Kompaksiyon Teorisi

Kompaksiyon (sıkıştırma) zemin danelerinin birbirine yaklaştırılması ve aralarındaki hava boşluklarının azaltılması sonucu daha sıkı bir yerleşime sahip olmalarını sağlayan mekanik işlemlere verilen isimdir. Zeminin sıkılaştırılması sonucu birim hacim ağırlığı artmakta ve buna bağlı olarak mühendislik özellikleri iyileştirilmiş olmaktadır. Danelerin birbirine yaklaşabilmesi ve sıkılaşmanın sağlanabilmesi ancak uygulanan statik ve dinamik yükler altında birbirlerine göre hareket edebilmeleri ile sağlanabilir. Danelerin birbirine göre hareket edebilme yetenekleri ise, uygulanan yüklerin şiddeti ( kompaksiyon enerjisi) yanında zemin içindeki su miktarına bağlı olarak değişiklik gösterir. Zemin içindeki su miktarı zeminin suya doygunluk derecesinin danelerin birbirine yaklaşmasına engel olacak dececede yüksek olmasına yol açacak seviyede ise kompaksiyonun sağlanması zorlaşacaktır. Zeminin su muhtevası yükseldikçe, boşluklardaki havanın bir kısmı hapsedilmekte ve dışarı çıkma olanağı bulamamaktadır. Bunun neticesi olarak sıkışan bu hava hacimlerinde basınç artışları oluşmakta ve kompaksiyon güçleşmektedir. Zeminin bütünüyle suya doygun olması, yani tüm boşlukların suyla dolu olması durumunda ise kompaksiyon mümkün değildir. Çünkü bu durumda uygulanan yükler altında boşluk suyunda basınç artışları meydana gelecek ve bu hidrostatik basınç danelerin birbirine yaklaşmasına karşı koyacaktır.

Diğer taraftan zemin içindeki su miktarı aynı zamanda danelerin birbirine göre hareket edebilmelerini de etkilemektedir. Zemin içinde yeterli su bulunduğu zaman ( yüksek su muhtevalarında) daneler arasındaki sürtünme azalmakta ( yağlama etkisi ) aynı zamanda kapiler gerilmeler de azalmakta ve daneler arası elektriksel itki kuvvetleri ortaya çıkmaktadır. Zemin içinde yeterli su bulunmadığı zaman ise ( düşük su muhtevalarında) daneler arası sürtünme ve kapiler gerilmeler artmakta, elektriksel kuvvetlerin net etkisi ise çekim kuvvetlerine dönüşmektedir. Görüldüğü gibi, zemin içindeki su miktarının kompaksiyon üzeride iki etkisi birbiri ile çelişkilidir. Şöyle k, su miktarı arttıkça danelerin birbirine göre hareket kolaylaşmakta, buna karşılık birbirine yaklaşması zorlaşmaktadır. Buna göre, her iki etkinin bir arada düşünülmesi ile en iyi sıkışmanın ancak zemin içinde yeterli miktarda su bulunması halinde sağlanabileceği sonucu çıkmaktadır. Zeminin en iyi ve en kolay sıkışabileceği bu su muhtevasına optimum su muhtevası denilmektedir. Optimum su muhtevası değişik zeminler için birbirinden farklı olduğu gibi , aynı zemin içinde kompaksiyon derecesine ve uygulanan kompaksiyon metoduna göre değişebilmektedir.

Sıkışmanın sağlanabilmesi için gereken danelerin birbirine göre hareket edebilmesi ve birbirine yaklaşabilmesi; zemin içindeki su miktarı yanında elbette uygulanan statik ve dinamik yüklerin türüne ve şiddetine de bağlıdır. Bundan dolayı optimum su muhtevası zemin indeks özellikleri gibi değişmez değildir. Yalnızca belli bir kompaksiyon metodu ve belirli bir kompaksiyon enerjisi altında zemin kompresibilitesinin en iyi be en kolay sağlanabileceği su muhtevasını göstermektedir ve belirli koşullarda deneysel olarak elde edilmelidir.

Kaynak: K. Özaydın, 2005, Zemin Mekaniği.

Kompaksiyon

İnşaat mühendisliğinde değişik amaçlar için toprak dolgular inşaası çok sık başvurulan bir uygulama olmaktadır. En yaygın örnekleri arasında, inşaat sahasının kotunu yükseltmek için yapılan dolgular, karayolları ve havaalanları kaplama altı dolguları ile toprak barajlar, su bentleri ve akarsu seddeleri gibi su yapıları için yapılan dolgular sayılabilir. Ayrıca, birçok durumlarda elverişsiz zemin koşullarına sahip inşaat alanlarındaki tabii zeminin kazılıp atılması ve yerine daha iyi özelliklere sahip temel altı dolgusu konulması veya mevcut zemin tabakalarının özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir.

