başarı olmaktadır.

Bu nedenle, zeminin PI değeri 10’dan az olması ve zeminin No.200’den

geçen kısmının %12’den az olması şartı getirilmiştir. Ayrıca zeminin LL değerinin

40’dan az olması gerekmektedir. Her ne kadar bitüm içeriği arttıkça zeminin

geçirimsizliği artsada fazla miktarda bitüm kullanılması halinde uygulamada

işlenebilirlik ve sıkışma problemlerini doğurmakta ve stabilizasyonun başarısız

olmasına neden olmaktadır.

Bitümle yapılan zemin stabilizasyonlarında zeminin su içeriği önemli rol

oynar. Çünkü bitümün zemin içinde homojen dağlımı, karışım sırasındaki suyun

miktarına ve zemin ıslaklığının homojen olmasına bağlıdır. Eğer zeminin su içeriği

gereğinden az ve homojen dağılmamış ise bitümle karıştırıldığında yeterli stabiliteyi

gösterememektedir. Bu nedenle deneme – yanılma ile test yaparak karışım için

gerekli su içeriği Marshall stabilitesi kriterine göre belirlenmelidir. Bitümle

stabilizasyonlarda bitüm içeriği aşağıdaki gibidir ;

)100(D*0,20C*0,17B*0,07A0,02cb

K−++++

= (2.23)

Burada ;


69

b/c : Bitüm içeriği, kuru zemin ağırlığının yüzdesi olarak

A : No.50 elek üzerinde kalan kısmın yüzdesi

B : No.50 elekten geçen ve No.100 elek üzerinde kalan kısmın yüzdesi

C : No.100 elekten geçen ve No.200 elek üzerinde kalan kısmın yüzdesi

D : No.200 elekten geçen kısmın yüzdesi

K : Katkı (gazyağı, yağ veya su) yüzdesi

Buna göre tahmin edilen bitüm yüzdesinin %0,5 ve %1 altında ve üstünde

olacak şekilde beş ayrı bitüm – zemin karışım numunesi hazırlanıp Marshall

stabilitesi tespit edilir taban zemini için minimum 250 kg ve alt temel olarak

kullanılacaksa minimum 375 kg Marshall stabilitesinin sağlanması gerekir.

Bitüm yüzdesi formül ile tayin edilebildiği gibi Şekil 2.23’ten de bulunabilir.

Görüldüğü gibi zemindeki kum ve kil miktarı arttıkça bitüm yüzdesi de artmaktadır.

Şekil 2.23 Bitüm Yüzdesinin Tahmini (Tunç, 2002)

Hemen tümü yollarda, temel malzemesine uygulanan bitümlü stabilizasyon

daneli malzemeye kohezyon verir. İnce daneli zeminlere katıldığında ise malzemenin

suya karşı isteği azalmaktadır. Kireç ve çimentoya oranla pahalı olduğundan daha az

uygulanır. Bitüm zemine katbek, emülsiyon ya da köpük biçiminde katılmaktadır.

Olağan koşullarda 76 mikrondan 10-50 arasında, plastisite indisi 18’den

düşük olan zeminler bu yönteme en iyi cevap verir. Bu şekilde daneler asfaltla

rahatça kaplanacağı gibi bitüm boşlukları tıkama işlevini de yerine getirmektedir.


70

Stabilizasyonun başarılı olması için asfaltın tüm zemini kaplaması gerekmemektedir.

Öte yandan gereğinden fazla bitüm daneler arası bağlar ve kilitlenmeyi önleyerek

malzemenin kayma direncini azaltmaktadır. En yüksek kayma direnci ve birim hacim

ağırlık, en düşük su emme özelliğini yansıtan optimum çözümün %20 hava boşluğu

durumunda olduğu bulunmuşsa da porozite ile bitüm içeriği arasında güvenilir bir

bağıntı da oluşturulmamıştır. Sadece kum-emülsiyon karışımlarında asfalt

gereksinmesi (%p) için;

p= 0,75 (0,05 a+ 0,1b 0,5c) (2.24)

Eşitlik 2.24’ün güvenirliği gösterilmiştir. Burada a: 2mm elek üzerinde kalan,

b: 2-0,074mm elekler arasındaki, c: ise 74 mikron elekten geçen kum yüzdesini

göstermektedir.

Bitümlü stabilizasyon serbest basınç, CBR, Florida Taşıma ve koni stabilite

deneylerinde değerlendirilir. Karışımdan sonra kuru olarak denenen örneğin serbest

basıncını 7 gün su altında tutulanınki ile oranlamak iyi bir ölçüttür. En uygun katkı

yüzdesi en küçük oran, ya da minimum direnç olarak saptanan 5,3kg/cm2’yi veren

olarak kabul edilir. Sıcaklığın direnci doğrudan etkilediği hatırlanırsa bu değişkenin

de deneylere içerilmesi uygun olur.

Florida taşıma değeri kum-emülsiyon karışımlarının taşıma gücünü ölçer.

Deneyde 10cm çaplı, 7.6cm yükseklikte silindirin içine sıkıştırılan örnek yüzeyine

6.45cm2 (1 inç2) alanda uygulanan yük 4.2kg/cm2-dak hızla itilmektedir. Taşıma

değeri örnek yüzeyinde 19mm’lik çatlaklar belirmesi, ya da pistonun örnek içine

6mm girdiği değer olarak belirlenir (Önalp, 1983).

Bitümle stabilizasyonda; asfalt, katran gibi maddeler kullanılır. Kırma taş,

çakıl, kum gibi taneli zeminler, sıcak sıvı bitümlü madde katılıp karıştırılarak,

serilerek kompaksiyon uygulanır. Bitümlü maddelerin, taneler arasında bağlayıcılık

ile geçirimsizlik sağlama işlevleri vardır. Bitüm, asfalt vb. petrolden elde edilen

siyah, yapışkan, sıcakken sıvı olan üründür. Kullanılacak malzemenin, kil ve organik

maddelerden arınmış olması gerekir. Bitümlü maddeler, miktar olarak, %5-10


71

oranında katılır. Bitümlü stabilizasyon, özellikle yollarda, yüzey kaplamasında

kullanılır (Uzuner, 2000).

2.12.5 Kireç- Baca Külü Stabilizasyonu

Uçucu kül, silika, alümina, değişik oksitler ve alkalilerden oluşan bir faz olup

fabrika atığıdır. Hidrate kireç ile reaksiyona girerek çimentolama etkisi gösterir. Bu

nedenle kireç- uçucu kül karışımları yol alt temel ve temellerinde kullanılırlar. %10-

35 kül +%2-10 kireç karışımları genelde uygun karışımlardır (Yıldırım, 2002).

Kömürle çalışan termik santrallerin bacalarından toplanan daneli malzeme

olan baca külü veya uçucu kül adı verilen malzeme kireçle birlikte zemine

karıştırıldıkları zaman kireç- baca külü ve kireç- killi zemin arasında pozzolanik

reaksiyonlar meydana geldiği gibi aynı zamanda baca külü iri daneler arasındaki

boşlukları dolduran bir işlev yerine getirmektedir. Bu nedenle, kireç stabilizasyonu

yalnız ince daneli zeminlerde etkili olurken, kireç- baca külü karışımları iri daneli

zeminlerin stabilizasyonunu da mümkün kılmaktadır.

Kireç- baca külü stabilizasyonu zeminin basınç ve çekme mukavemetinin ve

dayanıklılığının artmasını sağlamaktadır. Karayolu mühendisliğinde daha yaygın

kullanılma alanı bulmaktadır (Özaydın, 2000).

2.12.6 Cüruf Katkısı

Yüksek fırın cüruflarının bağlayıcı özelliklere sahip olduğunun

belirlenmesiyle birlikte dünyada 19. yüzyılın ikinci yarısından itibaren bu malzemeyi

içeren bağlayıcıların ticari olarak üretimine başlanmıştır. Yüksek fırın cüruflarının

gerek portland çimentosu hammaddesi gerekse mineral katkı maddesi olarak

kullanılması, sırasıyla 1883 ve 1892 yıllarına rastlamaktadır. Günümüzde dünyanın

birçok ülkesinde değişik isimlerle yüksek fırın cürufu içeren çimentolar üretilmekte

ve kullanılmaktadır (Tokyay, 2003).

Avrupa çimento standartlarında (prEN 197-1) portland cüruf çimentosu genel

adı altında iki (II/A-S ve II/B-S), yüksek fırın cürufu çimentosu adı altında ise üç


72

(III/A, III/B, III/C) olmak üzere, %6’dan %95’e kadar değişik miktarlarda yüksek

fırın cürufu içeren, toplam beş çimento tanımlanmıştır. Ülkemizde de CÇ32.5,

CÇ42.5, SDÇ32.5 ve SSÇ32.5 adları altında %20’den %65’e kadar yüksek fırın

cürufu içeren çimentolarla ilgili Türk Standartları bulunmaktadır (Tokyay, 2003).

Cüruflar çeşitli metalurji tesislerinden elde edilen atık madde gruplarından

birisidir. Kimyasal kompozisyonları ve özellikleri elde edildikleri sanayi

kuruluşlarının ürettiği ana ürün tipine ve üretim yöntemine bağlı olarak birbirinden

çok farklılık gösterir. Örneğin yüksek fırın cüruflarının kendi başına bağlayıcı

özelliği olmasına karşın nikel ve bakır cüruflarının yalnızca puzolanik özellikleri

vardır. Puzolanik maddeler, kendi başlarına hidrolik bağlayıcı olmadıkları halde, ince

olarak öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile

reaksiyona girerek bağlayıcı özellikte bileşikler oluşturan maddelerdir.

Tüm cüruflar arasında en önemlisi ve en yaygın olarak kullanılanı yüksek

fırın cüruflarıdır (YFC). Ham demir üretiminde atık malzeme olarak elde edilen YFC

yüksek fırınlarda, daha hafif olmasından dolayı, ham demirin üstünde yer alır. Demir

filizi gangı, kok ve kireçtaşının yanma sonrası atıkları YFC’yi oluşturur. YFC’nin

oluşum sıcaklığı 1400-1600oC’dir.

YFC yavaş soğutulduğunda kristal bir yapıya sahip olur. Bu haliyle bazalta

benzer mekanik özelliklere sahiptir ve beton agregası olarak kullanılabilir. Öte

yandan, hızlı soğutma uygulanması sonucunda ise camsı yapıda cüruf elde edilir. Bu

tür cüruflar granüle yüksek fırın cürufu olarak adlandırılırlar. GYFC bir miktar

hidrolik özelliğe sahiptir.

Erimiş haldeki cüruf yüksek fırından çıktığında hızlı olarak soğutulduğu

takdirde akışkanlığındaki azalma kristal yapılaşmayı engeller ve camsı yapıda bir

katı eriyik elde edilmesini sağlar. Bu yarı kararlı camsı malzeme sodyum hidroksit

veya kalsiyum hidroksit gibi aktivatörler kullanılarak ya da ince öğütülmek ve

portland çimentosunun hidratasyonuyla ortaya çıkan Ca(OH2)’yi kullanmak

suretiyle, hidrolik özelliğe sahip olur. Aktivasyon sonucunda, kalsiyum silikat

hidratlar meydana gelir (Spellman,1982; Tokyay, 2003).


73

1862 yılında Emil Largens yüksek fırın cürufunun suyla granülasyonu

sonucunda elde edilen malzemenin kireçle karıştırılmasıyla bağlayıcı özelliğe sahip

olduğunu gözlemlemiştir (Lea, 1970; Tokyay, 2003).

Yüksek fırın cürufu granülasyon ve peteleme yöntemleri ile iki farklı şekilde

ani olarak soğutulmaktadır. Granülasyon yöntemi için fazla miktarda suya ihtiyaç

olduğu için en iyi yöntem olmasına rağmen peteleme yöntemi daha yaygın olarak

kullanılmaktadır. Bu yöntemde önce su kullanılır ve daha sonra cüruf havaya fırlatılır

(Regourd, 1986; Tokyay, 2003).

Peteleme yöntemiyle birkaç değişik boyda malzeme elde edilir. 4-15mm

boyutunda olanlar çok gözenekli ve kısmen kristalli bir yapıya sahip oldukları için

daha çok hafif beton agregası olarak kullanılmaktadır. 4mm’den küçük olanlar ise

camsı yapıya sahiptirler ve çimento üretiminde katkı maddesi olarak kullanılırlar.

Genel olarak, cürufun alkalinitesi ne kadar yüksekse hidrolik özelliğinin de o

kadar iyi olduğu kabul edilir. Cürufların kimyasal kompozisyonlarıyla hidrolik

özellikleri arasındaki ilişkiyi belirlemek için çok sayıda araştırmalar yapılmış

olmakla birlikte, kesin ve basit kurallar bulunmuş değildir (Lea, 1970; Tokyay,

2003).

Bir GYFC’nin hidrolik özelliği, belirli bir sınırlı değere kadar, CaO/SiO2

oranının artmasıyla artar. Ancak, bu sınır aşıldığında, diğer bir deyişle, CaO

miktarının çok yüksek olmasıyla granülasyon güçleştiğinden hidrolik özellikte

azalma görülür. Sabit bir CaO/SiO2 oranı için Al2O3 miktarının artması cürufun

aktivitesini arttırır. Cüruf içindeki demir ve mangan oksitler dayanım özelliklerini

olumsuz etkiler. %10’a kadar MgO bulunmasının kötü bir etkisi bulunmaz. Ancak

daha yüksek MgO miktarları zararlı etkiler yaratabilir (Lea, 1970; Tokyay, 2003).

GYFC’lerin kendi başlarına suyla reaksiyonu, portland çimentolarının

hidratasyonuyla karşılaştırıldığında oldukça yavaş gelişir. Cürufun hidratasyonu

cürufun su içinde kısmi olarak erimesiyle C-S-H, hidrate aluminatlar ve hidrate siliko

aluminatların çökelmesi olarak tanımlanabilir (Dron ve Brivot, 1980; Tokyay, 2003).

Cüruf hidratasyonunun başlangıç aşamasında silikat iyonları eriyiğe geçer,

daha sonra, ilk C-S-H çökelmesinin ardından, eriyiğin kireç konsantrasyonu artar ve

son olarak da alumina konsantrasyonunda, hidrate aluminat kristallerinin oluşumuna


74

kadar artış görülür. YFC hamurlarındaki hidrate fazların belirlenmesine yönelik bir

araştırmada CaO-SiO2-Al2O3-H2O dörtlü sisteminde C-S-H, C2ASH ve C4AH13-19

bileşenlerinin oluştuğu belirlenmiştir (Regourd, 1986; Tokyay, 2003).

GYFC’nin suyla kendi başına reaksiyonunun çok yavaş seyretmesi birçok

araştırmacıyı bu reaksiyonu hızlandıracak aktivatörler konusunda çalışmaya

yöneltmiştir (Daimon, 1980; Tailling ve Brandster, 1989). Yaklaşık 60 yıldan beri

yapılan çalışmalar (Freet, 1939; Purdon, 1940; Feron, 1946) sonucunda cürufların

kimyasal aktivasyonu için kullanılan malzemeleri iki ana grupta toplamak

mümkündür. Bunlardan biri alkalin aktivatörler (soda, kireç, sodyum karbonat,

soydum silikat vb.), diğeri ise süfat aktivatörlerdir (alçı, anhidrit, fosfojips, vb.). her

iki grup malzeme de cürufların hidratasyon ürünlerinin oluşumunu hızlandırırlar

(METSO, 1983). Yukarıda belİrtilen aktivatörlerin kullanımı sonucunda elde edilen

cüruf hidratasyon ürünleri C-S-H, C4AH19, C4ASH8(Ca(OH)2) aktivatör olarak

kullanıldığında meydana gelmez ve etringittir (Tokyay, 2003).

