Doç. Dr. Aydın Kavak

Tarama Malzemelerinin Kireç Stabilizasyonu ile iyileştirilmesi

Deniz ve nehirlerin tabanında ve çevresinde bulunan zayıf zeminlerin kireç stabilizasyonu yöntemiyle iyileştirilmesi dünyada kullanılan bir uygulamadır. Türkiye’de bu konu araştırma bazında uygulamaların ışığnda, gelecekte kullanılabileceği anlaşılmaktadır. Denizlerde tarama malzemeleri limanlarda deniz dolgusu veya yapılarında, deniz veya nehir tabanlarının düzenlenmesi için yapılan çalışmalardır. Marmara denizi bölgesinde, genellikle tarama yapılan kısımdan çıkarılan zayıf zeminler denizde bulunan Çınarcık çukuruna veya Karadeniz’e taşınarak izin verilen bölgelerde denize dökülmektedir. Bu tür malzemelerin kireç ile iyileştirilebilmesi için deniz tabanında özel karıştırma yöntemleriyle kütle stabilizasyonu olarak tanımlanan kireç ile deniz tabanının iyileştirilmesi mümkündür. Derin iyileştirme çalışmalarında kireç ile kütle stabilizasyonu yöntemi ile iyileştirilmesi aşağıda uygulama sırasında gösterilmektedir. Balçık şeklinde zemin bir gün sonra üzerine iş makinasıyla çıkılabilecek duruma gelmektedir.

Diğer bir yöntemle taranan malzemelerin karada uygun bir alana dökülerek veya taşınarak kireç stabilizasyonu yöntemiyle dolgularda kullanılması mümkündür. Bu tür çalışmalarda, zeminin suyunun çok fazla olması sebebiyle sönmemiş kireç kullanılmaktadır. Kirecin sönmesi sırasında su muhtevası azalmakta, sonrasında ise kireç stabilizasyonunda da su gerektiği için, su muhtevası daha da azalarak, zemini optimum su muhtevasına yaklaştırmaktadır. Kireç stabilizasyonu sonucunda zeminin optimum su muhtevası da kireç ile artmaktadır. Bunların sonucu zemin kurutularak dolgu için uygun bir malzeme haline gelebilmektedir. Bu operasyonlarda kullanılacak kireç miktarı %3 ile %10 arasında değişebilmektedir. Karada yapılan işlemlerde %3 ila %8, deniz tabanında ise %10 civarında başarılı sonuçlar alınabilmektedir. Aşağıda klasik bir kireç stabilizasyonu uygulaması için parçalayıcı ve karıştırıcı makine gösterilmektedir.

Kireç stabilizasyonu yönteminde zayıf ve kil içeren zeminlerde en uygun ve ekonomik yöntemlerden birisidir. Zemin içerisinde yer alan silica ve alümina elementleri, su ve kireç ile çözünmekte ve yüksek mukavemet gösteren silikatlara dönüşmektedir Anlık olarak topaklaşma, katyon değişimi ve karbonatlaşma ve pozolonik reaksiyonlar meydana gelmektedir. Bu reaksiyonların ilk üçü kısa zamanda, pozolonik reaksiyonlar ise yıllarca devam edebilmektedir.

Bu çalışmada Trakya bölgesinde nehir kenarında bulunan taramadan çıkarılan zemin numunesi, araştırma amacıyla kireç stabilizasyonu yöntemiyle iyileştirilmiş ve sonuçları değerlendirilmiştir.

Giriş

Çalışmada nehirden elde edilecek tarama malzemesinin iyileştirilerek karada kireç ile iyileştirilerek dolgu malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Nehir kenarından alınan zemin ile çalışma yapılmıştır. Çalışmada iyileştirme amacıyla sönmemiş kireç kullanılmıştır. Deney yapılan numuneler, optimumdan kuru halde iken alınmıştır. Çalışma arazide uygulama imkanı olursa, zeminin ıslak olabileceği ihtimaline göre sönmemiş kireç kullanılarak Proctor deney sonuçlarına göre uygun su muhtevasında iyileştirme çalışmaları yapılmıştır.

pH deneyleri

Çalışmaya yaklaşık optimum kireç oranının tespiti amacıyla kuru ağırlığın % 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 oranlarında kireç ile Eades and Grim metoduna göre pH deneyleri uygulanmıştır. Sonuçlar aşağıda grafik de gösterilmektedir.

