Jet grout projelerinde sistem seçimi (Single, Double veya Triple), genellikle sadece maliyet veya makine parkuru imkanlarına göre yapılıyor. Oysa bu seçim, zemin mekaniği ile akışkanlar dinamiğinin kesiştiği noktada verilmesi gereken, projenin nihai başarısını doğrudan etkileyen bir mühendislik kararıdır. Sahada “en pahalı sistem en iyisidir” mantığı ne kadar yanlışsa, “tekli sistemle her zemini çözeriz” özgüveni de o kadar tehlikelidir.
Mekanizmanın Temeli: Enerji mi, Koruma mı?
Aslında her üç sistemin de amacı aynı: Zemini parçala ve çimento şerbetiyle yerinde karıştır. Ancak bu parçalama işleminin “cerrahisi” sistemden sisteme değişir.
Single (Tekli) Sistem, enerjinin en saf halidir. Şerbet, nozuldan yaklaşık 400-500 bar basınçla çıkar. Burada tek bir akışkan hem erozyonu yapar hem de kolonun malzemesini oluşturur. Fakat burada bir handikapımız var: Şerbetin vizkozitesi yüksektir. Şerbet, havayla veya suyla temas ettiği anda hızla kinetik enerjisini kaybeder. Bu yüzden tekli sistemde, özellikle sıkı kumlarda veya orta-sert killerde 60-80 cm çapın üzerine çıkmak, teorik olarak mümkün olsa da pratikte homojenlikten ödün vermek demektir.
Double (Çiftli) Sistem ise işin içine “hava kalkanı” teknolojisini sokar. Çoğu zaman göz ardı edilen ama mekanik anlamda mucizevi bir etkisi olan bu sistemde, şerbet jetinin etrafı basınçlı hava ile sarılır. Bu hava kalkanı, şerbetin zemin içinde ilerlerken sürtünmeden dolayı enerji kaybetmesini engeller. Akademik literatürde bu durum “hava perdeli jet” (air-shrouded jet) olarak tanımlanır. Sahada gördüğümüz, tekli sistemle 70 cm çap aldığımız aynı zeminde, çiftli sistemle hiçbir parametreyi değiştirmeden 100-110 cm çaplara ulaşabildiğimizdir. Burada kritik olan, havanın debisini ve basıncını iyi ayarlamaktır; aksi halde zeminde aşırı kabarma (heave) riskini tetiklersiniz.
Triple Sistem: Karmaşık Zeminlerin Çözümü mü?
Triple (Üçlü) sistem, jet grout dünyasının “ağır sikleti” gibidir. Burada erozyon işlemi, yüksek basınçlı su ve onu saran hava kalkanı ile yapılır. Çimento şerbeti ise ayrı bir kanaldan, daha düşük basınçla ama daha yüksek debiyle ortama verilir.
Peki, buna neden ihtiyaç duyarız? Özellikle kohezyonu yüksek, drenajsız kayma mukavemeti ($s_u$) 100 kPa üzerindeki killerde, şerbetin zemini parçalama gücü yetersiz kalabilir. Su jeti, zemini daha keskin bir şekilde erode ederken, şerbet bu boşluğu doldurur. Ancak bu sistemin işletme maliyeti ve ekipman karmaşıklığı yüksektir. Ayrıca, “spoil” dediğimiz geri dönüş miktarının çok fazla olması, şantiyede ciddi bir lojistik ve çevresel yönetim problemi doğurur.
Mühendislik Seçimi ve Ampirik Gözlemler
Tasarım aşamasında seçim yaparken Croce ve Flora (2000) tarafından önerilen enerji denklemlerini göz önüne almak gerekir. Fakat bir saha mühendisi olarak benim gözlemim şudur: Zemin profilinde eğer ani tabakalaşmalar (kumdan kile geçişler) varsa, Triple sistem bazen kolonun sürekliliğini bozabilir. Çünkü suyun erozyon kapasitesi ile şerbetin dolgu kapasitesi her tabakada aynı senkronizasyonla çalışmayabilir.
Aşağıdaki tablo, seçim yaparken masa başında kullandığımız ama sahayla kalibre ettiğimiz bir rehber niteliğindedir:
| Parametre | Single (Tekli) | Double (Çiftli) | Triple (Üçlü) |
| Tipik Çap ($D$) | 60 – 90 cm | 90 – 150 cm | 120 – 250 cm |
| Enerji Verimliliği | Düşük | Yüksek | Çok Yüksek |
| Zemin Uygunluğu | Gevşek Kum / Yumuşak Kil | Geniş Yelpaze | Sert Kil / Sıkı Çakıl |
| Maliyet (Birim Boy) | Ekonomik | Orta | Yüksek |
Uygulama Hataları ve “Tij” Hareketleri
Sistem ne kadar gelişmiş olursa olsun, operasyonel hatalar sistemi kilitler. Örneğin, çiftli sistemde hava basıncı, şerbet basıncının üzerine çıkarsa “blow-out” dediğimiz, yüzeyde krater oluşumlarına neden olan kontrolsüz hava çıkışları yaşanır. Bu, kolonun üst kısmının boş kalması demektir.
Buna ek olarak, Triple sistemde geri çekme hızı ($v_r$) çok yavaş tutulursa, su jeti zemini gereğinden fazla erode eder ve oluşan boşluk (cavity) taze şerbetle tam olarak dolmayabilir. Bu da laboratuvarda aldığınız numunelerin (UCS testleri) beklentinin çok altında kalmasına neden olur.
Sonuç Yerine
Sektördeki genç meslektaşlarıma tavsiyem; sadece makine kapasitesine bakarak sistem seçmemeleridir. Zemin raporundaki $N_{60}$ değerlerini, zeminin plastisite indisini ve yeraltı su seviyesini masaya yatırmadan seçilen her sistem, ya maliyet artışına ya da teknik başarısızlığa gebedir.
Şantiyede en iyi sistem, zeminin direncini yenen ama zeminin doğal dengesini (aşırı kabarma veya boşluk oluşturma gibi) bozmayan sistemdir. Bir sonraki yazımızda, bu sistemlerin “kalbi” sayılan nozul (meme) çaplarının akış dinamiği üzerindeki kritik etkilerini, Bernoulli denklemlerinden şantiye pratiğine uzanan bir çizgide inceleyeceğiz.
Yazar: B. Celal Özen
Kategori: Saha Uygulamaları / Geoteknik Tasarım
Kaynakça
- Modoni, G., et al. (2006). Theoretical modelling of jet grouting. Géotechnique.
- Shibazaki, M. (2003). State of the Practice in Jet Grouting. ASCE Conference.
- Flora, A., et al. (2013). Design of Jet Grouted Foundations. CRC Press.
Bir yanıt yazın