2.12.7 Uçucu Kül Katkısı

ASTM C 618-01’e göre uçucu kül kimyasal içeriklerine göre C ve F sınıfı

olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Her iki gruba da girmeyen üçüncü bir tür

sınıflandırılamayan uçucu kül çeşidi de bulunmaktadır. F tipi uçucu kül, bitümlü

kömürün yanması ile elde edilir ve çok düşük miktarda kireç (CaO) içermektedir. Bu

tür uçucu kül silis ve alumina içerdiğinden, çimentolaşma özelliği çok azdır. Ancak

normal ısı derecesinde, nemin etkisi ve muhtemel kireç ile reaksiyona girdiğinde,

çimentolaşma meydana gelmektedir. C tipi uçucu kül ise linyit veya kömürün

yanması ile elde edilir ve belirli oranda kireç içermektedir. C tipi uçucu kül kireç

içerdiği için reaksiyon hemen meydana gelmektedir buna karşın F tipi uçucu külde

ise kireç çok daha az olduğu için reaksiyonu başlatabilmek için dışarıdan ortama

kireç ilave edilmesi şarttır. Ferguson’un (1993) çalışması da C tipi uçucu külün ilave

katkı gerektirmeksizin iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir. Turner (1997)’da uçucu

kül ile yapılan zemin iyileştirmesi ile mevcut zeminin mühendislik özelliklerinin

iyileştirdiğini göstermiştir. Edil ve ark.(2002) ‘de C tipi uçucu kül ile yapılan yolaltı


75

zemin iyileştirmesinin sıradan zemin iyileştirme tekniklerine göre daha iyi sonuçlar

verdiğini ve hatta daha iyi olduğunu ifade etmişlerdir (Şenol ve Edil, 2004).

Zemin stabilizasyon tekniği kayma mukavemeti dolayısıyla, yük taşıma

kapasitesinin arttırılması, oturmaların azaltılması yoluyla zeminlerin ıslahı, filtre,

drenaj sistemi gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır. Gark ve ark.(1991) yaptıkları

araştırmalarda kumlu zeminlere yatay tabakalı uzayabilen malzemeler eklenmesi ile

oluşturdukları silindirik üç eksenli deney numunelerinde kumdaki kohezyon ve

dayanıklılık artışı üzerinde çalışmışlardır. Killi zeminlere geo-tekstil katkısıyla zemin

davranışındaki gelişme üzerine çalışan Krishnaswamy (1988) zeminin dayanıklılık

oranının katkı malzemesi ile arttığı sonucuna varmıştır. Ramanatha Ayyar (1989)

killi zeminlere hindistan cevizi lifi ekleyerek yaptığı çalışmasında küçük hindistan

cevizi liflerinin büyüklerine oranla şişmeye daha fazla dayanıklılık gösterdiğini

bulmuştur. Mandal ve Vishwamohan (1989) üç değişik genişleyen kile katkı

malzemesi olarak hindistan cevizi lifi ve hint keneviri lifini tabakalar halinde geo-

tekstil gibi ekleyerek Kaliforniya taşıma oranı deneyleri ile davranışını araştırmıştır.

Şimdiye kadar dokunmuş-dokunmamış, geosentetik-geogrid gibi çeşitli şekillerde

güçlendirme için takviyeler araştırılmıştır. Binquet ve Lee (1975) alüminyum şeritler

kullanarak taşıma kapasitesinin artması konusunda çalışmışlardır. Uçucu kül,

hindistan cevizi lifi, liflerden yapılmış halat, bambu, tahta, palmiye yaprağı,

Hindistan cevizi yaprağı, metal, naylon gibi malzemeler kullanılarak zeminin taşıma

kapasitesi arttırılmıştır. Bunların dışında J. Prabakar, Nitin Dendorkar ve R.K.

Morchale (2003) uçucu külün zemine katkısı ile mühendislik özelliklerinin

iyileştirilmesi üzerine çalışmışlardır. Zeminin c-φ artma davranışını anlamak için

uçucu kül karıştırarak zemin özelliklerinin gelişmesi amacıyla değişik oranlarda

uçucu kül ilavesiyle bir seri deneyler yapmışlardır. Özgül ağırlık ve kompaksiyon

davranışı, kayma mukavemeti ve deviator gerilme uçucu kül eklenmemiş ve %9’dan

%46’ya kadar eklenmiş her numune için deneyler yapılmıştır. Yani üç değişik

zemine değişik oranlarda uçucu kül ilavesiyle uçucu külün zeminin kompaksiyon,

kayma mukavemeti, CBR değerleri ve şişme karakteristiklerine olan etkisini uçucu

külün kullanışlılığını, zemin yapısındaki değişimi ve taşıma kapasitesindeki artışı

değerlendirerek araştırmışlardır. Deneyleri sonucunda zemine uçucu kül katkısıyla


76

sıkışabilirliğin düşük özgül birim ağırlık ve birim hacim ağırlığa göre azaldığını

bulmuşlardır. Sıkışabilirlikteki azalma %15-20 arasındadır. Boşluk oranı ve porozite

değerleri zemine uçucu kül ilavesine göre değişmektedir. %46 civarında uçucu kül

ilavesiyle boşluk oranı %25 artmaktadır. Kesme gerilmesi kül-zemin karışımına kül

ilavesiyle nonlineer olarak artmaktadır. Yine kül ilavesiyle kohezyon

artabilmektedir. Şişen zeminlerde kül ilavesinin artmasıyla birlikte zeminin

şişmesinde azalma tespit edilmiştir. İçinde organik maddeler olan kum ve kil

karışımının meydana getirdiği gevşek yapılı toprağa kül ilavesiyle maksimum

kohezyon değeri 0.39kg/cm2 olurken killi zeminlerde 0.66kg/cm2 bulunmuştur. Kül

artışıyla kohezyon da lineer olarak artmaktadır. Sonuçta uçucu kül ilavesiyle taşıma

kapasitesi artmaktadır (Prabakar ve ark., 2003).

Şenol ve Edil (2004), oldukça düşük taşıma gücü özelliğine sahip yumuşak ve

kısmen organik malzeme içeren zeminlerin, yol inşaatında uçucu kül kullanarak

taşıma gücünü arttırmak için stabilizasyonun sağlanmasına ait araştırma sonuçlarını

incelemişlerdir. Stabilize edilecek tabakanın kalınlığını ve optimum zemin-uçucu

kül-su karışımını belirlemek için çeşitli oranlarda karışımlar seçilmiştir. Bu

karışımlar laboratuar ortamında hazırlandıktan sonra CBR deneyine tabi

tutulmuşlardır. Geoteknik mühendisliği literatüründeki bilgilere ve standartlara bağlı

kalarak, arazi şartlarını temsilen laboratuar ortamında mümkün olan karışımları

hazırladıktan sonra numuneler 2 saat bekletilmiş ve daha sonra CBR numuneleri

modifiye proktor kabında hazırlanmıştır. Suyun uçucu kül ile muhtemel reaksiyonları

göz önüne alınarak laboratuarda hazırlanan numuneler standartlara bağlı kalarak 7

gün nem odasında saklanmış ve bu süre sonunda CBR deneyleri yapılmıştır. Sonuç

olarak iki tür zemin kullanılarak yapılan C tipi uçucu kül stabilizasyonunun yumuşak

yol altı zemininin mühendislik özelliklerini büyük ölçüde iyileştirdiği ve zemin

mukavemetini arttırdığı saptanmıştır. Laboratuarda elde edilen karışım

numunelerinin CBR sonuçları, orijinal numunelerinkinden en az on kat daha büyük

sonuç vermiştir. Bu sonuç bir sonraki adım olan arazi çalışması için önemli bir veriyi

pratik kullanıma hızla sunmuştur. Uçucu kül ile zemin stabilizasyonu, çok hassas bir

çalışma gerektiren arazi çalışmasıdır. Bu nedenle zeminin su muhtevası inşaat

süresince ciddi bir şekilde gözlenmelidir. Zeminin karışımından sonra, 2 saatlik süre


77

uçucu külün zemin suyu ile reaksiyona girip çimentolaşmanın başlaması için yeterli

bir süredir. Kompaksiyon aşamasının gecikmesi halinde, uçucu kül ile karıştırılan

zeminin mukavemeti beklenilen değerden daha düşük olabilmektedir. Laboratuar

deneyleri ile elde edilen su muhtevası değerine, arazi çalışması aşamasında kesinlikle

bağlı kalınmalıdır. Ayrıca bu çalışmada elde edilen diğer önemli bir sonuçta,

laboratuar deneylerinden elde edilen ve zemin mukavemeti hakkında bilgi veren

değerler, araziden elde edilen değerlerden her zaman daha büyüktür. Arazi değerleri

laboratuar değerlerinden %9-6 kadar düşüktür. Bunun nedeni laboratuar ortamında

hazırlanan numunelerin ideal karışım şartlarını yansıtması ve arazi ortamına oranla

daha homojen bir şekilde teşkil edilmelerindendir. Bu sebeple laboratuar

değerlerinden, arazi değerlerine geçiş yapmak gerektiğinde bir güvenlik sayısının

kullanılması uygundur.

Çokça ve Toktaş (2002), dispersif bir zeminin C tipi uçucu kül ile

stabilizasyonunu araştırmışlardır. Değişik oranlarda (%0, %3, %5, %7,%10 ve %13)

C tipi uçucu kül dispersif zemin numunesine katılarak uçucu kül ilavesinin indeks,

mukavemet ve konsolidasyon özelliklerine etkisine bakmışlardır. Deney sonuçları

uçucu kül ilavesinin genellikle numunenin mukavemetini arttırdığını ve

sıkışabilirliğini azalttığını göstermiştir. Ayrıca uçucu kül ilavesi ile zemin dispersif

durumdan dispersif olmayan duruma geçmiştir. Soma uçucu külünün düşük özgül

ağırlığından dolayı numunelerdeki uçucu kül miktarı arttıkça numunelerin özgül

ağırlığı düşmüştür. Numunelerdeki uçucu kül miktarı arttıkça numunelerin

sıkışabilirliği azalmakta ve optimum su içeriği artıp maksimum kuru birim hacim

ağırlık azalmıştır. Numunenin içindeki uçucu kül miktarı %7’ye arttıkça numunenin

serbest basınç dayanımı artmakta, daha fazla uçucu kül katkısı ise serbest basınç

dayanımında düşüşe yol açmaktadır. %13 uçucu kül ilavesi ile numune dispersif

durumdan dispersif olmayan duruma geçmiştir. Stabilize edilmiş dispersif zeminleri

toprak dolgu barajlarda ve seddelerde kullanabildiğimizde hem muhtemel kil

kaynaklarının miktarını arttırabileceğiz hem de termik santrallerin depolamak

zorunda oldukları, bir atık malzeme olarak görülen uçucu kül değerlendirilmiş

olacaktır. Uçucu külün nakliye masraflarını da göz önüne aldığımızda, uçucu küllerin


78

elde edildiği termik santrallerin yakınında görülen dispersif killerin stabilize

edilmesinde kullanımının mümkün olabileceği düşünülmektedir.

Dermatas ve Meng (2003), ağır metalle kirlenmiş zeminleri atık malzeme

olan C sınıfı uçucu kül ile stabilizasyonunu sağlamışlardır. Böylece çevreye de

katkıda bulunmuşlardır.

Kalinski ve Hippley (2005), yaptıkları çalışmalarında optimum su muhtevası

değerini %20-%30 değerleri arasında bulmuşlardır. Bu da göstermektedir ki uçucu

kül katkısı ile optimum su muhtevası değeri daha büyük olmaktadır.

2.12.8 Eski Kamyon Lastiği Katkısı

Yoon ve ark. (2003) eski kamyon lastiği kullanarak güçlendirilmiş zeminin

taşıma kapasitesi ve oturması üzerine bir çalışma yapmışlardır. Atık lastiklerin kum

zeminde kullanılması yoluyla faydalı olacağı düşünülerek laboratuarda plaka

yükleme deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler güçlendirme etkilerini rölatif sıkılık,

oturma derinliği, güçlendirme tabaka sayısı, lastik tipi ve büyüklüğü gibi etkenler

düşünülerek yapılmıştır. Sonuçta eski lastiklerle güçlendirilmiş gevşek kum zeminin

taşıma kapasitesinin 2 kat arttığını ve oturmalarda da yaklaşık %70 oranlarında

azaldığını bulmuşlardır. Ayrıca sıkı kumların oturması da %34 oranında azalmıştır.

2.12.9 Uçucu Kül ve Çimento Katkısı

Kaniraj ve Havanagi (1999) ise çimento ile uçucu kül stabilizasyonu

hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada Hindistan Delhi’deki Raghat uçucu

külü ve Almanya Bochum yakınlarındaki Baumineral uçucu külü uygun zeminlerle

karıştırılmıştır. Yamuna kumu ve silt, Rajghat uçucu külü ile ve Rhine kumu

Baumineral uçucu külüyle karıştırılmıştır. Zemin-uçucu kül karışımına %3-%9

oranlarında değişen çimento eklenmiştir. Silindirik numuneler optimum su muhtevası

ve maksimum kuru birim hacim ağırlıkta hazırlanıp deney süresi boyunca kür

edilmiştir. Optimum su muhtevası ve maksimum kuru birim hacim ağırlıklar

kompaksiyon testi ile belirlenmiştir. Kompaksiyon mukavemeti ve sekant modülü


79

kür zamanının, uçucu kül muhtevasının, ve çimento muhtevasının fonksiyonu olarak

bulunmuştur. Sonuçlar literatürde sunulanlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçta serbest

basınç değeri ve sekant modülündeki artışın hiperbolik olduğu bulunmuştur. Ayrıca

bu değerlerdeki artışın katkı malzemesi artışına bağlı olduğu ve çimento artışı ile

arttığı, fakat uçucu kül artışıyla azaldığı bulunmuştur. Çimentonun külden daha fazla

etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Su muhtevası, zemin-kül karışımındaki çimento

miktarına ve kür zamanına göre değişmektedir. Yani su muhtevası çimento artışıyla

azalmaktadır. Çimento miktarının kür zamanından daha fazla etkili olduğu

söylenilebilir.

Kalinski ve Hippley (2005) ise portland çimentosu ve uçucu küle su

muhtevası ve çimento içeriğinin etkisini araştırmışlardır. Su muhtevasını bulmak için

Proktor ve modifiye Proktor deneyleri yapılmış ve mukavemetini ölçmek için de

serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Hazırlanan numuneler 30, 60 ve 90 gün boyunca

kür edildikten sonra deneye tabi tutulmuştur. Sonuçta, F sınıfı uçucu kül ve portland

çimentosu ile kompaksiyon ile istenen sonuçlar ortaya çıkmıştır. Sonuçlar

göstermiştir ki; çimento ve kül ile stabilizasyon çimento muhtevasından ve su

muhtevasından etkilenmektedir ve ayrıca kompaksiyon enerjisi de büyük rol

oynamaktadır. Bu parametrelerin bilinmesi ile serbest basınç mukavemeti de CQA

testi ile tahmin edilebilir duruma gelmiştir. Optimum su muhtevası %20-30 iken

serbest basınç mukavemeti de 1,1-5,5kPa olmuştur.

2.12.10 Kireç ve Çimento Katkısı

Bu çalışmanın temel amacı, stabilizasyon konusunda çeşitli kaynaklardan

yararlanılarak hazırlanan bir sentez çalışma ışığında, Tüdeş,(1996) kireç ve çimento

katkısı ile zeminlerin stabilizasyonunu amacıyla Doğu Karadeniz bölgesi

zeminlerinden üç tanesini seçerek zeminlerin fiziksel özellikleri rutin deneylerle,

mineralojik özelliklerini de DTA (Differantial Thermal Analysis) ve XRD ( X ışını)

deneyleri ile belirlemiştir. Seçilen zeminler değişik oranlarda çimento ve kireç

katkılarıyla standart bir enerji ile sıkıştırılmış ve kayma direnci parametreleri elde


80

edilmiştir. Katkısız durumda aynı enerji ile sıkıştırılan zeminin kayma direnci

parametreleri belirlenerek elde edilen iyileştirmeler karşılaştırılmıştır.

Elde edilen sonuçlar, kireç ve çimentonun zeminin stabilizasyonunda olumlu

sonuçlar verdiğini özellikle % 5 ile % 15 arasındaki katkı oranlarının optimum katkı

maddesi içerdiği ve katkı oranının artışının her malzemede stabilizasyonu doğrusal

olarak arttırmadığını göstermiştir (Tüdeş, 1996).

