Geoteknik literatüründe jet grouting, genellikle granüler zeminlerin “ideal” iyileştirme yöntemi olarak lanse edilir. Ancak kentsel altyapı projeleri ve derin kazı iksaları bizi her zaman ideal zeminlerle buluşturmaz. Özellikle yumuşak ve orta sertlikteki killer (cohesive soils), jetin kinetik enerjisine karşı granüler zeminlerden çok farklı bir direnç mekanizması sergiler. Bu makalede, kohezyonlu zeminlerin intrinsik özelliklerinin kolon çapı ve malzeme kalitesi üzerindeki etkilerini analitik bir çerçevede inceleyeceğiz.
1. Erozyon Direnci ve Drenajsız Kayma Mukavemeti ($s_u$) İlişkisi
Kumlu zeminlerde jetin etkisi “parçalama ve yer değiştirme” iken, killi zeminlerde süreç bir “kesme” (cutting) işlemine dönüşür. Kilin erozyona karşı gösterdiği direnç, doğrudan drenajsız kayma mukavemeti ($s_u$) ile ilişkilidir.
Akademik çalışmalarda (örn. Wan ve Fell, 2004), kritik erozyon gerilmesinin ($\tau_c$) zeminin kohezyonuna bağlı olarak logaritmik bir artış gösterdiği saptanmıştır. Matematiksel olarak, jetin uyguladığı vuruş gerilmesi ($\tau_j$), zeminin kritik eşik değerini aşmak zorundadır:
$$\tau_j > \tau_c \approx f(s_u, PI)$$
Burada $PI$ plastisite indisidir. Sahada sıklıkla karşılaştığımız sorun, $s_u$ değeri 50-60 kPa’yı aşan killerde, standart operasyonel parametrelerin (400 bar, 35-45 cm/dk çekme hızı) yetersiz kalması ve hedeflenen kolon çaplarının %30’a varan oranlarda daralmasıdır.
2. Plastisite İndisinin (PI) “Karışma Verimliliği” Üzerindeki Rolü
Plastisite sadece erozyon direncini değil, aynı zamanda şerbet ile zeminin ne kadar “homojen” karışacağını da belirler. Yüksek plastisiteli killer (CH), jet tarafından parçalandıklarında granüler bir yapıya bürünmek yerine, küçük “kil topları” (clay lumps) şeklinde kalma eğilimi gösterirler.
Bu fenonem, literatürde “Kneading Effect” (Yoğurma Etkisi) eksikliği olarak adlandırılır. Eğer jetin enerjisi kil yapısını moleküler düzeyde disperge etmeye (dağıtmaya) yetmiyorsa, oluşan kolonun kesitinde çimento matrisi içinde hapsolmuş saf kil parçaları görülür. Bu durum, kolonun nihai basınç mukavemetini ($q_u$) dramatik şekilde düşürür. Modoni ve ark. (2006) tarafından yapılan laboratuvar analizleri, yüksek plastisiteli zeminlerde $q_u$ değerlerinin, benzer su/çimento oranına sahip kumlu zeminlere göre %50 daha düşük olabileceğini kanıtlamıştır.
3. Parametrik Optimizasyon ve “Ön Yıkama” (Pre-washing) Gerekliliği
B. Celal Özen olarak saha gözlemlerimde en çok vurguladığım nokta; kohezyonlu zeminlerde “tek seferde başarı” (single pass) beklentisinin riskli olduğudur. Sert killerde enerji disipasyonunu dengelemek için iki temel strateji uygulanır:
- Geri Çekme Hızının ($v_r$) Manüpilasyonu: Birim hacme düşen enerjiyi artırmak için çekme hızı $15-25$ cm/dk seviyelerine kadar düşürülür. Bu durum maliyeti artırsa da, kolon sürekliliği için zorunludur.
- Pre-washing Teknolojisi: Takımın aşağı iniş aşamasında yüksek basınçlı su veya şerbet ile zeminin önceden “yırtılması” (pre-cutting) işlemidir. Bu işlem, kilin yapısal bağlarını (thixotropic bonds) zayıflatarak, yukarı çıkış esnasında ana enjeksiyonun daha geniş bir alana nüfuz etmesini sağlar.
4. Kimyasal Etkileşim: Adsorpsiyon ve Priz Süreleri
Killerin mineralojik yapısı (özellikle montmorillonit ve illit grubu), çimento şerbetinin hidrasyon sürecine müdahale edebilir. Kil minerallerinin yüksek spesifik yüzey alanı ve negatif elektriksel yükü, şerbet içindeki serbest suyun bir kısmını “adsorbe” ederek hidrasyonu yavaşlatabilir.
Ayrıca, organik madde içeren yumuşak killerde (OH/OL), organik asitlerin varlığı çimentonun priz almasını engelleyerek “yumuşak kolon” oluşumuna yol açar. Bu tür zeminlerde, karışıma sodyum silikat veya benzeri hızlandırıcı katkıların (admixtures) eklenmesi akademik bir tavsiyeden öte, sahadaki teknik bir zorunluluktur.
5. Kalite Kontrolün Zorlukları: Numune Alma Problemi
Kohezyonlu zeminlerde yapılan jet grout uygulamalarının verifikasyonu, kumlu zeminlere göre çok daha zordur. Karot alımı (coring) sırasında, tam kürlenmemiş veya düşük mukavemetli kil-çimento karışımları parçalanma eğilimi gösterir. Bu durum, “Recovery” (verim) oranlarını düşürerek yanıltıcı sonuçlar verebilir.
Mühendislik Notu: Killi zeminlerde kalite kontrol için sadece karot numunelerine güvenilmemeli, kolonun tam kalbini gören PIT (Pile Integrity Test) ve mümkünse yükleme deneyleri (Static Load Tests) ile tasarım verileri teyit edilmelidir.
Sonuç
Kohezyonlu zeminlerde jet grouting uygulamak, bir “enerji yönetimi” sanatıdır. Drenajsız kayma mukavemeti ($s_u$) ve plastisite indisini (PI) dikkate almayan bir tasarım, kağıt üzerinde başarılı görünse de sahada eksik çaplı ve heterojen yapılı kolonlarla sonuçlanacaktır. B. Celal Özen olarak önerim; bu tür zeminlerde Triple sistemin erozyon gücünden faydalanılması ve mutlaka proje başlangıcında “deneme kolonları” üzerinden bir korelasyon eğrisi oluşturulmasıdır.
Bir sonraki makalemizde, madalyonun diğer yüzüne bakacağız: Granüler Zeminlerde Jet Grout Uygulamaları ve Permeabilite Etkisi.
Yazar: B. Celal Özen
Kategori: Zemin Mekaniği / İyileştirme Teknikleri
Kaynakça
- Wan, C. F., & Fell, R. (2004). Investigation of rate of erosion of soils in embankment dams. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130(4).
- Modoni, G., et al. (2006). Theoretical modelling of jet grouting. Géotechnique, 56(5).
- Xanthakos, P. P., Abramson, L. W., & Bruce, D. A. (1994). Ground Control and Improvement. John Wiley & Sons.
- Flora, A., & Modoni, G. (2007). Large scale jet grouting: design and applications. Proceedings of the XVII ICSMGE.
Bir yanıt yazın