Kompaksiyon

Karayolu, barajlar, istinat duvarları, otoyollar, hava alanları gibi pek çok mühendislik uygulamasında doğal malzeme ile dolgu kulanılması gerekir. İyi kompakte edilmiş bir zemin için yerinde en yoğun duruma ulaşmak gerekir. En yoğun durum, su içeriğinde hemen hemen hiç değişim olmadan zeminin içindeki havanın azaltılması (dışarı alınması) ile sağlanır. Bu işlem, sürekli uygulanan statik bir yük altında suyun dışarı sızması ile tanımlanan KONSOLİDASYON ile karıştırılmamalıdır. Zeminin mekanik ve fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesi için mekanik bazı araçlar kullanılarak zeminin bünyesindeki su ve tane hacmi sabit iken, havanın dışarı atılmasıdır.

+ su = Kompaksiyon nedir? Mekanik enerji uygulamak sureti ile zemin yoğunluğunun artırıldığı basit bir zemin iyileştirme tekniğidir. Sıkıştırma kuvveti + su =

Sıkıştırma enerjisi arttıkça optimum su muhtevası azalmakta, kuru birim hacim ağırlık artmaktadır. Optimum su muhtevasına karşılık gelen birim hacim ağırlık değerine “Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık” adı verilir(k,max). Sıkıştırma işlemi ile zemin boşluklarındaki hava hava azaltılır. %0 hava boşluğu ideal bir durum olup, genel olarak %5~15’lik bir boşluk sıkıştrmaya rağmen vardır. Zemin cinslerine göre optimum su muhtevası granüler zeminlerde %7-8 gibi değerlerle başlar ve kohezyonlu zeminlerde %25-30 değerlerine kadar ulaşır.

Kompaksiyon Eğrisi - Daneler arası en iyi sıkışma Su Muhtevası Kuru Birim Hacim Ağırlık optimum su muhtevası k, max - Daneler arası en iyi sıkışma - Daha mukavim ve daha rijit zemin - Daha düşük permeabilite

Kompaksiyon Eğrisi Su ilavesinde her üç fazda ne gibi değişiklikler beklenir? Su Muhtevası Kuru Birim Hacim Ağırlık zemin su hava Havanın tümünü dışarı atmak zordur Optimum su muhtevasında düşük boşluk oranı ve yüksek kuru birim hacim ağırlık

Havasız Durum Eğrisi S<100% S>100% (imkansız) Tüm kompaksiyon noktaları eğrinin solunda yer alır - % 100 doygunluk derecesine karşılık gelir Su muhtevası Kuru Birim Hacim Ağırlık Havasız Durum Eğrisi (S=100%) S<100% S>100% (imkansız)

Sıkıştırma Enerjisinin Etkisi Kuru Birim Hacim Ağırlık Sıkıştırma enerjisinin artırılması ile; Daha düşük optimum su muhtevası Daha yüksek kuru birim hacim ağırlık E2 (>E1) E1 Su muhtevası

Laboratuar Kompaksiyon Deneyi Dolguda kullanımı düşünülen zemin belli bir sıkıştırma enerjisinde sıkıştırılıp, kompaksiyon eğrisinden optimum su muhtevası ve maksimum kuru birim hacim ağırlığı elde edilir 2700 kJ/m3 590 kJ/m3 tokmak Modifiye Proktor: Standart Proktor: 5 tabaka Her tabakada 25 düşüş 3 tabaka Her tabakada 25 düşüş 4.5 kg tokmak ağırlığı 458 mm düşüş yüksekliği 2.5 kg tokmak ağırlığı 305 mm düşüş yüksekliği Kompaksiyon kalıbı

Dolgu Malzemesi Özellikleri Sınıf Max d (ton/m3) (Std. AASHTO ile) Kompaksiyondan Sonra Sıkışabilirliği ve Şişme Karakteri Dolgu Malzemesi olarak değeri Taban zemini olarak değeri GW 2.00-2.16 Her zaman hiç Çok stabil Mükemmel GP 1.84-2.00 Oldukça stabil Mükemmel ile iyi arası GM 1.92-2.16 Çok çok az GC 1.84-2.08 İyi SW 1.76-2.08 SP 1.60-1.92 Yoğun olduğunda oldukça stabil İyi ile normal arası SM 1.76-2.00 SC 1.68-2.00 Az ile orta ML 1.52-1.92 Kötü stabilite, yüksek yoğunluk gerekli Normal ile zayıf arası CL Orta İyi stabilite OL 1.28-1.60 Orta ile yüksek Stabil değil, kullanılmamalı Zayıf MH 1.12-1.52 Yüksek Kötü stabilite, kullanılmamalı CH 1.28-1.68 Çok yüksek Kötü stabilite Zayıf ile çok zayıf arası OH 1.04-1.60 Stabil değil Çok zayıf PT - Kullanılmamalı Uygun değil