2.12.11 Değirmen Artığı Malzeme Katkısı

Araklı-Yanbolu ve Gürbulak (Trabzon) dan klinker üretimi için Trabzon

Çimento Fabrikasına getirilen kalker, tras ve kireçtaşı Trabzon çimento

fabrikasındaki ön işlemlerden sonra “değirmen artığı” olarak adlandırılan ve

fabrikanın üç vardiya halinde çalışması sonucu günde 6 ton miktarına ulaşan atık

madde ortaya çıkmaktadır.

Değirmen artığı atıklarının yapısındaki çimento tozları nedeniyle, mekanik

stabilizasyon uygulamalarında, doğal malzemeye göre zemin stabilizasyonunda daha

etkili olabileceği düşünülerek, değişik katkı oranlarında su içeriği aynı olan

numuneler hazırlanmış ve sabit bir kompaksiyon enerjisi ile sıkıştırılmıştır. Elde

edilen numuneler üzerinde yapılan serbest basınç ve permeabilite deneyleri ile

dayanımları ve geçirimlilik katsayıları belirlenmiştir. Bu özellikler katkısız

durumdaki zeminin aynı özellikleri ile karşılaştırılmıştır.

Zemin özelliklerinin amaca uygun hale getirilmesinde çeşitli katkı

maddelerinin kullanılması çok eski yıllara dayanmaktadır. İlk uygulamalarda katkı

maddesi olarak bitki kökleri kullanılmış, sonraları bu uygulama katkı maddesi olarak

değişik kimyasal maddelere kadar uzanmıştır (Tüdeş, 1996). Günümüzde katkı

malzemelerinin seçiminde çeşitli atık maddelerinin değerlendirilmesi ön plana

çıkmıştır. Böylece; zeminler istenen özelliklere sahip olurken, atık malzemeler de

değerlendirilmiş olmaktadır.

Değirmen artığı malzemenin katkı maddesi olarak kullanılmasıyla üretilen

numunelerin serbest basınç dayanımları, %15 civarında katkı kullanılması halinde,

3.12 kg/cm2 civarında olmaktadır. Katkı oranının arttırılması halinde ise dayanımlar


81

azalmaktadır. Katkısız durumda 2.75 kg/cm2 civarında olan serbest basınç

dayanımındaki artış yaklaşık %14 olmaktadır (%15 katkıda). En yüksek basınç

dayanımı elde edilmek istendiğinde zeminin geçirimliliği % 122 kadar artmaktadır.

Geçirimliliğin önemli olduğu durumlarda değirmen artığı malzeme ile dayanım

arttırırken bu husus göz önünde bulundurulmalıdır. Ancak karayolu inşasında

altyapının drenajı da gerekli olduğundan değirmen artığı malzeme ile oluşturulacak

yol altyapılarında hem dayanım hem de geçirimlilik artışı sağlandığından uygun bir

katkı maddesi olabileceği anlaşılmaktadır (Aytekin, 2002).

2.12.12 Reçine ile Stabilizasyon

Zemin stabilizasyonunda bir önemli metot reçine (resin) ların kullanılmasıdır.

Bunlar geçirimsizliği sağlayan maddeler olup, vakslı (mumlu) katbek bitümünkine

benzer bir etkiye haizdirler. Yaklaşık yüzde bir miktarında kireçle karıştırılarak, bir

ön muameleye tabi tutulur. Kullanılan reçine özel olarak hazırlanmış bir madde olup,

gerekli miktar yalnız, yüzde bir veya iki civarındadır. Bitüm gibi reçineler de kötü

derecelenmiş ve kohezyonu yeterli olmayan zeminlerin stabilizasyona tabi tutulma

olanaklarını arttırır.

İyi karışmış toz halinde veya çorba kıvamında uygulanan reçineler, zeminin

boşluklarında çok ince suya mukavim tabakalar meydana getirecek şekilde yayılarak,

kapiler yükselmeye karşı su tutan bir mania meydana getirirler. Gerekli reçine

miktarı 15 cm kalınlık ve 1 m2 saha dahilindeki zemin için yalnız 2.20kg ila

5.40kg’dır. Diğer hiçbir stabilizörün bu kadar ufak miktarlar halinde kullanılması

durumunda etkili olması mümkün değildir. Şüphesiz, hazırlanmış zemin optimum

kompaksiyon meydana getirecek şekilde sıkıştırılır (Kumbasar, 1962).

2.12.13 Cüruf, Bentonit, Kireç Katkısı

Kavak ve Bilgen (2005), Yüksek Fırın Cürufunun (Y.F.C) yol alt yapısında,

özellikle killi zemini güçlendirme amacı ile kullanılması durumunu

değerlendirmiştir. Laboratuar koşullarında bentonit kili ile hazırlanan numunelere


82

değişik oranlarda Yüksek Fırın Cürufu (Y.F.C) ve kireç katılmak suretiyle, Y.F.C.

nun kil zemin üzerindeki etkileri incelenmiştir. Serbest basınç deneyleri için ağırlıkça

değişik oranlarda bentonit kireç ve cüruf karıştırılarak ilk önce her bir karışım için

optimum su muhtevası tespit edilmiş ve bu su muhtevalarında hazırlanan yeni

karışımlar, kompaksiyon aletinde yol yapımı standartlara uygun olarak yani üç

tabaka halinde her bir tabakaya 25 vuruş olacak şekilde sıktırılmıştır.(Bentonit’e, 150

mikrondan elenen Yüksek Fırın Cürufu (<150 µm. Y.F.C) ile kireç, ağırlıkça şu

oranlarda karıştırılmıştır. %2 cüruf -%2 kireç; %2 cüruf -% 3 kireç; %4 cüruf -%4

kireç; %4 cüruf -%6 kireç; %5 cüruf -%5 kireç; %5 cüruf -%7,5 kireç). Sıkıştırılmış

karışımlardan serbest basınç deneyleri için 38 mm. çapında, 76 mm. boyunda

numuneler hazırlanmıştır. Numuneler hazırlanırken hidrolik çıkartıcı kullanılmıştır.

Hazırlanan bu numunelerden bir kısmı, hazırlandığı gün ( 0 günlük ) kırılmıştır. Her

bir karışım oranı için en az üç numune kırılmıştır. 7 ve 28 gün kür edilen numuneler

de aynı şekilde hazırlanmış ve desikatörlerde kür edilmiştir.

Yapılan çalışma sonucu; YFC nin, elenmeden çimento katkı malzemesi

olarak kullanılan boyutta bentonite eklenmesinin, bentonit kilinin serbest basınç

değerlerinde önemli bir değişiklik meydana getirmediği görülmüştür. Cürufun

elenerek belli bir boyutun altına indirilmesi ( < 150 µm. ) ve değişik oranlarda

kireçle karıştırılması durumunda, bentonit kili ile reaksiyona girdiği açık olarak

anlaşılmaktadır. Kullanılan kireç ve cüruf miktarı, literatür taramasında incelenen

çalışmalardaki yüzdeler baz alınarak belirlenmiştir (Veith, 2000 ; Wild ve diğ., 1998;

Kavak ve Bilgen, 2005 ).

Proktor deneyleri sonuç grafiklerinde, çimento katkı malzemesi olarak

kullanılan boyuttaki cürufun, ağırlıkça % 10’ dan fazla oranlarda kullanılmasının,

bentonit kilinin optimum su muhtevasında azalmaya ve kuru birim hacim

ağırlıklarında artışa neden olduğu görülmektedir. Bunun yanında, 150 mikrondan

elenmiş cürufun, kireçle birlikte bentonite eklenmesi halinde ise, optimum su

muhtevası değişmemekte, kuru birim hacim ağırlıkları azalmakta ve proktor eğrisi

düzleşmektedir.

Bentonit kili % 5 cüruf ve % 7,5 kireç ile karıştırıldığında serbest basınç

değeri 28 gün sonunda yaklaşık 25 kat artış göstererek, 273 kPa dan 6690 kPa


83

değerine yükselmiştir. Kırılma anında oluşan birim deformasyonlar ise %10–11

mertebelerinden, %1 mertebesine düşmektedir. Böylelikle zemin rijit bir yapıya

dönüşmekte ve elastisite modülü artmaktadır.

Cüruf ve kireç karışımlarının deneylerde kullanılan oranlarda yol kesitlerine

uygulanması halinde, yolda oluşabilecek deformasyonlar azalacak ve yol kesitleri

küçülecektir. Bu da yol yapım maliyetlerinde azalma sağlayabilir. Bu konunun

ayrıntıları başka bir çalışma olarak ele alınacaktır.

Bu çalışma, cürufun öğütülüp elenerek toz halinde yol kesitlerinde

kullanılabileceğini göstermektedir. Düşük oranlarda kullanılan cürufun, öğütülüp

elenerek toz halinde torbalanması, rahatlıkla taşınabilme imkanı sağlayacaktır.

Böylelikle fabrikalar uzak yerlerde de ekonomik kullanımı mümkün kılabilir.

Her bir ton çelik üretiminde ortaya çıkan 300 kilo cürufun kullanım

alanlarının genişletilmesi, curuf atığı yığınlarını azaltacaktır. Ayrıca yol inşaatı

sektörüne ucuz bir hammadde sağlayacaktır.

Bu çalışmada, yüksek plastisiteli saf bir kil olan bentonit kullanılmıştır.

Değişik kil cinsleri ve doğal killer için de buna benzer çalışmalar yapılabilir (Kavak

ve Bilgen, 2005).

2.12.14 Cüruf, Uçucu Kül ve Portland Çimentosu Katkısı

Eren ve Yılmaz (2004), yüksek fırın cürufu veya uçucu kül’ün portland

çimentosu yerine kısmi ikamesinin, değişik sıcaklıklarda kür edilen betonların

dayanımlarına olan etkilerini araştırmışlardır. Çalışma sırasında beş farklı karışım

kullanılmıştır. Birinci karışım kontrol karışımı olarak sadece Portland çimentosu ve

diğerlerinde de %30 ve % 50 uçucu kül ve cüruf kullanılmıştır. Bütün karışımlarda

%33 ince agrega ile toplam agrega/bağlayıcı oranı 6, su/bağlayıcı oranı ise 0.55’tir.

Karıştırma işlemi yapılmadan önce, tüm malzemeler 6, 20, 35 ve 80°C’de 24 saat

muhafaza edilmişlerdir. Numuneler 6, 20, 35 ve 80°C’de kür tanklarında muhafaza

edilip 1, 3, 7, 28 ve 90 günlük basınç dayanımları bulunmuştur. Çalışmanın

sonucunda düşük, normal ve yüksek sıcaklıkta uçucu kül ve cüruflu betonların

Portland çimentolu betonlara göre daha yavaş dayanım gelişimi gösterdiğini


84

açıklamışlardır. Ayrıca çalışmada, Portland çimentolu betonlar en yüksek dayanım

değerini 7 gün ve sonrasında 20°C kür sıcaklığında göstermiştir. 35°C’de kür edilen

uçucu kül betonları, 28 ve 90 gün sonunda diğer sıcaklıklara göre daha yüksek

dayanım kazanmışlardır. Cüruflu betonlar 28 gün kür süresinden sonra Portland

çimentolu betonlar ile aynı davranışı göstermişlerdir. Aynı zamanda, cüruflu betonlar

en yüksek dayanım değerini 20°C kür sıcaklığında kazanmışlardır.

Cürufun hidratasyonu Portland çimentosuna göre daha yavaş olduğundan, her

iki çimento tipinin karışımı dayanım gelişimini geciktirecektir. Geciktirme derecesi,

cürufun ve portland çimentosunun kimyasal kompozisyonlarına, cüruf yüzdesine,

ortamın nem ve sıcaklığına bağlıdır. Roy ve Idorn’un (1982) çalışmasında cüruf-

çimento harcının, ilk yaşlardaki dayanım gelişiminin Portland çimentosu harcına

göre daha az olduğu bulunmuştur. Hogan ve Meusel (1981) ise, cüruf katkılı çimento

harcının buhar kürü uygulandığında dayanım gelişiminde artış olduğunu

gözlemlemişlerdir. Wimpenny ve diğerleri (1989) 91 gün kür edilmiş cüruflu

betonların en yüksek basınç dayanımını 20°C’de elde etmişlerdir. Kür sıcaklığının

40°C’ye kadar artırılması basınç dayanımını ileriki yaşlarda düşürmüştür. Al-Kaisi

(1989), 20°C’de kür edilen Portland çimentosu ve cüruflu beton dayanımlarının 40-

60°C’de kür edilen betonlara göre 28 günden sonra daha fazla olduğunu göstermiştir.

Pratas (1978) ise çalışmasında, biri Portland çimentosu diğeri ise %50 cüruf

kullanarak iki karışım denemiştir. Her iki karışımda da aynı su/çimento oranı

kullanılmış olup, karışımlar 5, 20 ve 30°C suda kür edilmiştir. Sonuçlar

irdelendiğinde, 5°C’de kür edilen cüruflu betonun, Portland çimentosu betonuna göre

daha düşük dayanım gelişimi gösterdiği fakat 30°C’de bu durumun tam tersi olduğu

ortaya çıkmıştır (Eren ve Yılmaz, 2004).

2.12.15 Çimento, Uçucu Kül ve EER

Li (1988), zemin stabilizasyonunda çimento, uçucu kül ve EER kullanımını

araştırmıştır. EER Japonya’dan getirtilen kimyasal bir karışımdır ve Li’nin

çalışmasında zemine sadece çimento katkısı ilavesinden daha fazla mukavemet

kazandırmak için çimento, uçucu kül ve EER katkısının çok daha etkili olacağı


85

vurgulanmaktadır. Bunun nedeni Ca(OH)2 ile uçucu küldeki silika ve alumina ikincil

bir reaksiyon göstermesidir. Aynı zamanda serbest basınç dayanımının kür zamanı

ile arttığı, kuru birim ağırlığın artmasıyla arttığı ve kompaksiyon enerjisine bağlı

olduğu da belirtilmiştir. Örselenmiş numunelerde yapılan deney sonuçları daha

düşük değerler vermektedir.

2.12.16 Bentonit, Kireç ve Çimento

Sıvapullaiah ve ark. (2002), kırmızı toprak zemine %20 bentonit, %1 çimento

ve %1 kireç katkısı üzerinde çalışmışlardır. Kompaksiyon deneyinden elde edilen

optimum su muhtevasına göre numuneler hazırlanmıştır. Değişik katkı oranları ile

hazırlanan numuneler 0, 7 ve 28 gün kür edilerek konsolidasyon, serbest basınç

deneyi gibi deneylere tabi tutulmuştur. Deneyler sonucunda, zeminin kompaksiyon

özelliklerinin değiştiği görülmüştür. Optimum su muhtevasında bir değişiklik

olmazken kuru birim hacim ağırlık artmaktadır. Kireç veya çimento zeminin

stabilitesini arttırmaktadır. Sıkışabilirliği kireç çimentodan daha fazla arttırmaktadır.

Bentonit, kireç karışımı 7 günden daha sonra dayanımını arttırırken; çimento,

bentonit karışımı 7 gün içinde dayanımını hızla kazanır.

2.12.17 Asfalt, Kireç ve Çimento

Al ve Wahhab (1996), zemin stabilizasyonunda asfalt ile kireci ve çimentoyu

karıştırarak suyun zemine verdiği hasarı önlemeye çalışmışlar ve %2 ila %4 oranında

çimento ve kireç kullanılarak yapılan deney karşılaştırmalarında çimentonun kirece

göre daha etkili olduğunu belirtmişlerdir. İki çeşit asfalt kullanmışlardır ve

emulsiyon tipi asfalt kullanıldığında çimentonun daha etkili olduğu belirtilirken;

katbek asfalt kullanıldığında kireç ve çimentonun aynı etkiye sahip olduğu

görülmüştür.


