Yazı: Jeoloji Yük. Müh. Uygar Hülagü
Geoteknoloji Grubu Kurucu Ortağı
Yirminci yüzyılın ikinci yarısı ve özellikle son çeyreğinde köyden kente geçiş sürecinin hızlanması, yapılaşmanın çığırından çıktığı bir dönemi yaşattı. Doğal olarak arsa olarak değerlendirilecek alanlar azalınca, doğrudan yüzeysel temelle yapı inşa edilecek alanların dışında da çözümler üretilmeye başlandı. 3 ayak sehpa ile yapılan kazıklı temellerden kazık makinaları ile imalata geçilen bir süreç de bu dönemin eseri. Ancak yapı yükünü doğrudan aşağıdaki sağlam bir tabakaya veya kazığın sürtünmesine taşıtmak dışında yöntemlerin olduğunu kabul ettirmek zaman aldı. Ülkemizde bu süreci daha kolay aşmış olsak da özellikle eski Sovyet Cumhuriyetleri ve Arap ülkelerinde prekast çakma kazık alışkanlıklarını kırmak için epeyce uğraştığımızı hatırlıyorum.
Tarihsel süreçte zemin iyileştirmesinin ilk örnekleri olarak MÖ 600’lerde Çin’de sönmemiş kireçle uygulamalar yapıldığı, Roma İmparatorluğu’nda killi zemindeki yollarda kireç – puzzolan1 karışımı kullanıldığı araştırmalarda ortaya çıkmıştır. Benzeri şekilde yakın tarihte düşük basınçlı çimento şerbeti ile enjeksiyon yapılması, özellikle tünellerde ve barajlarda geçirimsizlik sağlanması amacı ile uzun süredir kullanılmaktadır.
1964 Alaska Depremi sonrası uzmanların zemin sıvılaşması konusunda çalışmalarını artırmasını takiben 1965’de Yamakado Kardeşler Japonya’da ilk yüksek basınçlı enjeksiyon uygulamalarını denemiş, 70’li yıllarda farklı tekniklerle bu yöntem geliştirilmiştir. Avrupa’da 70’li yıllardan itibaren uygulanan çalışmalar ülkemizde ağırlıklı olarak 90’lı yıllarda yaygınlaşmaya başlamış, 1999 Gölcük Depremi sonrası uygulamaların başarılı sonuçları nedeni ile daha çok kabul görmüştür.
Kısaca yöntemi özetlemek gerekirse: Jet grout kolonu, 300 ilâ 600 Bar, genellikle 400-450 Bar basınçla püskürtülen su ve çimento karışımının zeminin boşluklarını doldurup ve sıkıştırılması suretiyle elde edilir. Yüksek basınçla sevk edilen enjeksiyon (grout) nozzle’lardan geçer ve zemini yırtarak/iterek ilerler. Su – çimento karışımının hızı 250m/sn değerlerine ulaşarak, enjeksiyon zemini yırtarak zeminle birleşerek çimentolu zemin yapısı –soilcrete– oluşur. Jet grout’un özelliklerini belirleyen parametreler; zemin cinsi, jet enjeksiyon tiji içerisindeki akışkan basıncı, jet enjeksiyon tiji içerisindeki akışkan debisi (nozzle çapı), enjeksiyon şerbetinin bileşimi, jet enjeksiyon tijinin çekme hızıdır.
Projelendirilirken zeminin kayma mukavemetini yükseltecek bir karelaj için hesap yapılır. Perde şeklinde tek yönlü uygulamalar olmakla birlikte genel uygulama zeminde kolonlar oluşturmak üzeredir. Geçirimsizlik için kesişen kolon şeklinde uygulamalar da yapılmaktadır. Kolonların oluşurken zemini sıkıştırması deplasman tipi kazıklar gibi ek yarar sağlamakta, ayrıca kolon yüzeyinin kazık gibi düz olmaması sürtünme yüzeyinin artırılması açısından yararlı olmaktadır. İyileştirme sırasında oluşturulan kolonun yüzeye kadar çıkmasının gerekmemesi, hafriyat öncesinde imalat yapılabilmesini sağlamaktadır.
