Table Of ContentV
İ
B
R
O
S
I
K
I
Ş
T
I
R
M
A
v
e
T
A
Ş
K
O
L
O
N
L
A
R
A
. O
. E
R
O
L
| Z
. Ç
E
K
İN
M
E
Z
B
A
Y
R
A
M
| Ö
. K
U
R
U
O
Ğ
L
U
VİBRO – ZEMİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ
VİBRO SIKIŞTIRMA
VE
TAŞ KOLONLAR
Prof. Dr. A. Orhan EROL
Dr. Zeynep ÇEKİNMEZ BAYRAM
Yüksel Proje Uluslararası A.Ş.
Dr. Özgür KURUOĞLU
Yüksel Proje Uluslararası A.Ş.
Ankara 2016
Yüksel Proje Uluslararası A.Ş.
www.yukselproje.com.tr
………………….
İÇİNDEKİLER
1. VİBRATÖRLÜ SİSTEMLERLE ZEMİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ 1
1.1. Genel 1
1.2. Vibro-Sıkıştırma (Vibro-Kompaksiyon) 3
1.3. Vibro-Yerdeğiştirme (Taş Kolon) 4
1.4. Vibratörler (Titreşimli Deliciler) 5
1.5. Kaynaklar 7
2. GRANÜLER ZEMİNLERDE VİBRO-KOMPAKSİYON YÖNTEMİ 9
2.1. Vibratörlerin Özellikleri 9
2.2. Vibro-Sıkıştırma ile İyileştirme Tekniği 15
2.3. Uygulama Yöntemi 17
2.4. Vibro-Sıkıştırma Uygulanabilir Zeminler 21
2.5. Vibro-Sıkıştırma Tasarım Yöntemi 25
2.5.1. Temiz veya İnce Malzeme Oranı Düşük Kumlar 28
2.5.2. İnce Malzeme Oranı Yüksek Kumlar 33
2.6. Sıvılaşma ve Vibro-Sıkıştırma 38
2.7. Kalite Kontrol Kriterleri 42
2.8. Kaynaklar 48
3. KOHEZYONLU ZEMİNLERDE VİBRO YERDEĞİŞTİRME YÖNTEMİ:
51
. TAŞ KOLONLAR
3.1. Genel 51
3.2. Uygulama Yöntemleri 52
3.3. Taş Kolon Malzemeleri 59
3.4. Yapım Yönteminin Taş Kolonların Davranışına Etkileri 62
3.5. Kalite Kontrol Kriterleri 64
3.6. Taş Kolon Tasarımı 68
3.6.1. Genel 68
3.6.2. Birim Hücre Prensibi 68
3.6.3. Gerilme Dağılım Katsayısı (𝑛) 71
3.6.4. Taş Kolon Yenilme Mekanizmaları ve Taşıma Gücü 79
3.6.4.1. Tekil Taş Kolon 80
i
3.6.4.1.1. Göbeklenme Tipi Yenilmeler için Taşıma Gücü
81
Hesaplama Yöntemleri
3.6.4.1.2. Zımbalanma Tipi Yenilmeler için Taşıma Gücü
90
Hesaplama Yöntemleri
3.6.4.1.3. Genel Taşıma Gücü Tipi Yenilmeler için Taşıma Gücü
91
Hesaplama Yöntemleri
3.6.4.2. Taş Kolon Grupları 93
3.6.5. Taş Kolonlarda Oturma Tahmin Yöntemleri 95
3.6.5.1. Giriş 95
3.6.5.2. Denge Metodu 96
3.6.5.3. Priebe Metodu 98
3.6.5.4. Greenwood Metodu 103
3.6.5.5. Granüler Duvar Yöntemi 104
3.6.5.6. Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Geliştirilmiş Tasarım Abakları 106
3.6.5.7. Yatak Katsayısı Metodu 109
3.6.6. Taş Kolon Tasarım Yöntemi 116
3.7. Taş Kolonların Düşey Dren İşlevi 119
3.8. Taş Kolonlar ve Şev Duraylılığı 132
3.8.1. Taş Kolon ve Zeminin Bireysel Olarak Modellenmesi 132
3.8.2. Taş Kolon ve Zeminin Kompozit Malzeme ile Teşkili 135
3.9. Geotekstil Kılıflı Taş Kolonlar 139
3.10. Kaynaklar 145
ii
ÖNSÖZ
Vibratörler kullanılarak yapılan zemin iyileştirme uygulamaları 70 yıl
öncesinden başlayarak günümüzde en yaygın olarak kullanılan zemin
güçlendirme yöntemlerinden biri konumuna gelmiştir. Literatürde, ilk
vibratörlü uygulamaların 1935 yılında kohezyonsuz zeminleri sıkıştırmak için
geliştirildiği 1950’li yıllardan itibaren Avrupa, Kanada ve Japonya’da yaygın
olarak kullanıldığı, ABD’de ise uygulamaların 1972 sonrasında başladığı ifade
edilmektedir. Ülkemizde de özellikle doksanlı yıllardan itibaren kullanımı
yaygınlaşmıştır.