86

2.12.18 Bentonit, Kil, Uçucu Kül ve Silis Dumanı

Tan ve ark. (2002) yaptıkları çalışmada 0.06-0.5 mm tane çapı aralığına sahip

kum, değişik oranlardaki bentonit, kil, uçucu kül ve silis dumanı ile stabilize edilerek

kayma direnci ve kompaksiyon parametrelerinin değişimleri incelenmiştir. Bentonit,

kil, silis dumanı ve uçucu kül parametre ve her parametre de üç seviyeli olarak

seçilmiştir. Kompaksiyon deneyleri sonucunda karışımların maksimum kuru birim

hacim ağırlıkları ve optimum su muhtevaları belirlenmiştir. Optimum su

muhtevalarında kesme kutusu deneyleri yapılıp kayma direnci parametreleri ve

değişimleri incelenerek optimum karışım oranları belirlenmiştir. Parametrelerin

kohezyon ve içsel sürtünme açısı üzerindeki etkilerini belirlemek için varyans

analizleri yapılmıştır. Genel olarak, bentonitin kohezyon ve içsel sürtünme açısı

üzerinde en etkili malzeme olduğu belirlenmiştir.

Son yıllarda katkı maddeleri ile stabilizasyon konusu çeşitli yönleri ile

araştırılmaktadır. Magistris (1998) tarafından yapılan çalışmada düşük bentonit

oranlarında siltli kumların fiziksel ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Alawaji

(1990), kum bentonit karışımlarının şişme ve sıkışma karakteristiklerini incelemiştir.

Seçilen parametreler ve karışım oranlarına göre yapılan laboratuar deney sonuçları

kullanılarak Taguchi yöntemi ile yapılan değerlendirmeler sonucunda; Deneylerde

içsel sürtünme açısı üzerinde; bentonitin % 26.6, silis dumanının % 13.8 ve uçucu

külün % 14.6 oranlarında etkili olduğu, kilin önemli bir etkisinin bulunmadığı

belirlenmiştir. İçsel sürtünme açısı üzerinde etkili olan üç faktörün yer aldığı ve %

10 bentonit, % 10 silis dumanı % 20 uçucu kül ve % 60 kum kullanıldığı bir

karışımda içsel sürtünme açısının malzemeler arasında iç etkileşim olmaması

durumunda φmax =34.3 o olması beklenilmektedir. Karışımlarda % 5-10 arasında

bentonit, % 0-10 arasında silis dumanı kullanılması ile içsel sürtünme açısı artmakta,

daha yüksek oranlarda ise düşmektedir. % 0-10 arasında olan kil içsel sürtünme

açısını arttırmaktadır.

Kohezyon üzerinde ise bentonitin % 58.6, kilin % 12, silis dumanının % 17

oranlarında etkili olduğu belirlenmiştir. Buradan karışımların kohezyonu üzerinde en

önemli etkiye sahip parametrenin bentonit olduğu, uçucu külün önemli bir etkisinin


87

olmadığı görülmektedir. Davranışta etkili üç parametrenin alındığı bir karışımda %

20 bentonit, % 5 kil ve % 75 kum kullanılması ve malzemeler arasında iç etkileşim

olmaması durumunda kohezyonun % 90 güven aralığında ortalama c=0.63 kg/cm2

olması beklenilmektedir. % 10-20 arasında bentonit, % 10-20 silis dumanı

kullanılması ile kohezyon artarken, uçucu külün uçucu külün % 10’dan daha fazla

olması kohezyonu düşürmektedir (Tan ve ark.,2002).

2.12.19 Atık Çamur Katkısı

Angın (2005),Trabzon İçme Suyu Arıtma Tesisinde suyun arıtılma işlemi

sonucunda atık olarak oluşan çamur katkı maddesi olarak kullanılabilirliğini

araştırmıştır.

Çalışmada katkı oranları %7.5, %10, %12.5 ve %15 olarak belirlenmiştir.

Yapılan deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre atık çamur ile

stabilizasyon, kireç ve çimento kadar yüksek iyileştirme sonuçları vermese de

maliyetinin çok az olmasından dolayı kireç ve çimento göre kullanımı tercih

edilebilecek olan bir malzeme olabileceğini göstermektedir.

Deney sonuçlarına göre katkı malzemesinin şişen zeminlerde daha etkin

olduğu ve optimum katkı oranının %12.5 olduğu gözlemlenmiştir.

2.12.20 Granüler Kauçuk Katkısı

Ghazavi (2004), granüler kauçuk ile uniform kum zeminlerin stabilizasyonu

konusunu çalışmıştır. Ağırlıkça %10, %15, %20, %50, %70 katkı ilavesiyle

hazırlanan karışımlar kesme kutusu deneyine tabi tutulmuştur. Ancak sürtünme

açısında önemli bir fark oluşturulamamıştır. Geoteknik projelerinde kullanılabilecek

bir malzeme olup, çevre kirliliğini önlemek amacıyla da kullanılabilir.


88

2.12.21 Uçucu Pirinç Kabuğu ve Kireç

Muntohar ve Hantoro (2000) tarafından yapılan çalışmada %2, %4, %6, %8,

%10 ve %12 oranında kireç ve %7.5, %10 ve %12.5 uçucu pirinç kabuğu killi

zemine ilave edilip numuneler hazırlanmıştır. Kür edilen numunelere kıvam limitleri,

dane dağılımı, kompaksiyon, CBR, üç eksenli basınç ve konsolidasyon deneyleri

uygulanmıştır. Deneyler sonunda zeminin fiziksel özelliklerinin iyileştiği, zeminin su

muhtevası yüksek olduğunda uçucu pirinç kabuğunun daha iyi durumda olduğu ve

konsolidasyon oturmalarının azaldığı görülmüştür. Ayrıca, bu katkı malzemesinin

kullanımının ekonomik açıdan da yarar sağlayacağı açıktır.

2.12.22 Uçucu Pirinç Kabuğu ve Çimento

Benzer bir çalışma da rezidüel zeminlerin stabilizasyonu için yapılan değişik

bir çalışmadır. Basha ve ark. (2004), değişik oranlarda zemine ekleyerek

hazırladıkları numuneler üzerinde kıvam limit deneyleri, kompaksiyon deneyleri,

CBR deneyleri ve serbest basınç deneyleri gerçekleştirmişlerdir. Uçucu pirinç

kabuğu (RHA) rezidüel zeminin plastisitesini arttırmıştır. %6 ila %8 çimento ve %15

ila %20 RHA katkısı ile zemin mukavemetinde beklenilen sonuçlar elde edilmiştir.

2.12.23 Sodyum Silikat

Günümüzde zeminlerin stabilizasyonunda yüksek PH değerinden ötürü zemin

danelerinin yüzeyinde çimentolaşma reaksiyonu yaparak stabilitenin artması için

kullanılmaktadır. Ancak düşük aktiviteli killerde başarılı iken yüksek aktiviteli

killerde pek etkili değildir.%2-%10 arasında sodyum silikat %1 civarında bentonit ile

birlikte karıştırıldığında mukavemetin artmasına neden olmaktadır. Sodyum silikat

ile kalsiyum klorit, sodyum aluminant, magnezyum karbonat v.b katkılar birlikte

kullanıldığında hem mukavemet hem de durabilitenin artmasına neden olmaktadır.


89

2.12.24 Kloritler

Kalsiyum klorit(CaCl2)ve sodyum klorit(NaCl) gibi tuzlar yollarda toz

kontrol, rutubetin sağlanması, yüzeyden kaba danelerin kopmasının önlenmesi gibi

amaçlarla kullanılmaktadır. Ayrıca diğer kloritler(örneğin MgCl2) yoğunluk ve

stabilitenin artmasına neden olduğu gibi zeminin PI ve LL değerinin düşmesine

neden olmaktadır. Zeminin permeabilitesini artırarak kapilarite duyarlılığını

azaltmakta ve böylece don kabarmalarını da önlemektedir. Ancak suyla eriyerek

zeminden uzaklaşmasının önlenmesi oldukça güç olduğundan dolayı kullanımı

sınırlıdır. Bilindiği gibi zeminler büyük oranda kalsiyum(Ca+2), magnezyum(Mg+2),

sodyum(Na+), potasyum(K+) gibi katyonlardan ve sülfat(SO4-2), klorit(Cl-),

fosfat(PO4-3), nitrat(NO3

-) anyonlardan oluşur. Özellikle şişebilen zeminlerde tuzların

katılması ile iyon dengesi sağlandığından şişme basınçları ve şişme basıncı değerleri

de azaltılabilmektedir.

2.12.25 Fosforik Asit

Zemine fosforik asit(H3PO4) veya diğer fosforik bileşikler katıldığında

mukavemet artışı ve suya karşı direnç sağlanmaktadır. Özellikle tabii şevlerin ve

dolgu şevlerinin erozyona karşı dirençli olmasını sağlamaktadır. Otoyol gibi yüksek

standartlı yollarda dolgu şevlerinin yüzeysel sularla erozyonu önlemek amacıyla

çimlendirilmektedir. Bu çimli sahaların yapımı ve bakımı kurak iklime sahip

bölgelerde sorun olabilmektedir. Bu amaçla fosforik asit ile dolgu şevlerinin stabil

hale getirilmesinde oldukça başarılı sonuçlar alınmıştır. Fosforik asit kil mineralleri

ile reaksiyona girerek çimentolaşma oluşmakta ve %20-%50 kadar mukavemet artışı

sağlanabilmektedir. Ancak zemin çok miktarda kalsiyum içeriyorsa fosforik asit

etkin olmamaktadır.


90

2.12.26 Diğer Kimyasal Katkılar

Zeminin özelliklerini iyileştirmek amacıyla zemine katılan bazı maddeler

zeminin killi daneleri ile kimyasal reaksiyon yaparak zeminin çimentolaşmasını

sağlarlar. Bu amaçla kullanılan kimyasal katkılar; fosforik asit, fosfat, kalsiyum

sülfat (jibs), sodyum hidroksit (kostik soda), alüminyum tuzları gibi inorganik

maddeler ile polimerler gibi organik maddeler ve lifler olabilir. Bunlar zeminin

asidik ve alkalinik özelliklerine bağlı olarak seçilir ve belli oranlarda zemine

katılarak daha stabil olması sağlanır. Zemin stabilizasyonu için kullanılacak olan

kimyasal maddeler zemin cinsine ve arzulanan özelliklere göre seçilip tespit edilerek

kanıtlandıktan sonra kullanılmalıdır (Tunç, 2002).

2.13 Kontrol

Zemin iyileştirilmesinde hangi yöntem seçilirse seçilsin, son adım, konik

penetrasyon deneyi (CPT) ve standart penetrasyon deneyi (SPT) gibi yöntemler

kullanılarak, sahada sonuçları kontrol etmek olmalıdır. Zemin iyileştirme işlemi

tatmin edici olmadığı zaman, istenilen özellikler elde edilinceye kadar işlem tekrar

edilmelidir (Kayabalı, 2004).

3 MATERYAL VE METOD Gülsen TUMLUER

91

3 MATERYAL VE METOD

Yapılan bu çalışmada, kum zeminlerin katkı malzemeleri ile ıslahı

araştırılmıştır. Deneysel çalışmada Çukurova bölgesi, Seyhan nehir yatağından

getirilen kum numuneler, Adana Çimento Sanayi T.A.Ş. Adana Çimento

Fabrikasında üretilen CEM II / B-M 42.5R Portland Kompoze Çimento, İskenderun

Demir Çelik Fabrikasının atığı olan ve OYSA İskenderun Çimento Fabrikasında belli

bir incelik değerine kadar öğütülmüş yüksek fırın cürufu kullanılmıştır.

Optimum su muhtevasını bulmak için kum numune üzerinde proktor deneyi

yapılmış ve daha sonra bulunan optimum su muhtevasında ve değişik oranlarda katkı

malzemesi kullanılarak hazırlanan ve küre tabi tutulan numunelerin mukavemetini

ölçmek için serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Hazırlanan numuneler 7, 14, 28 ve

56 gün boyunca kür edildikten sonra deneye tabi tutulmuştur. Numunelerin bir kısmı

hazırlanışının beşinci gününden, bir kısmı da ilk gününden itibaren küre tabi

tutulmuştur ve daha sonra deney sonuçları karşılaştırılmıştır.

Sonuçta, kompoze çimento ve yüksek fırın cürufunun kum zeminin

mukavemet özelliklerine olan etkisi deneysel olarak araştırılmıştır.

3.1 Zemin Özellikleri

Deneysel çalışmalarda, Çukurova bölgesi, Seyhan nehir yatağından getirilen

kum numuneler kullanılmıştır. Kum numuneler üzerinde, zemini sınıflamaya yönelik

ve mukavemet özelliklerini tespit etmek için bir grup deneyler yapılmıştır. Bu deney

sonuçlarına göre, kullanılan kumun zemin sınıfı, kötü derecelenmiş ince ve temiz

kum (SP) ve dane birim hacim ağırlığı γs=2,68 g/cm3 olarak belirlenmiştir (Yıldız,

2002).

Ayrıca kuru birim hacim ağırlığı γk=1,71 g/cm3 olacak şekilde hazırlanmış

kum numuneler üzerinde, zeminin kayma mukavemet parametrelerini tespit etmek

için yapılan kesme kutusu ve drenajlı üç eksenli basınç deneyleri sonucunda, kayma

mukavemet açısı, φ=41° ve kohezyon c=0x10-2 kg/cm2 olarak bulunmuştur. Zeminin

granülometrik dağılımıyla ilgili özellikler Çizelge 3.1’de sunulmuştur (Yıldız, 2002).


92

Çizelge 3.1 Kum Zeminin Elek Analizi Sonuçları

Granülometrik Parametreler Birim Değer

Kaba Daneli Kum YüzdesiOrta Daneli Kum Yüzdesi İnce Daneli Kum Yüzdesi

Efektif Dane Çapı, D10 D30 D60

Zemin Sınıfı

% % %

mm mm mm

-

0,0 34 66

0,26 0,30 0,40 SP

3.2 Yüksek Fırın Cürufu Özellikleri

Çalışmada, İskenderun Demir Çelik Fabrikasının atığı olan ve OYSA

İskenderun Çimento Fabrikasında belli bir incelik değerine kadar öğütülmüş yüksek

fırın cürufu kullanılmıştır. Cürufa ait kimyasal özellikler Çizelge 3.2’de

verilmektedir.

Cürufun baziklik katsayısı Kb = (CaO + MgO) / (SiO2 + Al2O3) = 0,84 olup,

cüruf özgül ağırlığı 2,81gr/cm3, Blaine özgül yüzeyi ise 4250cm2/gr’dır.

Çizelge 3.2 Yüksek Fırın Cürufu ve Çimento Kimyasal Kompozisyonu (%)

Oksit SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O KK YFC 36,70 14,21 0,98 32,61 10,12 0,99 0,76 0,42 -

CEM II 25,70 6,95 4,07 53,33 3,87 1,90 1,21 0,48 1,10

3.3 Çimento Özellikleri

Deneysel çalışmalarda, Adana Çimento Sanayi T.A.Ş. Adana Çimento

Fabrikasında üretilen CEM II / B-M 42.5R Portland Kompoze Çimento

kullanılmıştır. Kullanılan Portland kompoze çimentoya ait kimyasal özellikler

Çizelge 3.2’de verilmektedir. Ayrıca çimento örneğine ait analiz sonuçları ek

kısmında verilmiştir. Portland kompoze çimento, çeşitli oranlarda portland çimentosu

klinkeri ve katkı maddelerinin, priz düzenleyici olarak da kalsiyum sülfatın katılarak

öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. CEM II; kütlece, A tipleri


93

için en çok 20 kısım, B tipleri için 35 kısım puzolanik madde ve portland çimento

klinkerinin, bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesiyle elde edilen hidrolik

bağlayıcıdır. Buradaki "puzolanik maddeler" deyimi, kendi başlarına hidrolik

bağlayıcı olmadıkları halde, ince olarak öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve

normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek bağlayıcı özelikte

bileşikler oluşturan maddeleri ifade etmektedir. Yüksek fırın cürufu, demir-çelik

üretiminde yüksek fırınlarda oluşan ve uygun şekilde aktifleştirildiğinde hidrolik

özelikler gösteren ve kütlece en az 2/3 oranında camsı cüruf ihtiva eden suni bir

puzolandır. Uçucu kül ise, pulverize kömür yakılan fırınlardan atılan baca gazından,

toz partiküllerinin elektrostatik veya mekanik olarak çöktürülmesiyle elde edilen suni

bir puzolanik maddedir. Silika fume (silis dumanı) katkısı, yüksek miktarda amorf

silisyum dioksit ihtiva eden çok ince küresel partiküllerden oluşan suni bir puzolanik

maddedir.