İmalat sırasında delme işleminin kolaylaştırılması, uç takımın soğutulması ve zeminin enjeksiyona hazırlanması amacıyla delme sırasında değişik akışkanlar kullanılabilir. Bunlar; su, hava, bentonit şerbeti veya grout olabilir. Sadece şerbet ile uygulanan Jet-1 yöntemine ilave olarak özel donanımla imal edilen veya hava ve farklı komponentlerle imal edilen Jet-2, Jet-3 gibi yöntemler de mevcuttur.
Jet-Grout yönteminin avantajlarını kısaca sıralamak istersek:
- Hemen hemen her türlü zeminde uygulanabilir.
- Diğer uygulamalara göre sessiz sayılabilir. Vibrasyon etkisi oluşturmadığından önemli ve tarihi binaların yakınında uygulanabilir.
- Karışım, genel olarak sadece çimento ve sudan oluştuğu için çevre kirliliğine neden olmaz.
- Küçük çaplı delgi deliği ile büyük çaplı kolonlar elde etmek mümkündür.
- Derin temel imalatına oranla daha ekonomik ve hızlıdır. İşe başlamadan önce yaklaşık maliyet kolaylıkla hesaplanabilir.
Dezavantajları ise şöyle düşünülebilir;
- Tasarımın sahada uygulanabilmesi zemin, basınç, uygulama hızı gibi çok farklı koşullara bağlıdır. Bu nedenle daha çok tecrübe ve gözleme dayalı bir yöntemdir.
- Tek seferde imalat kule boyu ile orantılıdır. Kısa kule ile imalat yapmak imalat hızını çok düşürür.
- Zemin içerisinde oluşacak kolonu belirlemek zordur. Bundan dolayı dikkatli bir şekilde yapılması gerekir ve bazı kontrol testleri yapılması gerekir.
- Zemin cinsine göre kolon çapları farklı olabilir.
Kalite kontrolü: Karot alımı, basınç dayanım testleri, kolon etrafını açıp çap kontrolü ve Pile İntegrity Test (Kazık Süreksizlik Testi) ile bütünlük kontrolü gibi yöntemlerle yapılır. TS EN 12716 ile 2002 yılından itibaren Türk Standartları arasında yerini almıştır.
Ülkemizde 2000 yılı sonrasında uygulamada yer bulan diğer bir yöntem ise Deep Soil Mixing (DSM – Derin Zemin Karıştırma Yöntemi) olarak adlandırılan yerinde karıştırma kolon tekniğidir. Dünyada 1950’lerde ilk denemeleri yapılmış, 1970’lerde Japonya’da liman çalışmalarında çok kullanılmış ve geliştirilmiştir.
DSM yöntemi, zayıf zeminlerin özelliklerini mekanik olarak çimentolu bir bağlayıcı ile karıştırarak özelliklerini iyileştiren yerinde bir zemin iyileştirme tekniğidir. Çimento, silis dumanı, uçucu kül, kireç veya bentonit gibi malzemelerin zeminle karıştırılması, zeminin özelliklerinin yumuşak kaya gibi olmasına neden olur.
DSM, geoteknik ve çevresel uygulamalar için, toplu karıştırma ve sütun karıştırma dâhil olmak üzere iki tür derin zemin karışımı sağlar. Her iki sistem de katkı maddelerinin ıslak bulamaç veya kuru toz halinde yerleştirilmesini sağlayan bir altyapıya sahiptir.
