1

ZEMĶNLERĶN KOMPAKSĶYONU

3

GİRİŞ

Kompaksiyon; zeminin, tabaka tabaka serilerek,

silindirleme, vibrasyon (titreşim) uygulama, tokmaklama

gibi işlemlerle sıkıştırılmasına denilir.

Bu işlemlerle, zemin daneleri daha az boşluklu yerleşerek,

zeminin boşluk oranı azaltılır. Zemin daneleri ve daneler

arasındaki su pratik olarak sıkışmazdır. Sıkışma

boşluklardaki havanın sıkışması veya dışarı çıkması

sonucu olur. Sıkışma, kısa sürede (ani) olur.

Yol, havaalanı, toprak baraj, toprak dolgu inşaatlarında,

zemin belli bir kalınlıkta (0.2-0.4 m vb.) serilerek, belli bir su

içeriğinde, uygun bir sıkıştırma aracı ve bir kaç geçiş ile

sıkıştırılır.

4

GİRİŞ

Kompaksiyonla genel olarak şu yararlar sağlanır;

1) Zeminin taşıma gücü artırılır.

2) Zeminin geçirimliliği azaltılır, zemine daha kararlı bir

yapı kazandırılır. Böylece zeminin su alarak, hacim

değişikliklerine uğraması azaltılır.

3) Zeminin sabit, hareketli, dinamik yükler altında

yapacağı oturmalar, çökmeler azaltılır.

5

GİRİŞ

Mekanik enerji uygulamak sureti ile zemin

yoğunluğunun artırıldığı basit bir zemin iyileştirme

tekniğidir.

+ su =

Sıkıştırma

kuvveti

6

GİRİŞ

Su Muhtevası

Ku

ru B

irim

Hacim

Ağır

lık

optimum su

muhtevası

d, max

- Daneler arası en iyi sıkışma

- Daha mukavim ve daha rijit zemin

- Daha düşük permeabilite

7

GİRİŞ

Bir zemin, sabit (belli) bir kompaksiyon enerjisi ile

değişik su içeriklerinde sıkıştırıldığında; şekilde

görüleceği üzere artan su içeriği ile, kuru yoğunluğu

önce artmakta, maksimum bir değere ulaşmakta, sonra

da azalmaktadır.

k

8

GİRİŞ

1. bölgede, zeminde yeterli su bulunmadığı için,

danelerin daha az boşluklu yerleşmek üzere hareket

etmeleri, daneler arası sürtünme kuvvetlerinden dolayı

zordur. Zira, su daneler arası bir tür yağlama etkisi

yapmaktadır. 3. bölgede, zeminde fazla su

bulunduğundan ve suyun da pratik olarak sıkışmaz

olmasından dolayı, gene zeminin boşluk hacmi fazla

azaltılamamaktadır.

9

GİRİŞ

2. bölgede, sıkışma en yüksek olmakta, kuru yoğunluk

maksimum değere ulaşmaktadır. Kuru yoğunluğun

(diğer bir deyişle sıkıştırmanın) en yüksek olduğu

(maksimum kuru yoğunluk, k(max) durumdaki su

içeriğine, optimum su içeriği (wopt) denilir. En iyi

sıkıştırma, optimum su içeriğinde elde edildiği için,

arazideki sıkıştırma; sıkıştırılacak zeminin optimum su

içeriğine sahip olması sağlanarak yapılır.

Bir zeminin optimum su içeriği, laboratuvarda yapılan

Proktor (Kompaksiyon) Deneyi ile belirlenir.

10

STANDART PROKTOR DENEYİ

Standart Proctor deneyinde; iç çapı 102 mm, yüksekliği

117 mm olan metal bir silindir kullanılır

11

STANDART PROKTOR DENEYİ

Bu kabın üzerine, geçici olarak bir yaka (ek) eklenir.

Deney için, kurutulmuş, tanelenmiş birkaç kg'lık zemin

kullanılır. Zemine bir miktar su katılarak iyice karıştırılır.

Böylece hazırlanan zemin, 3 tabaka halinde ve her bir

tabaka, 30.5 cm'den serbestçe düşen 2.5 kg

kütlesindeki bir tokmakla, 25 vuruş ile sıkıştırılır. Sonra

yaka çıkarılır; fazla zemin kesilerek uzaklaştırılır. Kabın

üzeri düzlenir.

Kabın içindeki zeminin yaş kütlesi belirlenir. Buradan

yaş yoğunluk (n1) hesaplanır. Kap içindeki zemin

çıkarılır. Bundan bir miktar alınarak, su içeriği belirlenir

(w1).