3.4 Standart Proktor Deneyi

Deneyin amacı; zeminde kuru birim hacim ağırlık –su muhtevası bağıntısının

elde edilmesi ve ayrıca çan eğrisine benzer bu bağıntının tepe noktasındaki

maksimum kuru birim hacim ağırlık ile optimum su muhtevasının belirlenmesidir.

Deneyde yaklaşık 5kg kadar kum numune kullanılmıştır.

3.4.1 Deneyin Teorisi

Zemin kompaksiyonu, zemini mekanik araçlarla zorlayarak boşluklarındaki

hava hacminin azaltılması ile danelerin birbirlerine daha yakın olarak kümelenmesini

sağlama işlemidir. Kompaksiyon ile zeminin mukavemeti artar, kompresibilitesi

azalır.

Arazide silindirler, vibratörler ve tokmaklar ile yapılan kompaksiyonda

amacına uygun sonuçlar elde edilmesi için sıkıştırılacak malzemenin kompaksiyon

özelliklerinin laboratuar deneyleri ile tespit edilmesi gerekir (Kumbasar, 1999).


94

Kuru birim hacim ağırlık ne kadar büyükse, o zemin o kadar iyi sıkışmış

demektir. Sıkıştırılmış bir zemin için yaş ve kuru birim hacim ağırlıklar yazılıp

birbirine bölünürse, kompaksiyonun temel bağıntısı elde edilir.

ew

VW s

n ++

==1

)1(*γγ (3.1)

es

k +=

1γ

γ (3.2)

wk

n += 1γγ

(3.3)

ww

nk +

=+

=100

*1001

γγγ (3.4)

s

w

WW

w = (3.5)

Deney sonucunda Şekil 3.1’deki gibi tipik bir eğrinin çıkması beklenir:

Şekil 3.1 Kompaksion Eğrisi

Çünkü bir zemin, sabit bir kompaksiyon enerjisi ile değişik su muhtevalarında

artan su muhtevası ile kuru birim hacim ağırlığı önce artmakta, maksimum bir değere

w

γk

γkmax

wopt


95

ulaştıktan sonra da azalmaktadır. Bunun sebebi, önce zeminde yeterli su bulunmadığı

için, danelerin daha az boşluklu yerleşmek üzere hareket etmeleri, daneler arası

sürtünme kuvvetinden dolayı zordur. Zira su daneler arası bir tür yağlanma etkisi

yapmaktadır. En son bölgede zeminde fazla su bulunduğundan ve suyun da pratik

olarak sıkışmaz olmasından dolayı, gene zeminin boşluk hacmi fazla

azaltılamamaktadır. Ortadaki bölgede ise, sıkışma en yüksek olmakta, kuru birim

hacim ağırlık ise, maksimum değere ulaşmaktadır. Kuru birim hacim ağırlığının yani

sıkıştırmanın en büyük olduğu durumdaki su muhtevasına optimum su muhtevası

denilir. En iyi sıkıştırma optimum su muhtevasında elde edilir.

3.4.2 Kullanılan Aletler

1. Metal kalıp (mold, standart Proktor kabı): Hacmi 934,67cm3, ağırlığı 4730gr,

silindir biçiminde, kolayca çıkarılabilen bir taban plakası ile 5cm

yüksekliğinde yakası bulunan.

2. Terazi: 1gr hassasiyette

3. Palet bıçağı

4. Metal tokmak: 50mm çapında dairesel bir tabanı olan, 2,5kg ağırlığında,

30,5cm yüksekliğinde, elle çalıştırmaya elverişli bir cihaz.

5. Geniş karıştırma tavası

6. 4 nolu elek ve tavası

7. Metal tepsi

8. Etüv: Sürekli 1050C-1100C sıcaklık sağlayabilen.

9. Makine yağı: Tokmağın ucuna malzeme yapışmasını engelleyecek

10. Çok sayıda standart numaralı metal kap

3.4.3 Deneyin Yapılışı

1. Yaklaşık 5kg kadar numune su muhtevası yaklaşık olarak %1-%2 arasında

olacak şekilde su ile iyice karıştırılmıştır.


96

2. Kalıp, taban plakası takılmış olarak 1gr hassasiyetle 4287,5gr olarak

tartılmıştır. Kalıp, sert zemine oturtulup, nemli zemin mümkün olduğu kadar

eşit ağırlıkta üç tabaka halinde, her birine 30,5cm’lik serbest düşüş yapan

tokmakla 25 darbe uygulayarak, üst ucuna yakası takılmış kalıbın içinde

sıkıştırılmıştır. Darbeler her tabaka yüzeyine eşit aralıklarda dağıtılmaya

çalışılmıştır. Bunun için tokmak moldun içerisine değişik noktalara düşüş

yapacak şekilde düşürülmeye çalışılmıştır. Tokmak kılavuzunun, tokmağın

serbest düşüşünü engelleyecek biçimde, zeminle tıkanmasını engellemek için

yağ kullanılmıştır.

3. Her tabaka serilirken tabakalar arası kaynaşmayı sağlamak için, numune

yüzeyi çizilmiştir 3 tabaka halinde sıkıştırma işlemi yapılmıştır.

4. Kullanılan zemin miktarı kalıbı dolduracak şekilde ve yaka çıkarıldıktan

sonra kesilip atılacak kısım 6mm’yi aşmayacak şekilde ayarlanmıştır.

5. Yaka çıkartılıp, sıkıştırılmış zemin çelik cetvelle kalıbın üst kenarı

seviyesinde düzeltilmiştir. Kalıp ve zemin 1gr hassasiyetle 5812,5gr olarak

tartılmıştır.

6. Sıkıştırılmış zemin kaptan çıkarılırken iki adet numune su muhtevasının

ölçülmesi için alta ve üste yakın yerlerden alınarak 6 ve 29 nolu kaplara

koyularak 59,433gr ve 66,956gr olarak tartılıp etüve koyulmuştur. Daha

sonra kuruyunca da tartılıp 94,433gr ve 66,816gr bulunmuştur. Bu iki ayrı

numune için su muhtevası bulunarak ortalaması alınmıştır.

7. Zeminin geriye kalanı, deneyin başında hazırlanan numuneye eklenip su

muhtevası her seferinde %1 artacak şekilde su eklenip iyice karıştırılarak

sıkıştırma işlemi ve su muhtevasının ölçümü için yapılan işlemler aynı

şekilde optimum su muhtevası bulunacak şekilde tekrarlanmıştır.

8. Deney, kullanılan su muhtevaları maksimum kuru birim hacim ağırlığı veren

optimum su muhtevasını içeren aralıkta yapılmıştır.

9. Sonuçta birim hacim ağırlık-su muhtevası grafiği elde edilmiştir ve bu grafik

bulgular ve tartışma kısmında bulunmaktadır.


97

3.5 Numunelerin Hazırlanması ve Bakımı

Numunelerin yerleştirilmesi için su borusundan hazırlanan kalıpların çapı

36mm’dir ve boyu çapının iki katı olacak şekilde 72mm olarak hazırlanmıştır.

Ayrıca, bakım süresi sonunda numunelerin kalıptan kolayca çıkarılabilmesi için

kalıplar dikey eksende kesilerek hazırlanmıştır. Kalıplar içerisine numune

yerleştirilmeden önce açılmaması için kalın bant ile yapıştırılmıştır.

Öncelikle darası sıfırlanan tepsi içerisine kum dökülerek tartılmıştır. Daha

sonra kum içine belirlenen yüzdede (ağırlıkça) katkı malzemesi ilave edilerek küçük

yüzdelerde çalışıldığı için hassas bir şekilde tartılmıştır. Kum ve katkı malzemesi

topaklanma olmasına izin verilmeyerek homojen olacak bir şekilde özenle

karıştırılmıştır (Şekil 3.2.a). Yaklaşık 5–10 dakika süren bu karıştırma aşamasından

sonra belirlenen optimum su muhtevasına göre su ilave edildikten sonra da aynı

şekilde karıştırılan malzeme (Şekil 3.2.b-c.), numune oluşturulmaya hazır hale

getirilmiştir. Priz süresi geçilmeden numuneler hazırlanmıştır.

Numuneler aynı proktor deneyinde olduğu gibi eşit enerji kullanılarak

tabakalar halinde ve küçük tahta bir tokmak kullanılarak sıkıştırılmıştır (Şekil 3.2.d).

Daha önceden; proktor deneyinden bulunan birim ağırlık değerine göre, hacmi de

bilinen kalıplara, formüllerden elde edilen ağırlıkta numune sıkıştırmak için, standart

bir sıkıştırma değeri araştırılmış ve bu değer her tabaka için 50 olarak belirlenmiştir.

Yani, her tabakaya 50 darbe vurularak numune 3 tabaka halinde kalıba

yerleştirilmiştir. Kalıplar numunenin deney zamanı geldiğinde, kalıptan kolay

çıkarılabilmesi için yağlanmıştır. Numune yüzeyinin düz bir yüzey oluşturması için

palet kullanılmıştır. Değişik yüzdelerde hazırlanıp sıkıştırılan numunelerin

kalıplarının üzerine, numunelerin karışmasını önlemek için, yüzdeleri belirten

etiketler yapıştırılmıştır. Şekil 3.2.e’de numune kalıbı, tokmak, sıkıştırılıp

etiketlenmiş numune, kürden sonra kalıptan çıkarılmış numune ve serbest basınç

deneyinden sonraki kırılmış bir numune görülmektedir. Şekil 3.2.f’de ise numuneler

hazırlandıktan sonra kür ortamına konulmadan önceki halleri görülmektedir.

Hazırlanan numuneler, ıslak bir bez altında, bezin ıslaklığı sabit kalacak şekilde

düzenli olarak ıslatılarak, naylon altında suyun kurumasını önleyecek şekilde, kür


98

(bakım) uygulanmıştır. Zamanı gelen numuneler, serbest basınç deneyine tabi

tutulmuştur.

Şekil 3.2 Numunelerin Hazırlanma Aşamaları

3.6 Serbest Basınç Deneyi

Deneyin amacı; arazide bir yapı temeli veya toprak dolgu altında kalacak

veya herhangi bir başka yüklemeye maruz kalacak zemin tabakalarının gerilme-şekil

değiştirme davranışlarını ve kayma mukavemetlerini belirlemek için, bu tabakalardan

numune almak ve bunları laboratuarda deneye tabii tutmaktır ve bunun için birçok

deney yöntemi geliştirilmiştir. Serbest basınç deneyi de bunlardan bir tanesidir.

Sonuçta serbest basınç mukavemeti bulunmaktadır.

3.6.1 Deneyin Teorisi

Serbest basınç deneyinde silindirik bir zemin numunesi yalnızca eksenel

doğrultuda yüklemeye tabii tutulmaktadır. Eksenel yük artışları altında meydana

gelen numunenin boy kısalması, yani eksenel şekil değiştirmesi (deformasyon),

ölçülmekte ve gerilme-şekil değiştirme eğrileri elde edilmektedir. Eksenel gerilmenin

en büyük değeri (veya göçme kabul edebilecek şekil değiştirme seviyesine karşılık

gelen değeri) zeminin serbest basınç mukavemeti (qu) değerini vermektedir.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)


99

Numunede oluşan kayma düzleminin alt ve üst yükleme başlıkları ile kesişmemesi

için, boy uzunluğu/çap oranının

h/d ≥ 2 (3.6)

olarak seçilmesi uygun olmaktadır.

Serbest basınç deneyi ancak herhangi bir yanal destek olmaksızın kendi

kendini dik olarak ayakta tutabilecek özelliklere sahip zeminler üzerinde

uygulanabilmektedir. Bu yönden kumlar üzerinde uygulanması mümkün değildir.

Yalnızca killi zeminler için kullanılan bir deney yöntemi olmaktadır. Deney sırasında

numunenin drenaj koşulları kontrol edilemediği için, hızlı yükleme yapılarak,

zeminin drenajsız kayma mukavemetinin elde edildiği kabul edilmektedir. Eksenel

yüklemeden önce zemini konsolide etmek ve eksenel yükleme sırasında oluşan

boşluk suyu basınçlarını ölçmek mümkün olmamaktadır. Bu kısıtlayıcı yönlerine

karşın; serbest basınç deneyi, killerin drenajsız kayma mukavemetini belirlemekte

yaygın olarak kullanılan bir deney yöntemi olmaktadır.

P

d

hqu

ε ∆= h/h

P/A= σ

α

Şekil 3.3 Serbest Basınç Deneyinde Kırılma ve Gerilme Deformasyon

Bir serbest basınç deneyinde göçme anındaki gerilme durumunu gösteren

Mohr dairesi ve drenajsız kayma mukavemeti zarfı Şekil 3.4’te gösterilmektedir.

a) Göçme b) Gerilme Deformasyon


100

σ

τ

φ=0mukavemet zarfi

qu

Cu

3=0σ σ 1

Şekil 3.4 Drenajsız Kayma Mukavemeti Zarfı ve Mohr Dairesi

Drenajsız kayma mukavemetinin, göçme anındaki gerilme durumunu

gösteren mohr dairesi çizilerek,

uuf qc21

==τ (3.7)

olarak elde edilebileceği bu şekilden açık olarak görülmektedir. Fakat bu şekilde elde

edilen kayma mukavemetinin, ancak özel arazi yükleme ve drenaj koşullarında

geçerli olacağı unutulmamalıdır (Laman ve Yıldız, 1996).

Kırılma anındaki en büyük yük (Pmax), zemin örneğinin enkesit alanına

bölünerek, serbest basınç mukavemeti qu bulunur.

d

u APq max

1 == σ (3.8)

Serbest basınç deneyinde, yükleme, göreli olarak hızlıdır ve deney koşulları,

drenajsız (zemin örneğinden su çıkmaz.) olarak düşünülür. Kısaca zemin örneğinin

hacmi deney süresince sabit kalır. Kırılma sırasında, zemin örneğinin en kesit alanı,

aşağıdaki gibi hesaplanır. Bu arada hacim sabittir.

qu (kayma mukavemeti)

σ3=0

σ1


101

dd HAHAsabitV ** 00 === (3.9)

HHH f ∆−= 0 (3.10)

0

0

1HH

AAd ∆−

= (3.11)

Burada A0, H0; sırasıyla, zemin örneğinin başlangıçtaki en kesit alanı ve

yüksekliğidirler.

3.6.2 Kullanılan Aletler

1. Etüv

2. Numune kapları

3. Terazi

4. Serbest basınç test cihazı: Bu cihaz biri sabit, diğeri düşey yönde hareket

ettirilebilen iki yuvarlak plakadan oluşur. Düşey yük, yük halkası vb. yük

ölçme düzeni ile düşey deformasyon biçiminde uygulanır.

5. Yük halkası: Elastik, lineer davranan, yuvarlak bir çelik halkadır.

6. Deformasyon saati: (Komparatör, boy kısalması göstergesi ) tercihen 0,01

mm duyarlıklı (önce kullanılan saatin kapasitesi 2kN ve k sabiti 0,13kg/div

olduğu ve kapasitesinin aşılacağı düşünüldüğü için 4,5kN kapasiteli ve

yükleme hızı da 0,6mm/min olan saatle değiştirilmiştir).

7. Yeterli hassasiyette düşük aralıklardaki yükleme okumalarını alabilecek

Yükleme Ringi veya hücresi

8. Kumpas: Verniyerli

9. Çelik kıl testere: Numuneyi tıraşlamak için kullanılır.

10. Kronometre


102

Şekil 3.5 Serbest Basınç Deneyinin Yapılışı ve Kırılmış Numuneler

3.6.3 Deneyin Yapılışı

1-Numune(36mm çapında ve 72mm yüksekliğinde) presin alt platformuna

merkezlenerek oturtulduktan sonra üst başlık numunenin üst yüzeyine rahatça ve

tam değecek şekilde indirilmiştir. Boy değişimini ölçen saat alt ve üst başlıklara

yerleştirilerek sıfırlanmıştır.