Arazide Kompaksiyon Düz tekerlekli silindir Vibratörlü Silindir Lastik tekerlekli pnömatik silindir Keçi ayaklı silindir

Düz tekerlekli silindir Sadece 20-30 cm derinliğe kadar etkilidir, bu yüzden; zemini ince tabakalar halinde sermek gerekir. Zemin yüzeyi ile %100 temas yaratır. Zemine 4 kg/cm2’ye kadar basınç uygularlar

Vibratörlü Plakalar Çok küçük alanlardaki kompaksiyon için uygundur, granüler zeminlerde etkilidir.

Keçi Ayaklı Silindir Yoğurma etkisi yapar; killi zeminlerde iyi verim alınır. Çelik ve silindirik bir gövde üzerinde “ayak” biçiminde çok sayıda çıkıntıdan (Alanları 30-80 cm2) oluşur. Temas alanı %8-12 uygulanan basınç 14-70 kg/cm2’dir.

Darbeli Silindir Hava alanı dolgularında kullanılabilir. Derin kompaksiyon (2-3m) sağlar.

Ağır Lastik Tekerlekli Silindir Lastik tekerlekli sıkıştırıcılar: Birbirine yakın çok sayıda lastik tekerleği olan ağır bir arabadan oluşan bu silindirler kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminler için kullanılırlar. 7 kg/cm2’ye kadar basınç uygularlar. Temas alanı %80 kadardır.

Kompaksiyonun Kontrolü Şartnamelerde öngörülen esaslara göre kompaksiyonun yapılması Sıkışma yüzdesi ve su muhtevası aralığı dikkate alınır Genellikle her 1000 m3 sıkıştırmada 1 deney önerilir Arazide kuru birim hacim ağırlık ölçülmesi -kum konisi yöntemi -nükleer yoğunluk ölçer

Kompaksiyon Kontrol Deneyleri Kompaksiyon Şartnamesi d Karşılaştır! d,arazi = ? warazi = ? w Sıkıştırılan zemin

Dinamik Kompaksiyon Büyük bir ağırlığın zemine yüksekten düşürülmesi Granüler zeminler, dolgular ve karstik araziler için uygundur. Ağırlık 5-30 ton Yükseklik 10-30 m Darbe sonucu olaşan delikler (doldurulacak)

Ağırlık (Sıkıştırıcı) Ağırlık = 5-30 ton Yükseklik = 10-30 m

Zeminlerde Gerilme Analizi

Gerilme kavramı Zemin tabakalarının kendi ağırlıkları ve uygulanan dış yükler, zemin içindeki herhangi bir elemanda gerilmeler oluştururlar. Mekanikte gerilme, birim alana uygulanan yükün şiddeti olarak tanımlanmaktadır. Yüklenen bir elemanını göz önüne alırsak, A kesit alanına dik yönde uygulanan yük δFN , normal gerilme, Kesit alanı düzleminde uygulanan kesme kuvveti δFs , kayma gerilmesi Not: zemin mekaniğinde basınç gerilmeleri pozitif olarak kabul edilir.

Tabi Kuvvetlerden Oluşan Gerilmeler Zeminin Kendi Ağırlığından Oluşan Gerilmeler Düşey Gerilme Yatay Gerilme İlave Yüklerden Oluşan Gerilmeler

Gerilme analizlerinde zemin: Elastik Homojen İzotrop Lineer elastik Yarı sonsuz bir ortam olarak kabul edilmiştir.

Zemin kütlesine etkiyen gerilme F X X Alan = A  = F/A Zemin kesiti Zeminin suya doygun olduğu kabul edilmiştir, bütün boşluklar su ile doludur.