12

STANDART PROKTOR DENEYİ

Eşitlikten kuru yoğunluk (k1) hesaplanır. Deney, aynı

zemin üzerinde, değişik (artan) su içeriklerinde 4-5 kez

tekrarlanır. Deney sonuçları, k - w eksen takımında

işaretlenerek, ilgili eğri çizilir. Bu eğrinin tepe

noktasından, wopt ve kmax elde edilir.

w

nk

1

13

STANDART PROKTOR DENEYİ

(max)k

14

STANDART PROKTOR DENEYİ

k - w eksen takımında sabit bir doygunluk derecesi (Sr

= sabit) için teorik olarak çizilen eğri çizgiye, doygunluk

çizgisi denilir.

Zeminin dane özgül ağırlığı (Gs) bilinirse, eşitlikten

sabit Sr (% 100, 90, 80 vb.) değerleri için k - w eksen

takımında çeşitli doygunluk çizgileri elde edilebilir.

15

STANDART PROKTOR DENEYİ

(max)k

Kuru

birim

hacim

ağır

lık, k

Deneylerde pratik olarak

tam doygun durum elde

edilemez, zeminde bir

miktar hava kalır.

Doygunluk çizgileri ile

deneysel eğrinin herhangi

bir noktasında, özellikle

tepe noktasındaki

doygunluk durumu

öğrenilmiş olur. Tepe

noktasında doygunluk

derecesi ne kadar yüksek

ise, sıkıştırmanın o kadar

iyi olduğu düşünülür.

16

STANDART PROKTOR DENEYİ

(max)k

Kuru

birim

hacim

ağır

lık, k

Benzer şekilde hava

içeriği çizgileri çizilebilir.

Av (na) hava içeriği

na (%) = 100 – Sr (%)

17

STANDART PROKTOR DENEYİ

Kuru Birim Hacim Ağırlık, k, kN/m3

1 2 3 4 5

Kap+Sıkıştırılmış numune, g 9640 9685 9750 9955 9970

Kap ağırlığı, g 8000 8000 8000 8000 8000

Sıkıştırılmış numune, g 1640 1685 1750 1955 1970

Kap hacmi, cm3 1000 1000 1000 1000 1000

Yaş birim hacim ağırlık, kN/m3 16.09 16.53 17.17 19.18 19.33

Su muhtevası, % 7.9 9.6 10.4 14.2 18.2

Kuru birim hacim ağırlık, kN/m3 14.92 15.08 15.54 16.80 16.36

18

STANDART PROKTOR DENEYİ

Bulunan değerler sonunda, su muhtevası - kuru birim

hacim ağırlık grafiği oluşturulur ve bu noktaları en iyi

temsil eden sıkıştırma eğrisi çizilir. Elde edilen

sıkıştırma eğrisi üzerinde sıfır hava boşluk eğrisi

muhakkak gösterilmelidir. Buna ek olarak %90 ve %95

doygunlu derecesindeki eğrilerde gösterilebilir.

Sıfır hava boşluk eğrisi, doygun (Sr = %100) durumdaki

kuru birim hacim ağırlığın farklı su muhtevası değerleri

için tespit edilmesiyle oluşturulur. Buradaki su

muhtevası seçiminde, optimum su muhtevası değerinin

%1-2 öncesi ve sonrasındaki değerler alınabilir. Kuru

birim hacim ağırlık hesabı blok diyagram üzerinden

çıkarılan formül ile hesaplanır.

19

STANDART PROKTOR DENEYİ

Gs = 2.45

20

STANDART PROKTOR DENEYİ

21

MODİFİYE PROKTOR DENEYİ

İri daneli zeminler için uygundur.

Standart Proctor deneyi ile aynı esaslarda yapılır.

Tokmak ağırlığı, 4.54 kg,

5 tabakada sıkıştırma

45.72 cm yükseklikten düşüş

Standart proctorda uygulanan enerji, 600 kJ/m3

Modifiye proctorda uygulanan enerji, 2700 kJ/m3

22

KOMPAKSİYON ENERJİSİNİN ETKİSİ

Aynı zemin için daha

büyük kompaksiyon

enerjisi; daha yüksek

maksimum kuru

yoğunluk, daha düşük

optimum su içeriği

verir

23

KOMPAKSİYON ENERJİSİNİN ETKİSİ

24

ZEMİN CİNSİ ve GRANÜLOMETRİ ETKİSİ

Çeşitli zeminler için

ortalama kompaksiyon

eğrileri, şekilde

görülmektedir. İyi

derecelenmiş zemin,

kötü derecelenmiş

zemine göre daha

yüksek kmax' a sahip

olur.