Vibratörlü sistemlerle zemin iyileştirme uygulamaları özellikle aşırı yük
mertebelerine ulaşmayan geniş alanlarda, örneğin karayolu ve demiryolu
dolguları, hava alanları, tank çiftlikleri gibi yapılarda, gerek genel stabilitenin
sağlanması, gerekse toplam ve farklı oturmaların ve oturma sürelerinin kontrol
altına alınabilmesi için en uygun yöntemlerden biridir. Ayrıca heyelanların
önlenmesi ve sıvılaşma risklerinin ortadan kaldırılması için de yaygın olarak
kullanılan bir yöntemdir.
Vibratörler kullanılarak yapılan zemin iyileştirme uygulamaları, her ne kadar
kullanılan metodoloji ve ekipmanlar benzer olsa da birbirinden tamamen farklı
iki kategoride değerlendirilmelidir: Kohezyonsuz Zeminlerde: Vibro–sıkıştırma
(vibro–kompaksiyon) ve Kohezyonlu Zeminlerde: Vibro–yerdeğiştirme (taş
kolonlar).
Bu iki sistemde zemin iyileştirme mekanizması ve tasarım kriterleri birbirinden
tamamen farklıdır. Vibro–sıkıştırma yönteminde zemin kütlesinin tamamı
iyileştirilmekte ve orijinal zemine kıyasla yoğunluğu ve mukavemeti artmış,
sıkışabilirliği azalmış bir zemin kütlesi elde edilmektedir. Vibro–yerdeğiştirme
veya daha yaygın tanımıyla taş kolonlarda ise uygulama noktasında orijinal
zemin içerisinde vibratör yardımıyla yaratılan bir boşluğa seçilmiş granüler
malzeme doldurularak sıkıştırılmaktadır ve uygulama noktaları arasında kayda
değer bir sıkışma yaratılmamaktadır. Sonuçta doğal zemin ve uygulama
iii
noktalarında teşkil edilmiş rijit kolonlardan oluşan kompozit bir zemin kütlesi
oluşturulmaktadır.
Kitap üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm metodların genel hatlarıyla
tanıtımını ve uygulama alanlarını tartışmakta; ve vibro-kompaksiyon / vibro
yerdeğiştirme (taş kolon) ayrımının neden yapılması gereğini vurgulamaktadır.
İkinci bölüm sadece kohezyonsuz zeminlerdeki Vibro-Sıkıştırma (kompaksiyon)
yönteminin uygulama ve tasarım kriterlerini içerecek şekilde düzenlenmiştir.
Üçüncü bölümde ise kohezyonlu zeminlerdeki Vibro-Yerdeğiştirme (taş kolon)
uygulama ve tasarım detayları verilmiş, oturmalar, taşıma gücü, şev stabilitesi
ve çok yumuşak zeminlerdeki özel uygulamalar ile ilgili alternatif hesap
yöntemleri sunulmuştur.
