Kireç ile Zayıf Zeminlerin iyileştirilmesi
Doç. Dr. Aydın Kavak
Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
Geoteknik Ana Bilim Dalı (ABD) Öğretim Üyesi
Giriş
Kireç stabilizasyonu, Karayolları Teknik şartnamesinde belirtildiği gibi yol altyapısını oluşturan taban zemini, dolgu malzemesi kriterlerini sağlamayan veya Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) değeri düşük, şişme potansiyeli yüksek, dolgu tabam, dolgu malzemesi (ariyet, yarma) veya üstyapı tabanı malzemelerinin kullanılabilirlik özelliklerini artırmak, ayrıca alttemel kriterlerine yakın özellikler taşıyan malzemelerin alttemel olarak kullanılabilmesi amacıyla, bu malzemelere belli fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip toz halinde sönmüş veya sönmemiş kireç katılması, karıştırılması ile yapılan iyileştirme veya stabilizasyon işlemini kapsamaktadır. Zayıf zeminlerde özellikle killi zeminlerde, ayrıca kil içeren daneli zeminlerde de iyi sonuçlar vermektedir.
Bu işlem neticesinde aşağıdaki sonuçlar meydana gelir:
Kısa dönemde:
• Proktor yoğunlukları düşmekte
• Plastik limit artmakta
• Likit limit düşmekte
• Proktor eğrisi düzleşmekte
• CBR değerlerinde artışlar olmaktadır.
Uzun dönemde ;
• CBR değerleri daha da artmakta
• Serbest basınç mukavemeti artmakta
• Kayma mukavemeti artmakta
• Çekme gerilmeleri artmakta
• Şişme ve büzülmeye karşı stabilite artmakta
• Don etkisine karşı direnç artmaktadır
Kireç stabilizasyonu yeni bir uygulama değildir. Tarih boyunca yüzyıllardır Çin seddi, Roma kral yolu gibi bir çok projede kullanılmıştır. 20. Yüzyılda 1930-1940 yılarında modern anlamda misroskop, X ışınları kırınımı gibi birçok kimyasal ve fiziksel inceleme tekniklerinin gelişmesiyle modern bir yapıya kavuşarak dünyada yaygın bir kullanıma kavuşmuştur. Bugünlerde dünyada özellikle Amerika Birleşik Devletlerinde ve birçok Avrupa ülkesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Türkiyede de birçok büyük projede kullanılmış ve kullanılmaya devam etmektedir.
Kireç yüksek pH değeri ile kilin pH değerini Eades and Grim 1965’de belirttiği gibi su ile birlikte 12.4 değerine ulaştırmakta ve kilde bulunan silika ve alüminyum ile birlikte kalsiyum ve alüminyum ve silikatlar ile yeni çok daha stabil bir yapıya kavuşmaktadır. Burada katyon değişimi, topaklaşma, karbonatlaşma ve pozolonik reaksiyonlar oluşmaktadır. Bu reaksiyonlardan ilk üç tanesi kısa dönemde oluşmakta, ancak Pozolonik reaksiyonlar yıllarca devam edebilmektedir. Kireç stabilizasyonu sonucunda zeminin plastik özellikleri iyileşerek daha rahat çalışılabilir bir malzeme haline gelmektedir. Serbest basınç mukavemetinde ve yaş CBR değerlerindeki artışlar ile zayıf zemin uygun bir dolgu malzemesine dönüşmektedir.
Kireç Stabilizasyonunun Önemi
Kireç stabilizasyonu yerindeki zemini iyileştirerek uygulamalar da çok önemli avantajlar sağlamaktadır. Çalışmalarda kazıdan çıkan zayıf malzemelerin, uygun kireç oranıyla aynı inşaat sahasında, dolgu malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Ayrıca, yüksek su muhtevasına sahip zayıf zeminlerde, zemini daha kuru hale getirerek mukavemeti daha da arttırmaktadır. Çalışmalar şantiye içinde yürütülebildiği için şehirde gelen ve giden kamyon sayılarında ciddi azalmalar olmaktadır. Özellikle büyük şehirlerde yapılan yol ve inşaat çalışmalarında, döküm yeri problemleri, dolgu malzeme malzemelerinin bulunabilirliği ve uzaklığı ekonomik ve çevresel birçok problem yaratmaktadır. Bunların başlıcaları: trafik, trafik kazaları, kamyonların eksoz gazı salınımı, çevrenin ocaklarla tahrip edilmesi olarak sıralanabilir.