2-Yükleme numunede dakikada %0,5 – 2 oranında boy kısalması oluşturacak

şekilde yapılmıştır. Yük ve boy değiştirme okumaları alınmıştır.

3-Deneye numune üzerinde kesilme meydana gelene kadar devam edilmiştir.

Mukavemeti çok yüksek olan bazı numunelerde göçme patlama şeklinde

gözlenmiştir. Kırılma şekli Şekil 3.5’te gösterilmektedir. Numune tartılarak su

muhtevasının belirlenmesi için etüve konulmuştur. Eşitlik 3.5 yardımıyla su

muhtevaları bulunmuştur ve kırılmış numunelere ait bulunan su muhtevaları

Çizelge 4.3, Çizelge 4.7, Çizelge 4.15’te verilmiştir.

(a) (b)

4 BULGULAR VE TARTIŞMA Gülsen TUMLUER

103

4 BULGULAR VE TARTIŞMA

Deneysel çalışmalarda kullanılacak olan kum zemin numunesi üzerinde

kompaksiyon (Proktor) deneyi yapılmıştır. Kompaksiyon deneyi verileriyle

oluşturulan grafikten numunenin maksimum yoğunluğa sahip olduğu yani, zeminin

maksimum sıkıştırılması için gerekli olan, optimum su muhtevası %5,81 ve buna

karşılık gelen maksimum birim hacim ağırlık 1,64gr/cm3 olarak elde edilmiştir. Bu

optimum su muhtevası değerine göre hazırlanan numuneler üzerinde yapılan serbest

basınç deney sonuçları da bu bölümde incelenecektir.

1,59

1,60

1,61

1,62

1,63

1,64

4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

Su İçeriği (%)

Kuru

Biri

m H

acim

Ağ.

(gr/c

m3 )

Şekil 4.1 Çalışmada Kullanılan Kum Zeminin Proktor Deneyi Sonucunda Elde Edilen Grafik

Deneyler üç grup halinde yapılmıştır. Birinci grup deneylerde katkı

malzemesi olarak sadece çimento kullanılmış ve numuneler beşinci günden itibaren

kür uygulanmaya başlanmıştır. İkinci ve üçüncü grup deneylerde ise, çimento ve

cüruf ilave edilerek elde edilen numuneler, ilk günden itibaren kür uygulanmaya

başlanmıştır.


104

4.1 Birinci Grup Deneyler

İlk yapılan deneylerde kum zemine çimentonun katkısı araştırılmıştır.

Numuneler %3, %4, %5, %6, %7 ve %8 çimento katkısı ile hazırlanmıştır.

Deneylerden elde edilen grafiklerden görülmektedir ki çimento katkısı ile dayanım

zamanla artmaktadır. %4 çimento katkısı ile hazırlanan numunelerin, değişik

zamanlarda kırılması sonucu, elde edilen gerilme deformasyon grafiği Şekil 4.2’de

verilmektedir. Diğer araştırılan % gruplarında da aynı durum geçerli olup; grafikleri

Ek.3 kısmında verilmiştir. Grafikte aynı miktarda katkı malzemesinin gerilme

deformasyon ilişkileri görülmektedir. Göçme yükleri net olarak görünen

grafiklerden, numunelerin 56 gün sonunda en fazla dayanıma sahip oldukları

görülmüştür.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

7gün14gün28gün56gün

Şekil 4.2 %4 Çimento Katkısında Gerilme Deformasyon İlişkisi


105

Şekil 4.3’teki grafikte de aynı gün içerisinde yapılan deneylerde çimento

miktarı artışının mukavemeti nasıl etkilediği görülmektedir. Çimento miktarı arttıkça

dayanım da artmaktadır. Yine diğer zaman grupları için de aynı çalışmalar yapılmış

olup Ek.3 kısmında verilmiştir.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%3 çim%4 çim%5 çim%6 çim%7 çim%8 çim

Şekil 4.3 Çimento Miktarı Artışının 7 Günlük Numunelerde Mukavemet Üzerindeki Etkisi

Şekil 4.4’deki grafikte ise; çimento miktarı ile gerilme arasında yaklaşık

doğrusal bir ilişki olduğu görülmektedir. Eğilim çizgileri aynı gün içerisinde yapılan,

aynı yüzdede çimento içeren, numuneler üzerindeki deneyleri belirtmektedir. Ayrıca

Şekil 4.4’te verilen eğilim fonksiyonları ve korelasyon katsayıları Excel bilgisayar

programında hesaplanarak Çizelge 4.1’de verilmiştir.


106

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

2 3 4 5 6 7 8 9

%Çimento

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

7 gün14 gün28 gün56 gün

Şekil 4.4 Aynı Gün İçerisinde Yapılan Aynı Yüzdede Çimento İçeren Numune Üzerinde Yapılan Deneyler

Çizelge 4.1 Şekil 4.4’e Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (çimento)2+b (çimento)+c

a b c R2 7 gün 0,000 2,313 -5,467 0,929 14 gün 0,000 2,178 -3,448 0,910 28 gün 0,000 2,474 -4,074 0,925 56 gün 0,000 2,979 -4,667 0,913

Şekil 4.5’deki grafikte ise; gerilme zaman arasındaki ilişki ikinci dereceden

bir eğri olduğu görülmektedir. Genel olarak yedi gün içerisinde numunelerin hızla

dayanım kazandığı ve 28 günden sonra bu dayanım hızındaki artış azalmaya

başlamıştır. Eğilim çizgileri farklı çimento oranlarında yapılan deneylere ait gerilme

zaman ilişkililerine belirtmektedir. Ayrıca Şekil 4.4’te verilen eğilim fonksiyonları

ve korelasyon katsayıları Excel bilgisayar programında hesaplanarak Çizelge 4.2’de

verilmiştir.


107

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

%3çim%4çim%5çim%6çim%7çim%8çim

Şekil 4.5 Aynı Yüzdede Hazırlanan Numunelerin Zamanla Gerilme Artışı


σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %3 Çimento -0,001 0,095 1,997 0,991 %4 Çimento 0,001 0,074 3,374 0,984 %5 Çimento -0,027 0,237 4,616 0,569 %6 Çimento 0,005 0,418 3,673 0,973 %7 Çimento 0,007 -0,306 13,857 0,999 %8 Çimento -0,003 0,282 11,605 0,999

Çizelge 4.3’de beşinci günden itibaren kür uygulanmaya başlanmış (1.grup)

numunelerin 56 gün boyunca yapılan deneyler sonucunda hesaplanan su muhtevası

değerleri görülmektedir. Görüldüğü üzere, numunelerin su muhtevası değerleri aynı

tutulmaya çalışılmış olup;%3-4 aralığında değerler almıştır.


108

Çizelge 4.3 Birinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri

Zaman (%)Çimento w(%)%3 3,43 %4 3,70 %5 3,18 %6 3,69 %7 3,71

7gün

%8 3,36 %3 3,12 %4 3,44 %5 3,16 %6 3,45 %7 3,39

14gün

%8 3,73 %3 3,19 %4 3,31 %5 3,00 %6 3,21 %7 3,25

28gün

%8 3,34 %3 3,34 %4 3,94 %5 3,34 %6 3,66 %7 3,78

56gün

%8 3,99

Çizelge 4.4’de ilk grupta yapılan deneylerden elde edilen göçme yükü

değerleri çizelge halinde verilmektedir. Çizelgeler kullanılarak hazırlanan grafikler

Ek.3 kısmında verilmiştir.

Çizelge 4.4 Birinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri

1. Grup Gerilme(kgf/cm2) 7gün 14gün 28gün 56gün %3 Çimento 2,57 3,14 3,65 3,41 %4 Çimento 3,69 4,85 5,54 8,68 %5 Çimento 5,06 9,30 8,21 9,67 %6 Çimento 6,71 7,98 11,91 11,95 %7 Çimento 12,11 10,89 10,89 18,96 %8 Çimento 13,38 15,03 17,02 17,64


109

4.2 İkinci Grup Deneyler

Bu gruptaki deneyler yine kum zemine %3, %5, %7 çimento ve toplamda %3,

%5, %7 yarısı çimento yarısı cüruf olacak şekilde katkı malzemesi ilave edilmiştir.

Bu gruptaki numuneler ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanmıştır. Bu

gruptaki %3, %5, ve %7 çimento katkısı olan numuneler ile yapılan deneylerin

sonuçları ile, birinci gruptaki, yani beşinci günden itibaren kür edilmeye başlanan

numunelerle yapılan deneylerin sonuçları karşılaştırılmıştır. Kür etkisi

gözlemlenmiştir. Şekil 4.6’da ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanan çimento

katkılı numunelerdeki mukavemetin, beşinci günden itibaren, kür uygulanmaya

başlanan numunelerin mukavemetinden daha fazla olduğu ve zamana bağlı dayanım

artımının daha yüksek olduğu açık bir şekilde görülmektedir Ayrıca Şekil 4.6’da

verilen eğilim fonksiyonları ve korelasyon katsayıları Excel bilgisayar programında

hesaplanarak Çizelge 4.5’te verilmiştir.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

22.00

24.00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 ) %3-ilk grup

%5-ilk grup%7-ilk grup%3ikinci grup

%5ikinci grup%7ikinci grup

Şekil 4.6 Birinci ve İkinci Grup Deneylerin Karşılaştırılması (Kür Faktörü)


110

Çizelge 4.5 Şekil 4.6’ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %3 Çim (ilk grup) -0,001 0,095 1,997 0,991 %5 Çim (ilk grup) -0,003 0,237 4,616 0,569 %7 Çim (ilk grup) 0,007 -0,306 13,857 0,999 %3 Çim (ikinci grup) 0,001 0,061 2,299 0,987 %5 Çim (ikinci grup) -0,002 0,297 4,614 0,999 %7 Çim (ikinci grup) -0,007 0,636 8,697 0,994

Şekil 4.7’de aynı miktarda katkı malzemesi kullanılarak elde edilen gerilme

deformasyon grafiği verilmiştir. Yedinci günde yapılan bu deneylerde çimento

katkılı numune dayanımının nispeten daha fazla olduğu görülmektedir.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf

Şekil 4.7 7 Gün Sonunda Aynı Miktar Çimento ve Çimentolu Cüruf İlavesinin Karşılaştırılması

Şekil 4.8’de %7 çimento katkısının gerilme deformasyon değişiklikleri

görülmektedir. Göçme anı da belirli olan grafikten anlaşıldığı gibi numuneler 56 gün

sonunda en fazla dayanıma sahip olmuştur. Şekil 4.9’da ise, cüruf çimento karışımı

için elde edilen değerler ile çizilmiştir. İki grafikte de katkı malzemesi miktarı

%7’dir.


111

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Şekil 4.8 Sadece %7 Çimento İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Şekil 4.9 %3,5Çimento %3,5 Cüruf İçin Gerilme Deformasyon Değişiklikleri

Ayrıca bu grupta yapılan deneylerde, aynı miktarda katkı malzemesi

kullanılarak yapılan, deney sonuçları da (Şekil 4.10’daki gibi) karşılaştırılmış olup

birbirine yakın sonuçlar verdiği görülmüştür. Yarı cüruf – yarı çimento katkısı ile

daha ekonomik çalışmalar yapılabileceği açıktır. Bu bölümde sadece %7 katkı için


112

yapılan çalışmaya yer verilmiş olup; diğerleri Ek.4 kısmında verilmiştir. Katkı

malzemesi ve zaman arttıkça mukavemet değerlerinin yakınlaştığı görülmektedir.

Eren ve Yılmaz (2004), yaptıkları çalışmada, yüksek fırın cürufu veya uçucu kül’ün

portland çimentosu yerine bir miktar kullanılmasının, değişik sıcaklıklarda kür

uygulanan betonların dayanımlarına olan etkilerini incelemişler ve cüruf içeren

betonların 100% Portland çimentolu betonlara göre, ilk yaşlarda, daha yavaş

dayanım kazandığını göstermişlerdir. Fakat daha ileriki yaşlarda (56 gün), cüruflu

karışımların Portland çimentolu karışımlara yakın bir değer verdiğini görmüşlerdir.

Ancak kendi çalışmalarında, 20°C’de kür uygulanan %50 cüruflu karışımın 90 güne

kadar Portland çimentolu karışımın değerine yakın olmadığını görmüşlerdir ve bu

farkın, Wainwright ve Tolloczko (1986)’nun daha yüksek miktarda Portland

çimentosu (437 kg/m3) ve daha düşük su/çimento oranı kullanımı ile oluştuğunu

açıklamışlardır. Aynı zamanda cüruflu betonların 28 gün kür süresinden sonra,

Portland çimentolu betonlar ile, aynı davranışı gösterdiğini ve cüruflu betonların en

yüksek dayanım değerini 20°C kür sıcaklığında kazandığını göstermişlerdir. Yapılan

bu çalışmada da daha düşük dayanımlı bir çimento kullanımı ile cüruflu karışımın

dayanımının, Eren ve Yılmaz (2004)’ün çalışmasında olduğu gibi çimentolu karışım

değerine yaklaşması beklenmektedir. Tokyay (2003)’ de aynı 28 günlük dayanımın

elde edildiği, birbirine çok yakın inceliklerdeki bir portland çimentosuyla %65 cüruf

içeren bir cüruflu çimento karşılaştırıldığında, erken yaşlarda portland çimentosunun,

geç yaşlarda ise cüruflu bir çimentonun daha yüksek dayanıma sahip olduğunu

belirtmektedir.


113

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur

Şekil 4.10 %7 Katkı Malzemesi İle Elde Edilen Grafik

Çizelge 4.6 Şekil 4.10’a Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 Çimento -0,007 0,636 8,697 0,994 Çimento-Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985

Çizelge 4.7’de ilk günden itibaren kür uygulanmaya başlanmış numunelerin

56 gün boyunca yapılan deneylerin sonucunda, hesaplanan su muhtevası değerleri

görülmektedir. Görüldüğü üzere numunelerin su muhtevası değerleri aynı tutulmaya

çalışılmış olup; %4-5 aralığında değerler almıştır.


114

Çizelge 4.7 İkinci Grup Deneylerde Su Muhtevası Değerleri

Zaman (%)Katkı w(%)

%3 4,05 %5 4,67 %7 4,19

%1,5-%1,5 4,91 %2,5-%2,5 4,76

7gün

%3,5-%3,5 5,23 %3 4,00 %5 4,85 %7 4,19

%1,5-%1,5 4,99 %2,5-%2,5 4,72

14gün

%3,5-%3,5 5,25 %3 4,00 %5 4,65 %7 4,38

%1,5-%1,5 5,02 %2,5-%2,5 4,85

28gün

%3,5-%3,5 5,23 %3 4,48 %5 4,35 %7 4,11

%1,5-%1,5 5,12 %2,5-%2,5 4,77

56gün

%3,5-%3,5 5,07

Çizelge 4.8’de ikinci grupta yapılan deneylerde bulunan gerilme değerleri

çizelge halinde verilmektedir. Çizelgeler kullanılarak hazırlanan grafikler Ek.4

kısmında verilmiştir.

Çizelge 4.8 İkinci Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri

2. Grup Gerilme(kgf/cm2) 7gün 14gün 28gün 56gün %3 Çimento 2,58 3,50 4,13 6,79 %5 Çimento 6,69 8,37 11,83 16,59 %7 Çimento 12,54 16,62 20,61 21,66 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 2,29 3,50 4,27 6,32 %2,5 Çim-%2,5Cüruf 4,14 6,22 10,83 13,06 %3,5 Çim-%3,5Cüruf 9,05 13,57 17,08 20,53


115

4.3 Üçüncü Grup Deneyler

Üçüncü grup çalışmada ise; ikinci gruba ilave olarak %10 çimento ve yarısı

çimento, yarısı cüruf olmak üzere %10 katkı malzemesi olan deney numuneleri

hazırlanmış ve kontrol amaçlı olarak da %5 çimento ve aynı şekilde %5 katkı

malzemeli numuneler hazırlanıp, deney zamanı gelince kırılmıştır. Yani üçüncü grup

çalışmalar aslında ikinci grubun devamı niteliğinde yapılan çalışmaları içermektedir.

Şekil 4.11 ve Şekil 4.12’de çimento miktarı ve gerilme değerleri verilmiştir.