DSM uygulamasında delici makina olarak genellikle fore kazık makinası kullanılır. Kelly boyu nedeni ile 30 metreleri geçen imalatı tek seferde yapmak mümkündür. Uygulama aşamalarını sıralarsak: DSM kolonlarının koordinatlarında delici makina yer alır. İstenilen derinliğe indirilmesi için karıştırıcı şaft zemini parçalar. İstenilen derinliğe ulaşıldıktan sonra derinliğe inme ve geri çekme işlemlerinde zemine çimento şerbeti verilir ve zeminle karışması sağlanır. Daha sonra karıştırıcı şaft yukarıya çekilir. Burada Jet Grout pompa ve mikseri kullanılmakla birlikte basınç 150 Bar mertebesini genellikle aşmaz. Projenin limitleri, karakteristiği ve geometrisine göre derin karıştırma yönteminin uygulama şekli projesinde belirtilmelidir. DSM yönteminin uygulama amaçları genel olarak zemin iyileştirme, sıvılaşmanın azaltılması, hidrolik cut – off duvarlar ve ağırlık duvarları şeklindedir.
Zemin iyileştirme uygulamalarında kullanılan DSM kolonlarının zeminlerin sıkışma miktarlarını azalttığı ve zeminin stabilitesini artırdığı görülmüştür. Sıvılaşmaya karşı DSM yöntemi sıvılaşmayı önlemek, zemini kuvvetlendirmek ve gözenek suyu basıncını azaltmak için uygulanmaktadır.
DSM’nin zemin iyileştirmede avantajlı kullanımına göz atarsak:
- Genel olarak DSM yöntemi yumuşak zeminlerin iyileştirilmesinde, kirlilik problemi gibi uygulamalar hariç diğer amaçlı uygulamalarda daha pratik daha ekonomik ve tercih edilebilir bir yöntemdir.
- Zeminin çok fazla sıkı olmadığı veya çok kaba daneler içermediği yerlerde uygulanmaktadır.
- Çok yüksek basınç gerektirmez.
- Zemin iyileştirme derinliğinin 40 metreden daha az olduğu yerler için uygundur.
- İyileştirilecek zemin hacminin geniş olduğu, performans limitlerinin belli olduğu ve iyileştirilecek zeminin mukavemetinin 0.1 ve 5 MPa arasında olduğu durumlarda avantajlı olan bir uygulamadır.
DSM’nin zemin iyileştirmede dezavantajlarını ise şöyle sıralayabiliriz;
- Çok zayıf zeminlerde uygulanması zordur.
- Derinlik yönünden makina kelly boyu ile sınırlıdır.
- Çalışma alanları seçilirken geniş alanlar seçilmesi gerekmektedir.
- Çok katı zeminlerde uygulanamadığı gibi sıkı zeminlerde de uygulanamaz.
- Düşey yön dışında imal edilmesi mümkün değildir.
Delici dışında aynı tip ekipmanlar kullanarak imal edilebilen Jet Grout (JG) ve Deep Soil Mixing (DSM) uygulamalarından bahsettik. Sıvılaşma riski taşıyan ve deprem anında zemin büyütmesi etkisi yaratacak suya doygun gevşek zeminlerde kayma mukavemetini yükselterek bu etkinin bertaraf edilebileceğini uzun süredir biliyoruz. Eğer projelendirme ile sahadaki uygulama birbirinden ayrı olmaz ve hem imalat sırası hem de sonrasında yeterli kalite kontrol gerçekleştirilebilirse en etkin çözümler arasında olmayı hak ediyorlar. Projesine göre her iki yöntem de derin temellere göre daha hızlı ve daha ekonomik uygulamalar olmayı günümüz ekonomik koşullarında bile koruyor. Ancak yer altında yapılan ve gözümüzle görmediğimiz her iş gibi bu işlerde de kontrol şart.
Dipnot
1 - Antik Roma'da, öğütülüp kireç ve su ile karıştırılarak bir çeşit beton yapımında kullanılan volkanik nitelikli ve gözenekli hafif bir taş cinsi.