YÜZEY YÜKLEMELERİNİN YOL AÇTIĞI DÜŞEY GERİLMELER Zemin yüzüne yakın bir yapı temelinden aşağıdaki zemin tabakalarına iletilen düşey gerilmelerin z1 ve z2 derinliklerinde dağılımı gösterilmiştir. Derinlik arttıkça gerilmelerin şiddeti azalmakta, buna karşılık yük daha geniş bir alana yayılmaktadır

Düşey gerilme ifadesi; Yatay gerilme ifadesi; Zemin Elemanı z v h Düşey gerilme ifadesi; Yatay gerilme ifadesi; K: Yanal Zemin Basınç Katsayısı Ko: Sükunetteki Yanal Zemin Basınç Katsayısı KA: Aktif Yanal Zemin Basınç Katsayısı KP: Pasif Yanal Zemin Basınç Katsayısı (Kp>Ko>KA)

Zeminde Mevcut ve İlave Düşey Gerilmeler Yüzey yükü İlave düşey gerilme (yüzey yükünden) Mevcut düşey gerilme (zeminin kendi ağırlığından) z Derinlik

Tekil Yük İçin İzobarlar Q 2.0Q/birim alan 1 birim 1.0Q 0.5Q 0.25Q 2 0.1Q İzobarlar

BASİTLEŞTİRİLMİŞ ÇÖZÜM Etkilenen bölgenin sınırlarını gösteren doğruların eğimi 2 (düşey) : 1 (yatay) olduğu kabul edilmiştir. Bu doğruların yatayla yaptığı açının 60° olacağı gibi bir varsayımda da bulunula bilinir. Uygulanan yükten etkilenen bölgenin yanal sınırları hakkında bir kabulde bulunduktan sonra, ikinci bir basitleştirici varsayım olarak herhangi bir z derinliğindeki düşey gerilmenin şiddetinin üniform olacağını kabul edebiliriz. z derinliğindeki düşey gerilme L = Temelinin uzun kenar boyutu, B = Temel genişliği I = Tesir katsayısı (boyutsuz) Tesir katsayısı sadece temel boyutlarının ve derinliğin fonksiyonu olup, boyutsuz bir katsayısıdır. Uygulanan basıncı bu katsayı ile çarparak istenilen derinlikteki düşey basınç artışını bulabiliriz.

Tekil Yük Boussinesq İfadesi Westergaard İfadesi Q x r y x y R Δσz z

ELASTİK ÇÖZÜMLER Burada dikkatimizi çekmesi gereken husus, elastisite teorisinden yararlanarak elde edilen çözümlerde, düşey gerilme dağılımlarının zeminin malzeme özelliklerinden (Elastisite Modülü ve Poisson Oranı gibi) bağımsız olmasıdır. Düşey gerilmeler sadece uygulanan yükün şiddetine ve geometrik parametrelere bağlı olarak değişmektedir. Yapılardan zemine aktarılan yükler genellikle temeller vasıtası ile aktarıldığı için, nokta yük için elde edilen gerilme dağılımları birçok inşaat mühendisliği probleminde gerçekçi olmamaktadır. Fakat, nokta yük çözümlerinin integrali alınarak yayılı yüklerin zeminlerde yol açacağı gerilme dağılımlarını bulmak mümkün olmaktadır. Bu yöntemle, biçimi geometrik olarak tanımlanabilen (dairesel, dikdörtgen, vb.) yayılı yükler için elde edilmiş hazır çözümler mevcuttur.

Dikdörtgen Boussinesq İfadesi y Dikdörtgen dx B dy Boussinesq İfadesi x L A z (Burada m ve n geometriye bağlı katsayılar olup, m=B/z ve n=L/z)

    Üniform Yüklü Bir Dikdörtgen Alan İçin Düşey Gerilmeleri Veren Tesir Katsayısı Değerleri

2R Dairesel q temel zemin Boussinesq İfadesi

Uzun Bir Dolgu Yükü Altında Düşey Gerilmeleri Veren Tesir Katsayıları

Üçgen Bir Yükleme Altında Düşey Gerilmeleri Veren Tesir Katsayıları

Dikdörtgen olarak yüklenmiş alan altında gerilme artımı C B Plan Tablo, dikdörtgen olarak yüklenmiş alanın köşe noktasında z derinliği altındaki gerilmeleri verir L A B q Derinlik z X Gerilmenin istendiği nokta

Alan içinde herhangi bir nokta altında gerilme artımı hesabı C Tablo, dikdörtgen olarak yüklenmiş alanın köşe noktasında z derinliği altındaki gerilmeleri verir. Süperpozisyon yapılmalıdır. X O Z Plan A Y B O Derinlik z Gerilmenin istendiği nokta

Örnek 1 1 2 A 3 4

Örnek 2 1 2 3 4 A = - 1 2 3 4 A A

I= 0,0328