Görüldüğü gibi; çimento katkılı ve çimento cüruf karışımı katkılı numunelerin

dayanım davranışı birbirine çok benzemektedir.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Çimento

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Şekil 4.11 Farklı Oranlarda Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri



a b c R2 7 gün 0,204 0,451 -0,618 1,000 14 gün 0,825 -4,847 10,979 0,998 28 gün 0,575 -1,493 3,828 0,998 56 gün 1,308 -8,797 23,106 0,980


116

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6

%Çimento

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Şekil 4.12 Cüruflu Çimento Katkısı ve Gerilme Değerleri

Çizelge 4.10 Şekil 4.12’ye Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları


a b c R2 7 gün 0,000 5,386 -7,765 0,937 14 gün 0,000 5,264 -5,335 0,980 28 gün 0,000 5,689 3,686 0,993 56 gün 4,301 -13,812 18,242 0,993

Şekil 4.13 ve Şekil 4.14’ten de görülmektedir ki; zaman geçtikçe cüruf katkılı

olan numunelerin dayanımı sadece çimento katkılı numunelerin dayanımına çok

yaklaşmaktadır. Tokyay (2003), Eren ve Yılmaz (2004)’da aynı şekilde zamanla

cüruf katkısının çimento katkısı ile kazanılan dayanıma yakın mukavemet değerleri

kazanacağını savunmuşlardır.


117

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Katkı

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

ÇimentoÇim-cüruf

Şekil 4.13 İlk 7 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme Değerleri


σ=a (katkı)2+b (katkı)+c

a b c R2 Çimento 0,204 0,451 -0,618 1,000 Çimento-Cüruf 0,326 -1,592 4,086 0,999

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Katkı

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

ÇimentoÇim-Cüruf

Şekil 4.14 Toplam 56 Gün İçin Aynı Miktarda Katkı Malzemesinde Gerilme Değerleri


118



a b c R2 Çimento 1,378 -8,797 23,106 0,980 Çimento-Cüruf 1,075 -6,906 18,242 0,993

Şekil 4.15 ve Şekil 4.16’da ise; zamanla mukavemet artışı, değişik katkı

miktarlarına göre, önce sadece çimento için sonra çimento ve cüruf katkısı için

gösterilmiştir.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

%3 çim%5 çim%7 çim%10çim

Şekil 4.15 Sadece Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı


σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %3 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 %5 Çimento 0,000 0,201 5,597 0,991 %7 Çimento -0,007 0,636 8,697 0,994 %10 Çimento -0,010 1,375 19,716 0,886


119

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

%1,5 çim-%1,5 cur%2,5 çim-%2,5 cur%3,5 çim-%3,5 cur%5-5çim

Şekil 4.16 Cüruflu Çimento İçin Zamanla Mukavemet Artışı

Çizelge 4.14 Şekil 4.16’ya Ait Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 0,000 0,077 2,081 0,973 %2,5 Çim-%2,5Cüruf -0,005 0,485 0,752 0,995 %3,5 Çim-%3,5Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985 %5 Çim-%5 Cüruf 0,020 -0,555 24,125 0,999

Şekil 4.17’de iki ayrı zamanda yapılan deneyin sonuçlarını karşılaştırmak için

yapılmış olup, yapılan deneylerin güvenirliliğini göstermektedir. Bu grafik, iki farklı

zamanda hazırlanan numunelerin 56 gün sonunda kırılmasıyla hazırlanmıştır.

Sonuçlar birbirine çok yakın çıkmıştır ve bu da deneylerin tutarlı olduğunu

göstermektedir. Bu karşılaştırmanın sadece 2. ve 3. grup için yapılmasının sebebi

numunelere aynı şekilde kür uygulanmasıdır.


120

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

2.grup3.grup

Şekil 4.17 Deneyin Tutarlılığı İçin %5 Çimento Katkısı İçin Hazırlanan Grafik

Çizelge 4.15’de ikinci grubun devamı niteliğinde olan ve ilk günden itibaren

kür uygulanmasına başlanmış numunelerin 56 gün sonucunda hesaplanan su

muhtevası değerleri görülmektedir. Görüldüğü üzere numunelerin su muhtevası

değerleri aynı tutulmaya çalışılmış olup; %4-5 aralığında değerler almıştır.


121

Çizelge 4.15 Üçüncü Grup Deneyler İçin Su Muhtevası Değerleri

Zaman (%)Katkı w(%)%3 4,05 %5 4,48 %7 4,19 %10 4,00

%1,5-%1,5 4,91 %2,5-%2,5 4,76 %3,5-%3,5 5,25

7gün

%5-%5 3,95 %3 4,00 %5 4,24 %7 4,19 %10 3,91

%1,5-%1,5 4,99 %2,5-%2,5 4,80 %3,5-%3,5 5,24

14gün

%5-%5 4,59 %3 4,00 %5 3,81 %7 4,38 %10 3,71

%1,5-%1,5 5,02 %2,5-%2,5 5,08 %3,5-%3,5 5,23

28gün

%5%-5 4,15 %3 4,48 %5 3,37 %7 4,11 %10 3,20

%1,5-%1,5 5,12 %2,5-%2,5 4,58 %3,5-%3,5 5,06

56gün

%5-%5 4,42

Çizelge 4.16’da ise üçüncü grupta yapılan deneylerde bulunan gerilme

değerleri çizelge halinde verilmektedir. Çizelgeler kullanılarak hazırlanan grafikler

Ek.5 kısmında verilmiştir.


122

Çizelge 4.16 Üçüncü Grup Deneylerden Elde Edilen Göçme Yükü Değerleri

3. Grup Gerilme(kgf/cm2) 7gün 14gün 28gün 56gün

%3 Çimento 2,58 3,50 4,13 6,79 %5 Çimento 6,69 8,37 11,83 16,59 %7 Çimento 12,54 16,62 20,61 21,66 %10 Çimento 24,24 45,16 46,56 66,86 %1,5 Çim-%1,5Cüruf 2,30 3,50 4,27 6,32 %2,5 Çim-%2,5Cüruf 4,14 6,22 10,83 13,06 %3,5 Çim-%3,5Cüruf 9,05 13,57 17,08 20,53 %5 Çim-%5Cüruf 20,77 21,17 24,19 57,17

5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER Gülsen TUMLUER

123

5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Bu çalışmada sunulan deneysel sonuçların ve analizlerin değerlendirilmesi ile

aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır.

1. Deneysel çalışmalarda kullanılan kumlar üzerinde yapılan kompaksiyon

deneyinde, optimum su muhtevası %5,81 ve buna karşılık gelen maksimum

birim hacim ağırlık 1,64gr/cm3 olarak elde edilmiştir.

2. Çimento ve çimento cüruf karışımı oranlarının artmasıyla kum zeminde

mukavemetin arttığı gözlenmiştir.

3. Optimum su muhtevasında ve aynı oranda katkı malzemesi ile hazırlanan

numuneler, değişik şartlarda kür uygulandığında, ilk günden itibaren kür

uygulanan numunelerin beşinci günden itibaren kür uygulanan numunelere

oranla, daha fazla mukavemet kazandığı görülmüştür.

4. Katkı malzemesinin artışı ile, serbest basınç deneylerindeki göçme,

numunelerin aniden dağılması şeklinde görülmeye başlamıştır.

5. Yapılan deneyler daha uzun süre zarfında yapılacak olursa; cüruf katkısı ile

hazırlanan numunelerin dayanımı, çimento ile hazırlanan numunelerin

dayanımına daha da yaklaşacaktır. Çimento ile zemin ıslahında çimentoya

cüruf gibi atık malzemelerin ilavesiyle daha ekonomik çözümler

üretilebileceği gibi, çevre kirliliğinin de önlenmesine yardımcı olunacağı

açıktır.

6. Yedi gün sonunda numunelerin serbest basınç mukavemetinde hızlı bir artış

gözlenirken; 28 gün sonunda bu artışın hızının azaldığı görülmüştür.

7. Her bir ton çelik üretiminde ortaya çıkan 300 kilo cürufun kullanım

alanlarının genişletilmesi, cüruf atığı yığınlarını azaltacaktır. Ayrıca; yol

inşaatı sektörüne, ucuz bir hammadde sağlayacaktır.

8. Hazırlanılan kalıplara numunelerin eşit enerjide sıkıştırılmasına gayret

edilmiştir. Daha gerçekçi sonuçlara ulaşmak için, arazide sıkıştırılmış

dolgudan, örselenmemiş numune alınması daha uygun olabilir. Aynı zamanda

CBR kalıplarından da örselemeden numune örnekleri alınabilir.

5 SONUÇLAR VE ÖNERİLER Gülsen TUMLUER

124

9. Sabit bir çimento oranında, değişik cüruf katkı oranları ile numuneler

hazırlanılırsa, cüruf katkısının zemine olan katkısı daha rahat

kıyaslanabilecektir.

10. TS En 197-1’de belirtilen daha düşük dayanım sınıfına ait bir çimento seçimi

ile deneyler yapılırsa; cüruf katkısı ile kazanılan dayanımın, çimento katkısı

ile kazanılan dayanıma daha yakın olduğu daha açık bir şekilde görülebilir.

125

KAYNAKLAR

AL-ABDUL WAHHAB, H. I., 1996. Improvement of Marl and Dune Sand for

Highway Construction in Arid Areas, PII: SO360-1323(96)000674

ANGIN,Z., ANGIN, A., 2005. Şişen Killerin Geoteknik Özelliklerinin

İyileştirilmesi, Geoteknik Sempozyumu, Adana.

ASGHARI, E. , TOLL D. G., HAERI, S. M., 2003. Triaxial Behaviour of a

Cemented Gravely Sand, Tehran Alluvium, Geotechnical and Geological

Engineering 21: 1–28, 2003. # 2003 Kluwer Academic Publishers. Printed in

the Netherlands.

AYTEKİN, M., 2004. Deneysel Zemin Mekaniği. Teknik Yayınevi, Mühendislik

& Mimarlık Yayınları, Ankara.

, 2002., Zeminlerin Değirmen Artığı Malzemeler ile Stabilizasyonu,

Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Dokuzuncu Ulusal Kongresi,

Anadolu Üniversitesi, Eskişehir.

BAHAR , R., BENAZZOUG , M. KENAI , S. , 2004. Performance of

Compacted Cement-Stabilised Soil, Cement & Concrete Composites 26

(2004) 811–820.

BASHA,E.A., HASHIM, R., MAHMUD, H.B., MUNTOHAR, A.S.,2003.

Stabilization of Residual Soil With Rice Husk Ash and Cement.

BOWLES, J. E., 1992. Engineering Properties of Soils and Their Measurement,

Engineering Computer Software, New York.

BROWN, E., 1977.Vibroflatation Compaction of Cohesionless Soils. Journal of

Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.3. No.GT12, 1457-1451.

Civilturk.com

DAS, B. M., 2002. Principles of Geotechnical Engineering. Brooks/Cole Thomson

Learning, California State University, Sacramento., 589p.

DERMATAS, D., MENG, X., 2003. Utilization of Fly Ash for

Stabilization/Solidification of Heavy Metal Contaminated Soils , W.M. Keck

Geoenvironmental Laboratory, Center for Environmental Engineering,

Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ 07030, USA.

126

ENPC-LCPC, 1977. International Conference on the Use of Fabrics in Geotechnics,

Paris.

EREN, Ö. ve YILMAZ, Z., 2004. İMO Teknik Dergi, 2004 3311-3322, Yazı 222,

Değişik Sıcaklıklarda Kür Edilen Salt Portland Çimentolu, Yüksek Fırın

Cürufu veya Uçucu Kül Katkılı Betonlarda Dayanım Gelişimi.1

EVREN, G., 1987. Toprak İşleri. Teknik Üniversite Matbaası Gümüşsuyu, İstanbul,

242s.

FU, X., HOU, W., YANG, C., LI, D., WU, X., 2000, Studies on High- Srength Slag

and Fly Ash Compound Cement, Cement and Concrete Research 30 (2000)

1239- 1243.

GHAZAVI,M.,2004. Shear Strength Characteristics of Sand-Mixed With Granular

Rubber, Geotechnical and Geological Engineering 22: 401–416, 2004. #

2004 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands.

HAERI,S.M., HOSSEINI, S.M.,TOLL,D.G.,YASREBI,S.S.,2005. The Behaviour of

an Artificially Cemented Sandy Gravel Geotechnical and Geological

Engineering.

KALINSKI, M.E. and HIPPLEY,2005. B.T., The Effect of Water Content and

Cement Content on the Strenght of Portland Cement-Stabilized Compacted

Fly Ash, Fuel84, 1812-1819.

KANIRAJ, S.R. and HAVANAGI, V.G.,1999. Compressive Strength of Cement

Stabilized Fly Ash-Soil Mixtures, Cement and Concrete Research 29,673–

677.

KAVAK,A. ve BİLGEN,G., 2005. Yüksek Fırın Curufu ve Kirecin Katkı Olarak Kil

Üzerindeki Etkileri ve Yol Yapımında Kullanımının Araştırılması, Geoteknik

Sempozyumu, Adana.

KAYABALI ,K. and MOLLAMAHMUTOĞLU, M., 2004. Geoteknik Mühendisliği

Elkitabı, McGraw- Hill El Kitapları, Robert W. Day. Gazi Kitabevi, Fersa

Matbaası, 600s.

KUMBASAR, V., 1999, Zemin Mekaniği Problemleri, Çağlayan Kitabevi, İstanbul,

671s.

, 1962. İnşaat Mühendisliğinde Zemin Mekaniği, Çağlayan

127

Kitabevi, İstanbul.

LAMAN, M. ve YILDIZ,A., 1996. AKDENİZ ZEMİN’96, Zemin Mekaniği ve

Temel Mühendisliği Sergi ve Seminerleri. 28-30 Kasım 1996, Akdeniz

Üniversitesi Atatürk Konferans Salonu, Antalya.

LEONARDS, G. A., CUTTER, W. A., HOLTZ, R. D., 1980. Dynamic Compaction

of Granuler Soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE,

Vol.106, No. GT1, 35-44.

LI, K., 1988, Use of Cement, Flyash and EER Admixture in Soil Stabilization.

B.S.C.E., Tamkang University, A Thesis Submitted in partial FulFillment of

he Requirements for the degree of master of science in civil engineering.

LIU, C., Evet and J.B., 2004. Soils And Foundations, Sixth Edition, The University

of North Carolina at Charlotte, Pearson Prentice Hall, 486p.

M.E.B., 1992. Endüstri Meslek Liseleri İçin Alt Yapı Laboratuarı, Milli Eğitim

Basımevi, İstanbul.

MENARD, L., 1977. The Dynamic Consolidation of Foundation Soils. Report by

Tecniques Louis Menard, Paris.

MITCHELL, J.K., 1976. Stabilisation of Soils for Foundations of Structures, Geot.

Eng. Univ. California.

MUNTOHAR, A.S. and HANTORO,G.,2000. Influence of Rice Husk Ash and

Lime on Engineering Properties of a Clayey Subgrade, EJGE.

NALÇAKAN, M. S., 2004. TMH, TS Problemli Zeminlerde Geoteknik Çözümler.

Türkiye Mühendislik Haberleri, sayı: 430, 2004-2.

ÖNALP, A., 1983. İnşaat Mühendislerine Geoteknik Bilgisi. Cilt II Karadeniz

Üniversitesi Yayın No: 3, Trabzon, 1225s.

ÖZAYDIN,K., 2000. Zemin Mekaniği. Birsen Yayınevi Ltd. Şti., İstanbul, 261s.

ŞEKERCİOĞLU, E.,1993. Yapıların Projelendirilmesinde,Mühendislik Jeolojisi,

TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları:28, Ankara, 216sf.

PRABAKAR, J. DENDORKAR, N. and MORCHHALE, R.K.,2003. Influence of

Fly Ash on Strength Behavior of Typical Soils, Construction and Building

Materials.

SIVAPULLAIAH, P.V., KANTHA, H.L. and KIRAN, K.M., 2003. Geotechnical

128

Properties of Stabilised Indian Red Earth, Geotechnical and Geological

Engineering 21: 399–413, 2003. # 2003 Kluwer Academic Publishers. Printed

in the Netherlands.

