Değişik şişme sınıfındaki zeminlerin kireç, uçucu kül, jips katkılarıyla yüzeysel karıştırma ve kolon yöntemi ile iyileştirilmesinde performanslarının karşılaştırılması ve maliyet bakımından değerlendirilmesi
Comparison of the improvement performances of soils in different swelling classes by means of surface mixing with lime, fly ash, gypsum additives and column method and evaluation in terms of cost
Yazar: MUSTAFA YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. IŞIK YILMAZ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Jipsler = Gypsum ; Kireç = Lime ; Maliyet = Cost ; Uçucu kül = Fly ash ; İyileştirme = Improvement ; Şişen zeminler = Swelling soils

Özet:
Killi zeminlerin yapısı, belirli bir düzenden oldukça uzak olup jeoteknik mühendisleri için genellikle sorunlar oluşturmaktadırlar. Şişme büzülme davranışlarından özellikle tek katlı veya az yüklü binalar, yollar, havaalanları, park alanları, altyapı tesisleri, tüneller, sulama kanalları ve bahçe duvarları gibi yapılar etkilenmektedir. Şişen zeminlerde zemin hareketlerinin çok yavaş olmasından dolayı hasarlar uzun süre içinde oluşmaktadır. Şişen zeminler için çeşitli iyileştirme yöntemleri olmasına karşın bunlar arasında en sık başvurulanı zeminin kimyasal olarak etkileşim gerçekleştireceği maddeler ile yapılan iyileştirmelerdir. Kimyasal iyileştirmede amaç zemini çeşitli katkı maddeleri ile bir araya getirerek özelliklerinin amaca uygun hale getirilmesidir. Kimyasal iyileştirmenin uygulandığı projelerde en yaygın olarak kullanılan katkı maddeleri başta kireç olmak üzere uçucu kül, çimento ve bitümlü malzemelerdir. Bu tez çalışmasında, değişik şişme özelliklerine sahip farklı zeminlerin farklı katkı malzemesi ile iyileştirilmesinde kullanılan yöntemler (yüzeysel karıştırma ve kolon uygulaması) ve katkı malzemesine bağlı olarak performanslarının ortaya konulması ve ayrıca maliyet açısından karşılaştırılması amaçlanmıştır. Şişen killerin iyileştirilmesi bakımından yaygın olarak kullanılan kireç, uçucu kül ve jips bu çalışmada katkı malzemesi olarak seçilmiştir. Değişik şişme özelliği gösteren üç farklı zemin ve katkı malzemelerinin karşılaştırılması, kullanılacak zeminlerin aynı özellikte olmasını gerektirdiği için çalışmalar laboratuvar ölçeğindeki modeller üzerinde gerçekleştirilmiştir. Üç farklı zeminde ve üç farklı katkı malzemesi ile kolon tekniği kullanılarak yapılan bütün iyileştirme çalışmalarında sadece kolona en yakın bölgede değişimler gözlenmiş olup kolondan uzaklaşan bölgelerde ise kayda değer herhangi bir değişim gözlenmemiştir. Yüzeysel karıştırma tekniği kullanılarak, kireç, jips ve uçucu kül' ün değişik oranlarında karışımları ile Orta-Yüksek-Çok Yüksek şişme potansiyeline sahip zeminlerde yapılan iyileştirme çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre ise zeminlerin hem şişmesinde hem de dayanımlarında önemli ölçüde iyileşme gözlenmiştir. Performans bakımından ise en iyi iyileştirme kireç karışımı ile elde edilmiş olup, jips ikinci sırada ve uçucu kül ise üçüncü sırada sayılabilir. Maliyet bakımından yapılmış olan değerlendirmelerin sonucu olarak tüm yöntemler için kolon yöntemi kullanılarak yapılan iyileştirmelerin maliyeti diğerlerinden göreli olarak daha düşük gözükmesine karşın, sadece kolonun hemen yakını komşu mesafede (yaklaşık kolon çapı mesafesi) iyileştirme göstermesi dikkate alındığında kolon sayısının normal planlamaya göre en az 3 kat arttırılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu da kolon ile iyileştirmenin maliyetini yüzeysel karıştırmanın yaklaşık 2-3 katına çıkaracağı anlamına gelmektedir.

Abstract:
The structure of clayey soils is far from a certain order and often poses problems for geotechnical engineers. Particularly single-storey or lightly loaded buildings, roads, airports, parking areas, infrastructure facilities, tunnels, irrigation channels and garden walls are affected by swelling shrinkage behavior. In swelling soils, damage occurs over a long period of time due to the very slow ground movements, so the results are not as pathetic as earthquakes and hurricanes and only cause damages. Although there are various improvement methods for swelling soils, the most frequently applied one is the improvements made by using materials that the soil will interact chemically. The purpose of chemical remediation is to bring the soil together with various additives and make its properties suitable for the purpose. The most commonly used additives in projects where chemical remediation is applied are primarily lime, fly ash, cement and bituminous materials. In this thesis, it is aimed to reveal the performance of different soils with different swelling properties with different additives, depending on the methods (superficial mixing and column application) and additive material, and also to compare them in terms of cost. Lime, fly ash and gypsum, which are widely used for improving swelling clays, were chosen as additives in this study. Since the comparison of three different soils and additives with different swelling properties requires that the soils to be used must be the same, the studies were carried out on laboratory scale models. In all the improvement works performed on three different soils and using the column technique with three different additives, changes were observed only in the region closest to the column, and no significant change was observed in the regions away from the column. According to the results obtained from the improvement studies carried out with the mixtures of lime, gypsum and fly ash in different ratios using the surface mixing technique and the soils with Medium-High-Very High swelling potential, a significant improvement was observed in both the swelling and strength of the soils. In terms of performance, the best improvement was obtained with lime mixture, with gypsum in the second place and fly ash in the third place. As a result of the evaluations made in terms of cost, although the cost of the improvements made by using the column method for all methods seems relatively lower than the others, the number of columns should be increased at least 3 times compared to normal planning, considering that only the immediate neighborhood of the column shows improvement in the adjacent distance (approximately column diameter distance). necessity is obvious. This means that the cost of curing with the column will increase approximately 2-3 times of the surface mixing. However, it has been shown that it will remain lower than surface mixing in terms of improvement performance.