İnşaat projelerinde kullanılan Kompaksiyon yöntemleri

Kompaksiyon sıkıştırma enerjisi uygulamak suretiyle zemin boşluklarındaki havanın dışarı çıkmasını sağlayarak zemin danelerinin birbiriyle daha sıkı bir düzen oluşturması ve toplam zemin hacmini azaltarak zeminin kuru yoğunluğunun artırılması amacıyla yapılan işlemlerdir.

Dinamik kompaksiyon genellikle 5 ton ile 27 ton arası ağırlıkta olan bir yükün, 12 m ile 30 m arasında değişen yüksekliklerden zemine tekrarlı düşürülmesiyle uygulanan bir zemin iyileştirme yöntemidir. Karelaj yapılarak ayrılmış olan alanlara, bir ya da daha fazla geçişle, kademeli bir uygulama yapılmaktadır. Her geçiş sonrası meydana gelen çukurlar, iyi derecelenmiş granüler zemin ile doldurulmaktadır.

Bu yöntem, üç aşamada gerçekleştirilmektedir. İlk aşamada; önceden saptanan noktalara, yüksek enerji ile düşüş yapılmaktadır. İkinci aşamada; daha az enerji ile saptanan noktalar arasına da düşüş yapılmakta ve zemin sıkılaştırılmaktadır. Üçüncü aşamada; kalan diğer noktalara, çok daha az enerji verilerek yüzeyler düzeltilmektedir.

Dinamik kompaksiyon uygulandıktan sonra, boşluk suyu basıncı yükselmekte ve zemin daneleri sıkılaşmaktadır. Sonrasında, artık boşluk suyu basıncının da sönümlenmesiyle birlikte zeminde yüksek oranda sıkılaşma sağlanmaktadır. Dinamik kompaksiyon kohezyonlu zeminlerde etkin bir yöntem olmasına karşın genellikle sıvılaşma potansiyeli olan zeminlerde uygulanmaktadır. Zemin sınıfı, yükü düşürme yüksekliği, yükün ağırlığı ve düşürüldüğü alanlar arasındaki mesafe dinamik kompaksiyon yöntemini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu yöntem, sıvılaşmaya karşı uygulanan, etkili ve ekonomik zemin iyileştirme yöntemlerinden biri olarak kabul edilmektedir.

Kompaksiyon Enjeksiyonu

Amerikan İnşaat Mühendisleri Birliği (ASCE) tarafından, 25 mm’den az çökme (slump) değerine sahip, gerekli plastisiteyi sağlayacak oranda silt ve içsel sürtünmeyi sağlayabilecek oranda kum içeren enjeksiyon malzemesinin, zemin içindeki boşluklara girmeden enjeksiyon çevresinde gittikçe genişleyen bir kütle oluşturarak etrafındaki gevşek zeminleri sıkıştırabilecek kadar yüksek basınçlarda zemine enjekte edilmesi olarak tanımlanmaktadır.

Kompaksiyon enjeksiyonu yöntemi, titreşimli olmayan bir yöntem olduğu için her çeşit zeminde uygulanabilmektedir. Bu yöntem, genellikle kumlu ve plastik olmayan siltli zeminlerde kullanılmaktadır. Zayıf ve yumuşak zeminleri sıkılaştırmak, temel ve döşemeleri alttan destekleyerek farklı oturmaları ortadan kaldırmak amacıyla uygulanmaktadır. Dar alanlarda çalışmaya uygun ve titreşim yaratmadan uygulanabilir olmasının yanı sıra temiz bir yöntem olduğu için kullanımı yaygındır; ancak, dinamik kompaksiyon ve vibro teknikleri uygulamalarına kıyasla maliyeti genellikle daha yüksektir.

Kompaksiyon enjeksiyonu, mevcut yapılarda da uygulanabilmesi özelliğiyle, temel oturmalarının giderilmesi ve yapıların eski seviyelerine yükseltilmesi noktasında yaygın olarak kullanılan bir yöntem olmaya devam etmektedir.

Kompaksiyon Kazıkları ile Zemin İyileştirme

Betonarme ya da ahşap kazıkların, kalıcı olacak şekilde zemine çakılması yoluyla; içinde gevşek kum ve çakıl bulunan tabakalar sıkılaştırılabilmektedir. Kazıkların, eğilmeye karşı dayanımları yüksektir. Bu nedenle, zemin içindeki yanal yer hareketlerine karşı yüksek mukavemet göstermektedirler. Kazıklar çakılırken meydana gelen titreşimler ve yer değiştirmeler, sıkılaşmayı sağlamaktadır. Günümüzdeki teknolojiyle, kazıklar çoğunlukla çelik profillerden veya çelik borulardan imal edilmekte ve zemine dik ya da eğimli olacak şekilde çakılmaktadır. Kazıklar; kare, dairesel, altıgen betonarme ve öngermeli betonarme kazıklar olabileceği gibi bazen ahşap kazıklar da tercih edilebilmektedir. Kompaksiyon kazıklarıyla zemin iyileştirme yönteminde, zemin çökelinin performansı, üç farklı sistemle iyileştirilmektedir. İlk olarak; kazıkların eğilme mukavemeti zemin hareketine karşı bir direnç oluşturmaktadır. Bu, güçlendirme olarak da düşünülebilir. İkinci olarak; kazıkların yerleştirilmesi sonucu meydana gelen titreşim ve yer değiştirmeler, sıkılaşmayı sağlamaktadır ve son olarak, yerleştirme sonrasında kazığı çevreleyen zemindeki yanal gerilmelerde artış meydana gelmektedir.

Örnek Kompaksiyon Deneyi

ASTM D558 standardına uygun olarak gerçekleştirilen kompaksiyon deneyinde, her seri için 2 kg kuru kum kullanılarak hazırlanan karışımlar; 10,16 cm çapında, 944 cm³ hacmindeki metal silindirik kalıp içine üç tabaka halinde yerleştirilerek kompaksiyon cihazıyla sıkıştırılır. Her tabaka yerleştirildikten sonra 2,5 kg’lık tokmak yaklaşık 30 cm yükseklikten 25 kez düşürülmüşürülür. Bu uygulama, karışımdaki su miktarı artırılarak, her seri için kompaksiyon eğrisini oluşturabilecek veriler elde edilene dek tekrarlanır. Kompaksiyon işlemi sonunda numunelerin yaş birim hacim ağırlıkları hesaplanır ve numunelerden bir miktar alınıp tartıldıktan sonra 105°C sıcaklıktaki etüve bırakılır. Etüvde 24 saat bekletildikten sonra çıkartılarak numunelerin su içerikleri tespit edilir. Kuru birim hacim ağırlığı-su muhtevası grafiği oluşturulur. Bu grafik yardımıyla her seri için maksimum kuru birim hacim ağırlığı ve optimum su muhtevası değerleri belirlenir.

İlgili denklem: Kuru birim hacim ağırlığı (kN/m³) = Yaş birim hacim ağırlığı (kN/ m³) / [1+ Su muhtevası (%)]