25

ARAZİDE KOMPAKSİYON

Sıkıştırma için belirlenen veya hazırlanan zemin,

kullanılacak sıkıştırma aracına vb.'e bağlı olarak belli

bir kalınlıkta (0.2-0.4 m vb.) serilir. Zeminin su içeriği

laboratuvarda belirlenen optimum su içeriğine getirilir.

Bunun için zemine bir miktar su katılır veya zemin

karıştırılarak, havada bir miktar kurutulur. Sonra, zemin

cinsine uygun bir sıkıştırma aracı ile uygun sayıda

geçişlerle sıkıştırma yapılır. Sıkıştırma araçları başlıca

3 tip olabilir.

1) Silindirler (düz, keçi ayaklı, lastik tekerlekli vb.),

2) Vibratörler (silindir, plaka, kiriş vb.),

3) Tokmaklar (sıçrayan kurbağa tokmaklar vb.).

26

ARAZİDE KOMPAKSİYON

Genel olarak taneli zeminler için düz silindirler,

vibratörler; kohezyonlu zeminler için, keçi ayaklı

silindirler, lastik tekerlekli (pnömatik) sıkıştırıcılar; her iki

cins zeminler için ise tokmaklar, sınırlı alanlarda

uygundur.

27

ARAZİDE KOMPAKSİYON

Düz tekerlekli silindir

Vibratörlü Silindir

Lastik tekerlekli pnömatik

silindir

Keçi ayaklı silindir

28

Sadece 20-30 cm derinliğe kadar etkilidir, bu yüzden;

zemini ince tabakalar halinde sermek gerekir.

DÜZ TEKERLEKLİ SİLİNDİR

29

Çok küçük alanlardaki kompaksiyon için uygundur,

granüler zeminlerde etkilidir.

VİBRATÖRLÜ PLAKALAR

30

Yoğurma etkisi yapar; killi zeminlerde iyi verim alınır.

KEÇİ AYAKLI SİLİNDİR

31

Hava alanı dolgularında kullanılabilir. Derin kompaksiyon

(2-3m) sağlar.

DARBELİ SİLİNDİR

32

AĞIR LASTİK TEKERLEKLİ SİLİNDİR

33

Sıkıştırılan zemin

k,arazi = ?

warazi = ?

Kompaksiyon

Şartnamesi

Karşılaştır!

w

k

KOMPAKSİYON KONTROL DENEYLERİ

34

ARAZİDE KOMPAKSİYON

Arazide yapılan kompaksiyon, rölatif (göreli, izafi)

kompaksiyonla kontrol edilir. Rölatif kompaksiyon, Rc

aşağıdaki gibi tanımlanır.

Rc, İşin özelliğine göre seçilir (% 90, 95 vb.)

100)(

)(Rn,Kompaksiyo

max

c xlab

araziRölatif

k

k

?)( arazik

)(labk

35

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

Arazi sıkışmasını değerlendirmek için,

- Arazideki kuru birim hacim ağırlığın

- Arazideki su muhtevası değerinin belirlenmesi

gerekmektedir.

Bazı yöntemler:

- Kum konisi yöntemi

- Lastik balon yöntemi

- Nükleer yöntem

36

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

37

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

KUM KONİSİ YÖNTEMİ :

1. Dolgu içinde düz bir yüzey

hazırlanır. Yaklaşık 125 mm çap,

125 mm derinlikte bir silindir çukur

açılır. Çukurdan çıkarılan zeminin

tümü alınır ve ağırlığı belirlenir (W)

2. (W1) ağırlığındaki üniform

standart kum ile dolu kum konisi

kuyunun üstüne yerleştirilir ve

kumun çukuru doldurması sağlanır.

38

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

KUM KONİSİ YÖNTEMİ :

3. Vana kapatılır, koni kaldırılır ve

kum konisinin yeni ağırlığı (W2)

belirlenir.

4. Birim hacim ağırlığı bilinen

kumla doldurulan çukurun hacmi

şu şekilde belirlenebilir.

koni

kum

VWW

V

21

Vkoni

39

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

KUM KONİSİ YÖNTEMİ :

5. Dolgunun birim hacim ağırlığı,

6. Alınan numunenin su muhtevası

belirlenir ()

7. Arazi kuru birim hacim ağırlığı;

V

Wn

w

narazik

1)(

40

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

LASTİK BALON YÖNTEMİ :

1. Kazılan çukur içerisinden

çıkarılan zeminin ağırlığı ve su

muhtevası belirlenir.