ŞENOL, A., 2004. Uçucu Kül ile Stabilize Edilen Yumuşak Zeminlerin CBR

Sonuçlarının Değerlendirilmesi. Zemin Mekaniği ve Onuncu Ulusal

Kongresi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.

TAHA, R., AL-RAWAS, A., AL-JABRİ, K., AL-HARTHY, A., HASSAN, H.

and AL-ORAİMİ, S., 2004. An Overwiew of Waste Materials Recycling in

the Sultanate of Oman, Resources Conservation and Recycling 41, 293–306.

TAN,Ö., 2002. İlave Malzemelerle Stabilize Edilmiş Kumlarda Kayma Direnci

Parametrelerinin Taguchi Yöntemi ile Belirlenmesi. Zemin Mekaniği ve

Temel Mühendisliği Dokuzuncu Ulusal Kongresi, Anadolu Üniversitesi,

Eskişehir.

TOKYAY, M., 2003. Cüruflar ve Cüruflu Çimentolar. TÇMB/AR-GE/Y97.2,

TOSUN, H., 2004. Baraj Mühendisliğinde Geoteknik- Geçirimli Zeminler ve

İyileştirme Esasları, TMH, Türkiye Mühendislik Haberleri, sayı: 430, 2004-2.

ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü). Ankara, 47s.

TS 1900, İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri

TUNÇ, A., 2001. Yol Malzemeleri ve Uygulamaları. Atlas Yayın Dağıtım, İstanbul,

840s.

, 2002. Yol Mühendisliğinde Geoteknik ve Uygulamaları. Atlas Yayın

Dağıtım, İstanbul, 912s.

TÜDEŞ, E., 1996. Zeminlerin Kireç ve Çimento Katkısı ile Çözümü. Karadeniz

Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, 161s.

WAINWRIGHT, P.J. and TOLLOCZKO, J.J.A., 1986. The Early and Later Age

Properties of Temperature Cycled Slag/OPC Concretes, Second International

Conference on The Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag, and Natural Pozzolans

in Concrete, April, Madrid, CANMET, Ottawa, 1293-1321.

YILDIRIM, S., 2002. Zemin İncelemesi ve Temel Tasarımı. Birsen Yayınevi,

İstanbul, 466s.

YOON, Y.W., CHEON, S.H. and KANG, D.S., 2003. Bearing Capacity and

129

Settlement of Tire-Reinforced Sands, Geotextiles and Geomembranes.

UZUNER, B., 2000. Temel Mühendisliğine Giriş. Derya Kitabevi, Trabzon, 205s.

, 2000. Çözümlü Problemlerle Temel Zemin Mekaniği. Teknik

Yayınevi, Mühendislik & Mimarlık Yayınları, Ankara., 376s.

YEĞİNOBALI, A., 2003-4. Türkiye Mühendislik Haberleri. Yapı Malzemeleri-I

,sayı :426, yıl: 48.

YILDIZ, A. A., 2002. Donatılı Zemine Oturan Yüzeysel Temellerin Analizi. Doktara

Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.

130

ÖZGEÇMİŞ

1982 yılında Adana’da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini burada tamamladı.

1999 yılında Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat

Mühendisliğini kazanan Gülsen TUMLUER, 2003 yılında mezun oldu. Aynı yıl

Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nde yüksek lisans çalışmalarına İnşaat

Mühendisliği Geoteknik Anabilim Dalı’nda başladı. Halen yüksek lisans

çalışmalarına devam etmektedir.

131

Ek.1 TS En 197-1 : 2000 Genel Çimentolar Grubundan 27 Ürün

ANA BİLEŞENLER ( KÜTLECE % OLARAK ) Ürünlerden 27'sinin Klinker Yüksek Silis Puzzolan Uçucu Kül Pişmiş Kalker Minör

Ana İşareti fırın dumanı şist ilave

Tipler (Genel Çimento Tipleri) curufu Doğal

Doğal kalsine edilmiş silissi kalkersi bileşen

K S Db P Q V W T L LL

CEM I Portland Çimento CEM I 95-100 - - - - - - - - - 0-5 Portland-curuflu

CEM II/A-S 80-94 6 _ 20 - - - - - - - - 0-5

çimento CEM II/B-S 65-79 21-35 - - - - - - - - 0-5

Portland-silis dumanlı çimento

CEM II/A-D 90-94 -

6 _ 10 - - - - - - - 0-5

Portland-puzolanlı

CEM II/A-P 80-94 - - 6 _ 20 - - - - - - 0-5

çimento CEM II/B-P 65-79 - - 21-35 - - - - - - 0-5

CEM II/A-Q 80-94 - - - 6 _ 20 - - - - - 0-5

CEM II/B-Q 65-79 - - - 21-35 - - - - - 0-5

Portland-uçucu CEM II/A-V 80-94 - - - - 6 _ 20 - - - - 0-5

küllü çimento CEM II/B-V 65-79 - - - - 21-35 - - - - 0-5

CEM II/A-W 80-94 - - - - - 6 _ 20 - - - 0-5

CEM II/B-W 65-79 - - - - - 21-35 - - - 0-5

Portland-pişmiş

CEM II/A-T 80-94 - - - - - - 6 _ 20 - - 0-5

şistli çimento CEM II/B-T 65-79 - - - - - - 21-35 - - 0-5

Portland CEM II/A-L 80-94 - - - - - - - 6 _ 20 - 0-5

Kalkerli CEM II/B-L 65-79 - - - - - - - 21-35 - 0-5

Çimento CEM II/A-LL 80-94 - - - - - - - 6 _ 20 0-5

CEM II/B-LL 65-79 - - - - - - - 21-35 0-5

Portland-kompoze

CEM II/A-M 80-94 6 _ 20 0-5

CEM II

çimentoc CEM II/B-M 65-79 21-35 0-5

Yüksek fırın CEM III/A 35-64 36-65 - - - - - - - - 0-5

curuflu CEM III/B 20-34 66-80 - - - - - - - - 0-5

CEM III çimento

CEM III/C 5 _ 9 81-95 - - - - - - - - 0-5

Puzolanik CEM IV/A 65-89 - 11 _ 35 - - - 0-5 CEM IV

çimento CEM IV/B 45-64 - 36-55 - - - 0-5

Kompoze CEM V/A 40-64 18-30 - 18-30 - - - - 0-5 CEM V

çimento CEM V/B 20-38 31-50 - 31-50 - - - - 0-5

132

Ek.2 Portland Kompoze Çimento Kimyasal Kompozisyonu (%)

Report No : A D A N A ÇİMENTO SANAYİİ T.A.Ş.

ADANA/TURKEY

QUALITY / ANALYSIS CERTIFICATE Date of report: 13.03.2006

Numune - Sample: Composite Cement Standard : CEM II/B-M 42,5 R (EN 197-1:2000) İhraç edildiği yer - Place of shipment : (Typical Analysis) İhraç tarihi - Date of shipment : January - 2006 Deneme tarihi - Date of test :

KİMYASAL ANALİZ

CHEMICAL REQUIREMENTS

Standardlar Standards

%

Analiz Sonuçları

Test results %

FİZİKSEL DENEMELER PHYSICAL REQUIREMENTS

Standardlar Standards

Deneme Sonuçları

Test results

SiO2 Özgül ağırlık Çözünen-soluble

25,70 Specific gravity g/cm3

3,05

Erimez kalıntı Başlangıç Insoluble residue

6,67 Intial

251

Son Al2O3

6,95

Donma Süresi Setting

time hours (Vicat) Final

342

Hacim Sabitliği Fe2O3 4,07

Soundness (Le Chatelier) mm. 1

Özgül yüzey CaO

53,33 Specific surface (Blaine)

cm2/g 3720

0.090 mm elekte kalıntı MgO

3,87 Residue on 0.090 mm sieve

% 0,0

0.045 mm elekte kalıntı SO3

1,90 İnce

lik-F

inen

ess

Residue on 0.045 mm.sieve %

1,6

Kızdırma Kaybı DAYANIM DENEMELERİ Loss on ignition

1,10 STRENGTH REQUIREMENTS

Na2O 0,48 TEST METOD K2O 1,21 EN 196-1

ISO 679 Na20+0.658K2O 1,28 TS 24

Serbest CaO Eğilme dayanımı Basınç dayanımı Free Lime

0,62

Bending strength, N/mm2 Compressive str, N/mm2

Gün Standard D.Sonuç Standard D.Sonuç C3S

Days T.results T.results

C2S 2 22,8 C3A 3 -

Min

eral

ojik

bi

leşi

m

Min

eral

ogic

al

com

posi

tion

C4AF 7 33,5 LSF 28 44,7 Cl-= 0,0148 Quality Control Chief

133

Ek.3 Birinci Grup Deneyler

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

7gün14gün 28gün56gün

%3 Çimento Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

7gün14gün28gün 56gün


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



134

Ek.3.1

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,002,004,006,008,00

10,0012,0014,0016,0018,0020,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



135

Ek.3.2

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%3 çim%4 çim%5 çim%6 çim%7 çim%8 çim

7 Günlük Serbest Basınç Deneyi

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



136

Ek.3.3

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

2 3 4 5 6 7 8 9

%Çimento

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

7 gün14 gün28 gün56 gün

Birinci Grup Deneyde Çimento Katkısının Değişik Zamanlarda Gerilmeye Olan Etkisi

Birinci Grup Deneyde Çimento Katkısının Değişik Zamanlarda Gerilmeye Olan Etkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları


a b c R2 7 gün 0,000 2,313 -5,467 0,929 14 gün 0,000 2,178 -3,448 0,910 28 gün 0,000 2,474 -4,074 0,925 56 gün 0,000 2,979 -4,667 0,913

137

Ek.3.4

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Birinci Grup Deneyde Değişik Zamanlarda Çimento Katkısının Gerilmeye Olan Etkisi

Birinci Grup Deneyde Değişik Zamanlarda Çimento Katkısının Gerilmeye Olan Etkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %3 Çimento -0,001 0,095 1,997 0,991 %4 Çimento 0,001 0,074 3,374 0,984 %5 Çimento -0,027 0,237 4,616 0,569 %6 Çimento 0,005 0,418 3,673 0,973 %7 Çimento 0,007 -0,306 13,857 0,999 %8 Çimento -0,003 0,282 11,605 0,999

138

Ek.4 İkinci Grup Deneyler

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



139

Ek.4.1

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


%1,5 Çimento, %1,5 Cüruf Katkısı İçin Gerilme Deformasyon İlişkisi

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )



140

Ek.4.2

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%3 çim%5 çim%7 çim


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )



0,002,004,006,008,00

10,0012,0014,0016,0018,0020,0022,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )



141

Ek.4.3

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )



0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0 0,005 0,01 0,015 0,02Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%1.5 çim-%1.5 cur

%2.5 çim-2.5 cur

%3.5 çim-%3.5 cur


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%1.5 çim-%1.5 cur%2.5 çim-%2.5 cur%3.5 çim-%3.5 cur


142

Ek.4.4

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )



0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )



143

Ek.4.5

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf

% 3 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


144

Ek.4.6

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


145

Ek.4.7

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


146

Ek.4.8

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


147

Ek.4.9

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi

Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %3 Çimento -0,001 0,061 2,299 0,987 %5 Çimento -0,002 0,297 4,614 0,999 %7 Çimento -0,007 0,636 8,698 0,994

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

%1,5 çim-%1,5 cur%2,5 çim-%2,5 cur%3,5 çim-%3,5 cur

Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi

148

Ek.4.10

Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur

%3 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisi

%3 Katkı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 Çimento-Cüruf 0,000 0,112 1,723 0,981

149

Ek.4.11

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur



σ=a (t)2+b (t)+c


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur



σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 Çimento -0,007 -0,636 8,697 0,994 Çimento-Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985

150

Ek.5 Üçüncü Grup Deneyler

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%5 çim%10 çim


0

5

10

15

20

25

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

Deformasyon (cm)

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%2,5 çim-%2,5 cur

%5 çim-%5 cur


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf

%5 Katkı Malzemesi İçin 7 Günlük Serbest Basınç Deneyi

151

Ek.5.1

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%5 çim%10 çim

Sadece Çimento İçin14 Günlük Serbest Basınç Deneyi

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%2,5 çim-%2,5 cur%5 çim-%5 cur

Yarı Cüruf Yarı Çimento İçin 14 Günlük Serbest Basınç Deneyi

152

Ek.5.2

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,005,00

10,0015,0020,0025,0030,0035,0040,0045,0050,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

%5 çim%10 çim

Sadece Çimento Katkısı İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi

153

Ek.5.3

0

5

10

15

20

25

30

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )


Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin 28 Günlük Serbest Basınç Deneyi

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


154

Ek.5.4

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2)

%5 çim%10 çim

Sadece Çimento Katkısı İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )


Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin 56 Günlük Serbest Basınç Deneyi

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


155

Ek.5.5

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025

Deformasyon

Ger

ilme

(kgf

/cm

2 )

çimçim-cüruf


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Katkı

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

ÇimentoÇim-cüruf

7 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisi (%3, %5, %7, %10)

7 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları


a b c R2 Çimento 0,204 0,451 -0,618 1,000 Çimento-Cüruf 0,326 -1,592 4,086 0,999

156

Ek.5.6

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Katkı

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

ÇimentoÇim-cüruf

14 Gün İçin Katkı Malzemesi Gerilme İlişkisi



a b c R2 Çimento 0,825 -4,847 10,979 0,998 Çimento-Cüruf 0,084 1,525 -2,272 0,985

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Katkı

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

ÇimentoÇim-cüruf




a b c R2 Çimento 0,575 -1,493 3,828 0,998 Çimento-Cüruf 0,000 2,845 -3,686 0,993

157

Ek.5.7

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Katkı

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

ÇimentoÇim-Cüruf




a b c R2 Çimento 1,308 -8,797 23,106 0,980 Çimento-Cüruf 1,075 -6,906 18,242 0,993

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%Çimento

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Değerleri (%3, %5, %7, %10)



a b c R2 7 gün 0,204 0,451 -0,618 1 14 gün 0,825 -4,847 10,979 0,998 28 gün 0,575 -1,493 3,828 0,998 56 gün 1,308 -8,797 23,106 0,980

158

Ek.5.8

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

1 2 3 4 5 6

%Çimento

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )


Yarı Cüruf Yarı Çimento İçin Gerilme Değerleri ( Toplam Katkı %3, %5, %7, %10)

Yarı Cüruf Yarı Çimento İçin Gerilme Değerlerinin Eğilim Fonksiyonları ve

Korelasyon Katsayıları


a b c R2 7 gün 0,000 5,386 -7,765 0,937 14 gün 0,000 5,264 -5,335 0,980 28 gün 0,000 5,689 3,686 0,993 56 gün 4,301 -13,812 18,242 0,993

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

%3 çim%5 çim%7 çim%10çim

Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi

159

Ek.5.9

Sadece Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 %3 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 %5 Çimento 0,000 0,201 5,597 0,991 %7 Çimento -0,007 0,636 8,697 0,994 %10 Çimento -0,010 1,375 19,716 0,886

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

%1,5 çim-%1,5 cur%2,5 çim-%2,5 cur%3,5 çim-%3,5 cur%5-5çim

Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisi

Yarı Cüruf Yarı Çimento Katkısı İçin Gerilme Zaman İlişkisinin Eğilim Fonksiyonları ve Korelasyon Katsayıları

σ=a (t)2+b (t)+c


160

Ek.5.10

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur



σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 Çimento 0,000 0,083 2,076 0,984 Çimento-Cüruf 0,000 0,974 2,081 0,973

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur



σ=a (t)2+b (t)+c


161

Ek.5.11

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur



σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 Çimento -0,007 -0,636 8,697 0,994 Çimento-Cüruf -0,006 0,575 5,776 0,985

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0 10 20 30 40 50 60

Zaman(gün)

Ger

ilme(

kgf/c

m2 )

çimçim-cur



σ=a (t)2+b (t)+c

a b c R2 Çimento 0,009 1,375 19,716 0,886 Çimento-Cüruf 0,020 -0,555 24,125 0,999

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ... · Bu çalışmada, çeşitli...

Documents

Transcript of ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ... · Bu çalışmada, çeşitli...