Kireç Stabilizasyonu Uygulama Aşamaları
Uygulama için kazıdan getirilen malzemeler uygun karolajla yerleştirilerek yayılmaktadır. Tabakaların gevşek kalınlığı sıkışmış tabaka kalınlığı ortalama 30-35 cm olacak şekilde sahadaki denemelere göre ayarlanmakta ve dolgular tabakalar halinde oluşturulmaktadır. Taban zemini uygun mukavette olmalıdır veya tabanda yerinde kireç ile iyileştirilebilir. Kullanılan kireç oranları toprağın kil içeriğinin genellikle % 1-5 aralığındadır. Bu değer ortalama olarak uygulamalarda toplam kuru toprak ağırlığının genellikle % 2-4 arasındadır.
Kazıdan çıkan malzemenin aynı sahada kireç stabilizasyonu için hazırlanması
Kireç silobaslardan kireç serme makinalarına aktarılmaktadır.
Laboratuvar tarafından belirlenen oranda kireç zemine serilmektedir.
Serici ve kireç ile zemini parçalayarak karıştıran iş makineleri
Greyderlerle uygun tabaka kalınlıklarına göre düzeltilir ve su muhtevası düşük olduğu durumlarda sıkıştırmadan önce arazözlerle sulanmaktadır
Silindiraj işlemi
Kireçle stabilize edilmiş tabakanın son hali
Kalite Kontrol Çalışmaları
Kalite kontrol çalışmaları Karayolları Teknik şartnamesine uygun olarak yapılmaktadır. Arazide sıkışma kontrolleri ve Plaka yükleme deneyleri, Laboratuvarda ise Atterberg limitleri ve CBR deneyleri rutin olarak şartnamede tanımlanan sıklıklarda yapılmaktadır.
Kireç Stabilizasyonu Uygulamalarının Avantajları
Kireç Stabilizasyonu Uygulamalarının birçok avantajları bulunmaktadır. Özet olarak aşağıdaki gibi sıralanabilir.
Yarma ve Dolgular azalmaktadır
• Yüksek CBR değerleri ile yol dolu ve üstyapı tabaka kalınlıkları azalmaktadır
• Yerinde iyileştirmelerde
• Kazı azalmakta,
• Taşıma maliyeti kalkmakta,
• Döküm yeri problemleri azalmakta,
• Ocaklardan malzeme alımı çok azalmaktadır
• Çevrede oluşabilecek zararlar azalmaktadır,
• Daha az ocak sayısı ile çevreye verilen zararların azalması
• Kamyon ve iş makinası çalışmalarının azalması ile karbon salınımının azalmakta ayrıca Petrol giderleri azalmaktadır
• Trafiğin azalması sonucunda, kazalarda ve yollarda aşırı yükleme sonucunda oluşan tahribatların azaltılması, can ve mal kayıplarının azalması
• İnşaat sahasına yakında bulunan birçok düşük kaliteli malzeme üreten ocak, atıl durumdan aktif duruma geçebilecektir
Sonuçlar ve Değerlendirmeler
Kireç stabilizasyonu ile malzemelerin CBR değerlerinde aşırı artışlar neticesinde tabaka kalınlıkları azalmaktadır. Türkiye de Petrol ürünlerinin pahalılığı sebebiyle taşıma imalat maliyetinin çok büyük bir kısmını oluşturmaktadır. İnşaat makinalarının maliyetlerinin yurtdışına göre daha yüksek olması kireç stabilizasyonu uygulanmadığı durumlarda çok daha fazla makinaya ve kamyona ihtiyaç duyulacaktır. Kil oranı yüksek CBR değerleri düşük malzeme bulmak genellikle mümkün olmasına rağmen kullanımı teknik açıdan sıkıntı yaratmaktadır. Bu malzemelerin yerinde veya ocakta kireçle iyileştirilerek kullanılabilmesi çok önemli bir ekonomi yaratmaktadır. Taban zemininin yerinde iyileştirilmesi durumunda hem kazı hem de dolgunun taşınmasını engellediği için maliyetlerde çok ciddi düşüşler olacaktır. Kireç stabilizasyonu ile kullanılamayacak bir çok zemin kullanılabilecek hale gelmektedir. Kireç stabilizasyonu birçok projede uygun ve ekonomik bir çözüm oluşturmaktadır.