Bu kitabın hazırlanmasında hem yapımcı ve tasarımcı olarak çalışan
mühendisleri, vibro-yöntemlerle ilgili kullanılan ekipmanlar, uygulama
detayları, kalite kontrol kriterleri ve tasarım yöntemleri konularında
aydınlatmak amaçlanmıştır. Aynı zamanda geoteknik dalında uzmanlaşma
aşamasında olan yüksek lisans öğrencilere bu özel zemin iyileştirme yöntemi ile
ilgili eğitici bilgiler sunmak hedeflenmiştir.
A. Orhan Erol
Zeynep Çekinmez Bayram
Özgür Kuruoğlu
Ocak 2016
iv
SEMBOLLER
𝐴 : tek bir kolonun etki alanı / birim hücre alanı
𝐴 : kolon kesit alanı
𝑐
𝐴̅̅̅̅⁄̅̅𝐴̅ : düzeltilmiş alan yerdeğiştirme oranı
𝑐
𝑎 ve 𝑏 : planda merkezden merkeze kolonlar arası mesafeler
𝑎 : maksimum yer ivmesi
𝑚𝑎𝑥
𝑎 : alan yerdeğiştirme oranı
𝑟
𝑎 : vibrasyonun amplitüdü
𝑣
𝐵 : temel / yükleme alanının genişliği
𝐶 : geometri katsayısı
𝐶 : sıkışma indisi
𝑐
𝐶 : radyal drenaj için konsolidasyon katsayısı
ℎ
𝐶 : üniformluk katsayısı
𝑢
𝐶 : düşey drenaj için konsolidasyon katsayısı
𝑣
𝑐 : kolon malzemesinin kohezyonu
𝑐′ : zeminin efektif kohezyonu
𝑐 : kompozit malzemenin kohezyonu
𝑘𝑜𝑚𝑝
𝑐 : zeminin kohezyonu / drenajsız kayma dayanımı
𝑠
𝑐 : drenajsız kayma dayanımı
𝑢
CPT : konik penetrasyon deneyi
𝐶𝑅𝑅 : devirsel direnç oranı
𝐶𝑆𝑅 : devirsel gerilme oranı
𝐷 : kolon çapı
𝐷 : danelerin %10’unun küçük olduğu dane boyutu
10
𝐷 : danelerin %20’sinin küçük olduğu dane boyutu
20
𝐷 : danelerin %50’sinin küçük olduğu dane boyutu
50
𝐷 : danelerin %60’ının küçük olduğu dane boyutu
60
𝐷 : birim hücre alanının çapı
𝑒
𝐷 : temel derinliği
𝑓
𝐷 : bağıl yoğunluk
𝑟
𝐷 : iyileştirme öncesi bağıl yoğunluk
𝑟𝑖
v
𝐷 : iyileştirme sonrası bağıl yoğunluk
𝑟𝑓
𝐷 : vibratörün çapı
𝑣
DMT : dilatometre deneyi
𝐸∗ : eşdeğer deformasyon modülü
𝐸 : %50 nihai gerilme mertebesindeki sekant deformasyon
50
modülü
𝐸 : kolonun deformasyon modülü
𝑐
𝐸 ⁄𝐸 : modüler oran
𝑐 𝑠
𝐸 : kompozit malzemenin elastisite modülü
𝑘𝑜𝑚𝑝
𝐸 : iyileşme öncesi zeminin deformasyon modülü
𝑠
𝐸′ : zeminin efektif deformasyon modülü
𝑠
𝐸 : iyileştirilmiş zeminin deformasyon modülü
𝑠𝑓
𝑒 : boşluk oranı
𝑒 : iyileştirme öncesi boşluk oranı
0
𝑒 : iyileştirme sonrası boşluk oranı
1
𝑒 : eksantrisite
𝑥
𝐹′ ve 𝐹′ : kavite genleşme teorisi faktörü
𝑐 𝑞
𝐹 : merkezkaç kuvveti