Deneylerde yaklaşık olarak % 4 oranından sonra pH sonuçları yaklaşık 12.4’e yaklaşmış, daha yüksek oranlarda ise kayda değer bir değişiklik olmamıştır. Bu sebeple ilk deneyler için optimum kireç oranı % 4 olarak seçilmiştir.

Atterberg limit deneyleri

Çalışmada atterberg limitleri, doğal zemin ve %4 kireçli oranla zemine uygulanmıştır. Likid limit, plastik limir ve Plastisite indisi değerleri karşılaştırmalı olarak aşağıda grafik de gösterilmektedir.

Çalışmada likit limit düşerken plastik limit artmış ve plastisite indiside %4 seviyesine kadar düşmektedir. Bu sonuçlar literatürde yapılan çalışmalar ile uyumlu olarak bulunmuştur. Yapılmış olan elek analizi sonuçları da kullanılarak zemin gurubu SM-SC olarak bulunmuştur.

Standart Proctor Deneyleri

Çalışmada Proctor deneyleri, doğal zeminde ve %4 kireçli oranla zemine uygulanmıştır.

Proctor deneyleri sonucunda literatür de olduğu gibi optimum su muhtevası artmakta maximum kuru yoğunluk değeri de beklendiği gibi düşmektedir.

Serbest basınç deneyleri

Serbest basınç deneyleri % 4 kireç oranıyla uygulanmıştır. Anlık olarak ve 1 gün, 7 gün ve 28 gün oda sıcaklığında kür edilerek deneyler yapılmıştır. Zemin numunesi kum ve killi olduğu için serbest basınç deneyleri yapılabilmiştir.  Sonuçlar aşağıda grafik de ve tabloda gösterilmektedir.

Deneylerde serbest basınç mukaveti anlık 185 kPa’dan 28 gün içerisinde 365 kPa’a çıkmaktadır.

Deneylerde Elastisite modüde hesaplanmıştır ve Tabloda gösterilmektedir. Elastisite modülü 5896 kPa’dan 28 günde 11604 seviyesine çıkmıştır.

CBR Deneyleri

Yaş CBR deneyleri, daneli zeminler için ve zeminin su altındaki davranışı temsil ettiği için  mukavemet açısından ve dolgu çalışmaları için daha önemlidir. Çalışmada doğal ve %4 kireçli yaş CBR deneyleri yapılmıştır. Kireçli deneyler 3 gün kür edildikten sonra uygulanmıştır.

Doğal zeminde 3.9 olan CBR, kireçli durumda 42.8’e çıkmaktadır. Bu durumda dolgu çalışmaları için oldukça yüksek rakamlara çıkmıştır. CBR deneyinde şişme miktarı sıfıra yakın olarak bulunmuştur.

Sonuçlar ve Değerlendirmeler

Tarama malzemelerinin dolgu çalışmalarında kullanılabileceği bu çalışma da gösterilmiştir. Çalışma sonuçlarında elde edilen veriler, literatür çalışmalarıyla paralellik göstermektedir. Çalışmada % 4 kireç oranında bu çalışmaların yapılabileceği anlaşılmaktadır. Zeminin plastisite indisinin düşüklüğü zemin yapısının kil kısımlarının da silikat  oluşumlarıyla iyileşerek güçlendirildiğini göstermektedir. Ayrıca pozzolonik reaksiyonların zaman içerisinde yıllarca devam edebileceği literatürde birçok çalışmada gösterilmektedir.

Tarama malzemelerin yakın bölgelerde kullanım imkanı oldukça önemlidir. Malzeme çevreye zarar vermeden bertaraf edilebilmekte, aynı zamanda kireçle iyi bir dolgu malzemesi oluşturularak, dolgu çalışmalarında kullanılabilmektedir.