2. Kum konisi yöntemine benzer

mantıkla, lastik balon içerisine

yoğunluğu bilinen ağır yağ

gönderilerek hacim ve kuru birim

hacim ağırlık belirlenir.

41

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

NÜKLEER YÖNTEM :

Gama ışınları yayan ve

zemin içinde gittiklerini

ortaya çıkaran bir aletten

oluşur.

Alet içine geri alınan

gama ışınları miktarı,

zeminin birim hacim

ağırlığı ile karşılıklı olarak

ilişkilendirilir.

42

ARAZİ SIKIŞMA KONTROLÜ

NÜKLEER YÖNTEM :

Alfa partiküllerini

kullanarak da zeminin su

muhtevasını ölçer.

Birim hacim ağırlık ve su

muhtevasını ölçen alet,

içindeki programla

parametreleri elektronik

çıktı olarak verir.

43

CBR

(TAŞIMA GÜCÜ ORANI)

44

Kaliforniya taşıma oranı (CBR) olarak da bilinen, taşıma

oranı deneyi, belirli bir su muhtevasındaki ve

yoğunluğundaki zeminin kayma direncini ölçmek için

kullanılır. Taşıma oranı, zemin numunesinin, kesit alanı

1935 mm2 olan pistonun 1.20 mm/dk hızla numune

içerisine batırılmasına karşı gösterdiği direncin ölçülmesi

prensibine dayalı olarak hesaplanır. Bir başka deyişle, bu

zeminin belli bir penetrasyon için gösterdiği direncin, aynı

penetrasyon derinliği için standart bir kırma taş

numunesinin gösterdiği dirence oranı olarak tanımlanır.

Taşıma oranı, standart gerilmenin bir yüzdesi olarak ifade

edilmektedir.

Deney genellikle demiryolu ve havaalanı taban ve alt

temellerinde kullanılacak sıkıştırılmış numuneler üzerinde

uygulanır.

CBR

45

Optimum su muhtevasında numune hazırlanır. Kalıbın

taban plakası ile ağırlığı alınır. Kalıp içine numune üç

tabaka halinde yerleştirilip 2.5 kg’lık tokmakla her bir

tabakaya 61 vuruş yapılarak sıkıştırma işlemi yapılır.

Taban plakası takılı ve üst yüzeyi açık olan numune basınç

cihazının altına yerleştirilir. Piston zemin yüzeyine gelene

kadar indirilir ve komparatör saati ve kuvvet halkası

sıfırlanır.

Pres çalıştırılır ve belirlenen penetrasyon değerlerine

gelindiğinde kuvvet halkasındaki değer okunur.

CBR

46

Okumalar tamamlandıktan sonra kalıp tabanı çıkarılarak

numune alt üst edilir ve numunenin alt yüzeyinde de

penetrasyon işlemi aynı şekilde tekrarlanır. Penetrasyon

işlemi sonunda, numune kalıp içerisinden çıkarılır ve su

muhtevası kontrolü için numune alınır.

CBR

47

CBR

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00

Penetrasyon (mm)

Uyg

ula

nan

Yü

k (

kN

)

ÜST

ALT

Polinom

(ÜST)Polinom

(ALT)

48

CBR

Standart kırmataş için bazı penetrasyon derinlikleri için belirlenmiş olan

standart yükler;

Penetrasyon (mm) Standart Yük (kN)

2.00 11.50

2.50 13.24

4.00 17.60

5.00 19.96

KIRMA TAŞ İÇİN STANDART YÜKLER

49

CBR

(Deneyde Uygulanan Yük)

Taşıma Oranı =

(Kırma taş için Standart Yük)

2.5 mm ve 5.0 mm için taşıma gücü oranları belirlenerek,

bunlardan büyük olanı CBR değeri olarak alınır.

Yukarıdaki örnekte, düzeltilmiş yük değerleri içinde altta

okunan değerler daha yüksek olduğu için taşıma oranı

hesabı için alttaki yük değerleri kullanılacaktır.

50

CBR

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Penetrasyon (mm)

Uyg

ula

nan

Yü

k (

kN

)

ÜST

ALT

Kırmataş

Polinom

(ÜST)Polinom

(ALT)Polinom

(Kırmataş)

Taşıma Oranı, % 10