𝑚
𝐹 : geotekstil halkasal çekme kuvveti
𝑟
𝑓 : derinlik faktörü
𝑑
𝐹𝐶 : ince malzeme oranı (< 0.075 mm)
𝐺 : kayma deformasyon modülü
𝐺 : rijit kolon kayma deformasyon modülü
𝑐
𝐺 : kolon/zemin kayma modülü oranı : 𝐺 ⁄𝐺
𝑟 𝑐 𝑠
𝐺 : iyileştirme öncesi zemin kayma deformasyon modülü
𝑠
𝐺𝑆 : güvenlik sayısı
𝐻 : sıkışabilir tabakanın kalınlığı
𝐻 : maksimum düşey drenaj yolu uzunluğu
𝑑
𝐻 : dolgunun yüksekliği
𝑓
𝐻 : iyileştirilmiş zeminin kalınlığı
𝑡
𝐼 : oturma tesir faktörü
𝑠
𝐼 : rijitlik indisi
𝑟
𝐽 : geotekstil rijitliği
𝐾 : iyileşme öncesi sükunetteki yanal toprak basıncı katsayısı
0
𝐾 : iyileştirilmiş zeminin sükunetteki yanal toprak basıncı
0𝑓
vi
katsayısı
𝐾 : kolon malzemesinin aktif gerilme katsayısı
𝑎𝑐
𝐾 : kolonun pasif gerilme katsayısı
𝑝𝑐
𝐾 : zeminin pasif gerilme katsayısı
𝑝𝑠
𝐾 : zeminin yanal itki basıncı katsayısı
𝑠
𝑘 : geçirgenlik (permeabilite) katsayısı
𝑘 : taş kolonun yatak katsayısı
𝑐
𝑘 : yatay yönde geçirgenlik (permeabilite) katsayısı
ℎ
𝑘 : kompozit malzemenin yatak katsayısı
𝑘𝑜𝑚𝑝
𝑘 : doğal zeminin yatak katsayısı
𝑠
𝑘 : yoğrulmadan kaynaklı zemin geçirgenlik katsayısı
𝑠𝑚
𝑘 : kilin düşey yönde permeabilitesi
𝑣
𝑘∗ : aşırı konsolidasyon oranı ve ön yükleme basıncı için önerilen
korelasyon katsayısı
𝐿 : kolon boyu
𝐿∗ : eşdeğer kolon boyu
𝐿 : kritik kolon boyu
𝑐𝑟
𝐿 : temelin uzun kenarı
𝑓
𝐿 : üst bölge kalınlığı
𝑈𝑍
𝐿𝑍 : alt bölge
𝑀 : kolon malzemesinin odometrik modülü
𝑐
𝑀 : deprem moment büyüklüğü
𝑑
𝑀 : zeminin odometrik modülü
𝑠
𝑀 : eksantrik kütle
𝑣
𝑚 : kolona etkiyen yükün birim hücreye etkiyen yüke oranı
𝑚′ : modifiye yük oranı
1
𝑚′′ : derinlik düzeltmesinin yapıldığı modifiye yük oranı
1
𝑚 : kolonun hacimsel sıkışma katsayısı
𝑣𝑐
𝑚 : zeminin hacimsel sıkışma katsayısı
𝑣𝑠
𝑁 : 30 cm penetrasyon için darbe sayısı
𝑁 : örtü yükü düzeltmesi yapılmış SPT değeri (𝑁 = 𝐶 𝑁)
1 1 𝑁
(𝑁 ) : %60 enerji oranı ve örtü yükü düzeltmesi yapılmış SPT değeri
1 60
𝑁 , 𝑁 ve 𝑁 : tekil kolonun taşıma gücü faktörü
𝑐 𝑞 𝛾
𝑁 : iyileştirme sonrası hedeflenen SPT direnci
𝑓
𝑁 : iyileşme öncesi SPT direnci
𝑖
vii
Description:Bu iki sistemde zemin iyileştirme mekanizması ve tasarım kriterleri birbirinden tamamen farklıdır. Vibro–sıkıştırma yönteminde zemin kütlesinin tamamı.