Toprak dolgularda kullanılacak malzeme, başka sahadan (ariyet sahası) kazılarak elde edilen zemin olacaktır. Kazıdan elde edilen bu zeminin, herhangi bir dikkat ve özen gösterilmeden rastgele dolgu sahasına dökülmesi ve yayılması ile elde edilecek bir dolgu tabakası yüksek porozite, permeabilite ( su geçirgenliği) ve sıkışabilirliğe ve düşük mukavamete sahip olması yanında, özellikleri dolgu derinliği boyunca ve noktadan noktaya büyük farklılıklar gösteren heterojen bir görünüm arzedecektir. Bu durumdaki bir zemin tabakasının ise gerek projelendirme gerekse uygulanacak yükler altındaki muhtemel davranışı açısından kabul edilebilir olamayacağı açıktır. Bu nedenlerle, çok eski çağlardan beri insanlar toprak dolguların inşaasında dikkatli davranılması ve özellikle bunların sıkıştırılarak yerleştirilmesi gerektiği bilincine sahip olmuşlardır. Modern çağlarda ise gerek zeminlere uygulanan yükler, gerekse inşaat yöntemlerindeki değişiklikler sonucu zemin dolgularının usulüne uygun yapılması gereği daha da önem kazanmıştır.

Usulüne göre yapılmış kontrollü bir toprak dolgu şu özelliklere sahip olmalıdır:

•       Kendi ağırlığını ve uygulanan dış yükleri güvenlikle taşıyabilecek mukavemete sahip olmalıdır.
•     Yük altındaki oturma ve deformasyonları müsaade edilebilir seviyelerin altında olmalı
•     Aşırı şişme veya büzülme göstermemeli
•     Mukavemet ve sıkışabilirlik özelliklerini kullanım ömrü boyunda koruyabilmeli
•     Fonksiyonuna uygun permeabilite ve drenaj özelliklerine sahip olmalı

Yukarıda sıralanan niteliklere sahip bir toprak dolgu inşa edebilmek için geoteknik mühendisinin kontrol edebileceği parametreler içinde en önemli olanları ise kullanılan malzemenin (zemin) cinsi ile su muhtevası ve sıkılık derecesi olmaktadır.

Toprak dolguların yeterli mühendislik özelliklerine sahip olarak inşaasında ve bazı durumlarda tabii zemin tabakalarının özelliklerinin yerinde iyileştirilmesinde en önemli unsur, zeminin yeterince ve usulüne uygun olarak sıkıştırılmasıdır. Bu sıkıştırma işlemi ise geoteknik mühendisliğinde kompaksiyon olarak tanımlanmaktadır.

Kompaksiyon Teorisi 

Kaynak: K. Özaydın, 2005, Zemin Mekaniği.

Zemin Araştırması

Yeni işlerde zemin araştırmasının amacı ekonomik ve güvenli bir yapı tasarımı yapmak, yapım ve ihale için gerekli bilgileri güvenilir bir biçimde toplamaktır. Araştırma, önceden toplanan bilgileri doğrular ve onları genişletici şekilde planlanmalıdır. Mevcut yapıların güvenliğinin araştırılmasına veya hasarlara yönelik olarak yapılan araştırmalar ise ilgilenilen konu ile doğrudan bağlantılı olacaktır.

Zemin araştırma planlaması ve yorumlanmasında temel amaç sahanın jeolojisinin anlaşılmasıdır. Mühendislik problemleri karmaşık değil ve jeoloji belirgin ise yeterli jeolojik bilgi sondaj ve deney çukurları ile doğrulanarak büro çalışmalarından elde edilir. Diğer durumlarda jeolojik haritalar hazırlanmaktadır.

Zemin ve kaya profilinin ortaya çıkarılması, yer altı suyu koşullarının saptanması asıl amaçtır. Araştırma, inşaat işleri nedeni ile olacak tüm kalıcı veya geçici değişimlerin yer alacağı tüm araziyi kapsamalıdır. Gerilmeler ve buna bağlı olarak deformasyonlarda, su kapsamında ve buna bağlı olarak hacimlerde yer altı su seviyesinde ve buna bağlı akış biçiminde, zemin dayanımında ve kompresibilitede olacak tüm değişiklikler bu araştırmalara dahil edilmelidir. Yapı malzemelerinin dayanıklılığını etkileyebilecek etkenler de incelenmelidir. Bazı özel yerlerde yer altı boşluklarının ve önceden kullanım etkilerinin belirlenmesi de gerekebilir.

