Taş kolon ve geopier uygulaması ile zemin iyileştirmesi

Abstract

Yumuşak zeminler üzerinde inşa edilecek dolgularda taşıma gücü ve deformasyon ile diğer duraylılık problemlerini (yanal yayılma, yerel göçme vb.) çözmek için çeşitli zemin iyileştirme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada bu yöntemlerden taş kolonlar ile geopier (Rammed Aggregate Pier) uygulaması yöntemleri incelenmiştir.Taş kolonlar günümüzde sıkça kullanılan zemin iyileştirme yöntemlerinden birisidir. Gerek kohezyonlu gerekse kohezyonsuz zeminlerde uygulanabilen taş kolonlar; konsolidasyonu hızlandırmak, taşıma kapasitesini arttırmak, sıvılaşma potensiyelini azaltmak, dolgu ve şev stabilitesini sağlamak gibi pek çok amaçla kullanılmaktadır.Geopier uygulaması daha çok Amerika'da yumuşak zemin özelliği taşıyan bölgelerde zemin iyileştirmesi amacıyla kullanılan, başarılı ve ekonomik sonuçlar veren bir yöntemdir. Bu yöntem, iyileştirme yapılmak istenilen sahada, zeminde açılan kuyuya çok sert ve yoğunluğu yüksek agregaların kademeler halinde yerleştirilmesi ve patentli bir tokmak yardımıyla sıkıştırılmasından ibarettir.Bu çalışmada, yumuşak killi zeminler üzerine dolgu inşa edilmesi durumunda, taş kolonlar ve geopier elemanlar uygulanması ile taşıma kapasitesinin arttırılması ve oturmaların azaltılması incelenmiştir. Yumuşak kil ve orta katı kil tabakalarından oluşan zeminin üzerine inşa edilecek dolgu altında temel zemininin oturmalar ve taşıma gücü açısından davranışı incelenmiş, daha sonra zemine iyileştirme yöntemlerinden olan taş kolon ve geopier elemanlar ayrı ayrı uygulandığında meydana gelen değişimler literatürdeki hesap yöntemleri ve Plaxis sonlu elemanlar programı kullanılarak analiz edilmiştir. Hem literatürdeki hesap yöntemleri ile yapılan analizler hem de Plaxis sonlu elemanlar programı yardımı ile yapılan analiz sonuçlarından anlaşılacağı üzere taş kolon ile iyileştirilen zeminin taşıma kapasitesi artmaktadır. Ayrıca meydana gelmesi beklenilen oturma değerleri iyileştirilmemiş zemine göre bir hayli azalmaktadır. Klasik yöntemlerle bulunan taşıma gücü değerleri Plaxis sonlu elemanlar programı ile bulunanlardan daha fazla çıkmaktadır. Yapılan analizlerden anlaşılacağı üzere geopier elemanlar ile iyileştirilen zeminin taşıma kapasitesinde, kolon boyları daha kısa olmasına rağmen taş kolonlarla sağlanan iyileşmeye yakın artış sağlamaktadır. Ayrıca oturma değerleri de, taş kolonlara göre daha büyük olmasına rağmen, iyileştirilmemiş zemine göre bir hayli azalmaktadır. Klasik yöntemlerle hesaplanan taşıma gücü değerleri Plaxis sonlu elemanlar programı ile bulunanlardan fazla çıkmaktadır. Taş kolonlar davranışı literatürde bulunan yöntemlere göre hesaplanırken gerilme konsantrasyon oranı n=3 olarak alınmıştır. Plaxis sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerde bu değerin değişik kolon çaplarına göre 2.88 ile 3.70 arasında değiştiği bulunmuştur. Buna göre alınan n=3 değeri doğru gözükmektedir. Geopier elemanların literatürde bulunan yöntemlere göre hesaplanmasında ise gerilme konsantrasyon oranı n=6 olarak alınmıştır. Plaxis sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerde ise bu değerin değişik kolon çaplarına göre 5.35 ile 5.75 arasında değiştiği bulunmuştur.Anahtar Kelimeler: Dolgu, zemin iyileştirmesi, taş kolonlar, geopier elemanlar, rammed aggregate piers, oturma, taşıma gücü.

Soil improvement methods are developed for solving the bearing capacity, deformation and stability problems on the earthfills built on soft ground.In this research two of these methods which are stone columns and geopier, were studied. Stone column is frequently used soil improvement method nowadays. It could be used both in cohesive and cohesionless soils for increasing the rate of consolidation, decreasing the settlements, improving the bearing capacity, to lessen the liquefaction potential and for the stability of the earthfills. In US, geopier is a successful and economic practice which is used as a soil improvement method in soft soil region. This is based on a well elaborated method used in weak soil, comprising very hard and dense aggregate compacted with a hammer in the holes formed in the ground.In this research, increasing the bearing capacity of the earthfill on soft clayey soils were studied. Bearing capacity and consolidation behaviour were studied under thick earthfill on soft and medium stiff clay with both stone column and geopier treatment and the improvements were calculated using both the calculation methods in literature and PLAXIS finite elements program. Analysis methods in literature and PLAXIS finite elements analysis have shown the stone column reinforced soil had an increase in the bearing capacity. Also, expected settlement values decreased compared to the untreated soil. Bearing capacity computed by using the classical methods was larger than that found by PLAXIS finite elements program. According to the results of analyses, reinforcement using geopier elements, even with shorter column lengths will provide nearly same improvement with the stone column. The calculated settlement values were larger than the values for stone columns, but smaller than for the untreated soil. Bearing capacity of soil reinforced with geopiers calculated by the classical methods were larger than that found by PLAXIS. In the analyses of the stone column by the literature methods for the stress concentration ratio n=3 value used and the analyses made with PLAXIS revealed that this ratio varies between 2.88 and 3.70 depending on the column diameter. Therefore the value of n=3 seems to be appropriate. In the geopier calculation with the literature methods, stress concentration rate was taken as 6. The analysis made with PLAXIS showed that, the ratio varies between 5.35 and 5.75 depending on the column diameter.Key Words: Earthfill, ground treatment, stone column, geopier, rammed aggregate piers, settlement, bearing capacity.