Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

Şişen Zeminlerin Kimyasal Yöntemlerle Stabilizasyonu

Şişen zeminlerde, su muhtevalarında artış ile birlikte hacim artışı meydana gelmektedir. Amerika Birleşik Devletlerinde şişen zeminlerden dolayı yılda 2-3 milyar dolar civarında zarar meydana geldiği ve bu zararın sel, kasırga, fırtına ve deprem gibi zararlardan yaklaşık iki kat daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Türkiye’de de şişen zeminlerle ilgili problemler görülmektedir. Şişen zeminlerin iyileştirilmesi için en çok kullanılan yöntemlerden birisi kimyasal stabilizasyondur. Şişen kile uygun oranlarda ilave edilen kireç, çimento, uçucu kül vb.. gibi kimyasallar ile şişme basınçlarında düşüş olmakta, uzun dönemde de mukavemet artışı sağlanmaktadır.

Bu tez kapsamında şişme potansiyeli yüksek olan bir kilin sönmüş kireç ile stabilizasyonu incelenmiştir. Bu amaçla, İstanbul-Esenyurt’tan alınan ve şişme özelliği olan bir zemin üzerinde çalışılmıştır. Bu kilin farklı miktarlarda kireç ile stabilize edilmesi durumunda çeşitli geoteknik özelliklerinde meydana gelecek olan değişiklikler incelenmiştir. Arazide kilin yeterince ufalanmamış olması, topaklar halinde iken kireç ile karıştırılması ve kompaksiyon öncesinde su ile ıslatılmaması/bekletilmemesi gibi faktörler laboratuvarda temsil edilerek numuneler hazırlanmıştır. Bu parametreleri kapsayacak şekilde hazırlanmış numunelerin mikro yapıları incelenmiştir. Bunun için elektron mikroskop ile ESEM deneyleri, kimyasal analiz deneyleri ve boşluk yapısının nasıl değiştiğini gösteren cıvalı porozimetre analizleri yapılmıştır.

Kireç ilavesi ile şişen kilin kıvam limitlerinde değişiklikler meydana gelmiştir. Bunun sonucunda zemin sınıfı değişmiştir. Zeminin kompaksiyon özelliklerinde de değişiklikler olmuş, kireç kilin işlenebilirliğini artırmıştır. Yapılmış olan serbest basınç deneyleri sonucunda %3 kireç ilavesinin kısa dönem etkilerini oluşturmakla birlikte, uzun dönemde yeterince çimentolaşma oluşturamadığı ve serbest basınç değerlerinde önemli değişikliklere sebep olmadığı görülmüştür. %6 ve %9 oranında kireç ile hazırlanan numunelerde serbest basınç mukavemetinde önemli artışlar meydana gelmiştir. Tüm kireç ilaveleri için Elastisite Modülü değerlerinde ise önemli miktarda artış oluşmuştur.

Tüm ufalama değerleri için önıslatma yapılmasının serbest basınç ve elastisite modülü değerleri üzerinde belirli bir etkisi görülmemiştir. Yüksek ufalama kalitesi ile hazırlanan numunelerde daha yüksek serbest basınç mukavemeti değerleri elde edilmiştir. Ancak yüksek kalitede ufalamanın etkisi en çok Elastisite Modülü değerlerinde ölçülmüştür. En düşük değerleri çok düşük kalitede ufalanmış zeminler ile hazırlanan numuneler vermiştir.

Saf kil ile hazırlanan numunelerde şişme yüzdesi %19’lara kadar çıkmaktadır. Saf kil ile hazırlanmış numunelerde zemin aynı olsa bile çok farklı şişme yüzdeleri ile karşılaşılabileceği görülmektedir. Saf kil ile hazırlanmış numunelerde şişme basıncı değerleri 300-500 kPa arasında değişmiştir. Şişme basıncı ve şişme yüzdesi değerleri ile numune hazırlama şekli arasında belirli bir ilişki mevcut değildir. Numune hazırlama şekli akma gerilmesini değiştirmemektedir. %3, %6 ve %9 kireç ilavesi bile şişme potansiyelini yok etmektedir. Akma gerilmesi aşıldıktan sonra oturma-gerilme ilişkisi saf kil ile hazırlanmış numuneler ile aynı olmaktadır. Bu da oluşmuş olan çimentolaşmanın kırıldığını ve yapının bozulduğunu göstermektedir.

Boşluk yapısının cıvalı porozimetre deneyleri ile incelenmesi sonucunda, kireç ilavesi ile porozitenin arttığı görülmüştür. Tüm numunelerde porozitenin büyük bir kısmının partiküller içerisindeki poroziteden oluştuğu görülmektedir. Kür süresi boyunca öncelikle partiküller arasında kalan boşlukların kapandığı, porozitenin çoğunun partiküller içerisinde kalan muhtemelen daha geniş boşluklar olduğu düşünülmektedir. Kireç yüzdesi arttıkça, tüm boşluk çaplarına karşılık gelen hacim miktarı artmaktadır. Geniş bir dane çapı aralığında, çok düşük kalitede ufalanmış zemin ile hazırlanan numunelerin daha yüksek boşluk hacimlerine sahip olduğu görülmektedir. Hem çok küçük, hem de büyük boşluk çapı için bu durum geçerlidir. ESEM analizleri sonucunda, saf kil ile hazırlanan numunelere ait görüntülerde boşluksuz bir doku net olarak görülmektedir ESEM kimyasal analizleri çimentolaşma, karbonatlaşma ve ettringit oluşumunu göstermektedir.

Tüm bu deneyler sonucunda bu çalışmada çalışılmış olan kilin kireç stabilizasyonu ile başarı ile iyileştirilebileceği görülmüştür. Elde edilecek iyileşme derecesi, kilin yeterince ufalanmış olması ile çok yakından ilgilidir. Arazide yapılacak imalatlarda, kilin mevcut topaklarının mümkün olduğu kadar küçültülmesi gerektiği görülmektedir.

Aksi taktirde laboratuvarda ölçülmüş olan iyileştirme seviyelerine ulaşılamayacaktır.