Zemin araştırmasına başlamadan önce zemin koşulları hakkında bir ön bilgi edinilmeli, olası mühendislik problemleri önceden kestirilmeye çalışılmalıdır. Bu bilgiler zemin araştırmasının türü ve sayısını planlamada yardımcı olacaktır. Planlama elde edilen bilgiler ışığında gerekli görülüyorsa değişiklik yapılabilecek kadar esnek olmalıdır. Zemin araştırması, işin son tasarımı yapılmadan önce bitirilmelidir. Araştırmalar sonucunda tasarımda değişiklikler oluyorsa ek zemin araştırması da gerekebilir. Bazı durumlarda iş başladıktan sonra ek araştırma gerekebilir. Zemin özelliklerinin ve yer altı suyunun mevsimsel değişebileceği dikkate alınmalıdır. Zemin araştırmasından maksimum yarar, yeterli denetim altında tecrübeli bir ekip tarafından yapıldığı zaman sağlanabilir.

Arazi İnceleme Programı

Zemin araştırmasının boyutu, arazinin yapısı ve tasarlanan işin büyüklüğü ve özelliğine bağlıdır. Bir zemin incelenmesinde genelde şu sıra takip edilir: büro çalışması, arazinin tanınması, hidrolojik-topografik-zemin incelemesini kapsayan detaylı inceleme, yapım esnasında araştırmalar. Bunları yapının davranışının gözlenmesi takip etmektedir. Bu aşamalar birbirleriyle iç içe olabileceği gibi gerektiği zaman sırada değişiklik yapılabilir. Mesela arazinin tanınması işi büro çalışmasının tamamlanmasından çok önce gerçekleştirilmiş olabilir.

Zemin araştırmasının maliyeti iyi bir planlama ile minimuma indirilebilir. Konunun tecrübeli yapımcılarla ilk aşamalarda tartışılması etkin ve ekonomik bir planlama için gereklidir. Araştırmada tekniğin gerekliliğinin ekonomiden önce tutulması esastır.

Asıl arazi araştırmaları başlamadan önce ön zemin incelemesi ve büro çalışmasının yapılması, asıl araştırmanın boyutu ve niteliğinin saptanması için bir gerekliliktir.

Zemin İncelenmesinin Amacı

ZEMİN İNCELENMESİNİN AMACI

Bütün İnşaat Mühendisliği yapılarında yapımdan önce arazinin incelenmesi şarttır. Bu gibi bir araştırmada hedeflenenler şunlar olabilir:

a)      Uygunluk: Dizayn edilen yapı için arazi ve çevre etkilerinin uygunluğu kontrol edilir.

b)      Dizayn: Geçici işlerle beraber dizayn edilen ana yapının yeterli ve ekonomik tasarımı için bilgi toplamak amaçlanır.

c)       Yapım: En ideal yapım yöntemi planlanır. Zemin ve diğer koşullar nedeniyle yapım aşamasındaki muhtemel güçlük ve gecikmeler önceden belirlenir. Yapımda kullanılacak malzeme ocaklarının seçimi, fazla ya da atık malzemenin belirlenmesi sağlanır.

d)      Değişikliklerin etkisi: Doğal olarak ya da yapılacak işin sonucu zemin ve çevre koşullarında olabilecek değişiklikler belirlenir. Bu değişikliklerin yapılacak yapıda, yakın yapılarda ve çevrede neden olacağı etkiler araştırılır.

e)      Arazi seçimi: Seçenek olması halinde farklı arazilerin göreceli uygunlukları veya arazinin farklı yerlerinin uygunluğu incelenir.

Yukarıdakilere ek olarak arazi araştırması mevcut yapıların güvenliği için, yatay ve düşey eklentileri için ve gözlenmiş bir göçmenin araştırılması için de gerekli olabilmektedir.

Zemin araştırması çoğunlukla ölçüm ve gözlemlerin de içerecek şekilde düzenlenir. Yapım öncesinde (örneğin kazılarda) ve yapım sonrasında (binalarda) tasarımın değiştirilmesi imkanını verir ve tasarımın doğrulanmasını sağlar.

Zemin araştırmalarının kabaca yapım maliyetinin %0.5 ile %1 arasında olduğu düşünülürse bu tür bir harcama yapmamanın sağlayacağı ekonominin, bundan vazgeçmenin getireceği risk yanında bir hiç kalacağı söylenebilir.

Kaynak: S.Yıldırım; 2002; Zemin İncelenmesi ve Temel Tasarımı