Organik zeminlerin derin karıştırma yöntemi ile iyileştirilmesi
Improvement of organic soils by deep mixing method
Yazar: HOSSEIN ZORIYEH ALIGHOLI
Danışman: PROF. DR. İLKNUR BOZBEY
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Derin zemin karıştırma yöntemi = Deep soil mixing ; Organik toprak = Organic soil ; Serbest basınç dayanımı = Unconfined compressive strength ; Zemin iyileştirme = Soil improvement

Özet:
Zemin Derin Karıştırma yöntemi, zemin iyileştirmesi için kullanılan bir tekniktir. Bu yöntemde zeminin belirli bir derinliğe kadar özel ekipmanlarla karıştırılması sağlanır. Bu işlem, zeminin taşıma kapasitesini artırarak yapıların daha sağlam temeller üzerine inşa edilmesini sağlar. Derin karıştırma yöntemiyle yapılan iyileştirmeleri; zemin çeşidi ve özellikleri, katkı maddesinin türü ve miktarı, kürlenme koşulları, yükleme koşulları, karışım koşulları ve yapım süreci gibi birçok faktöre bağlıdır. Zeminlerin organik içeriğine sahip oldukları zaman bu yöntemle yapılan iyileştirme çalışmaları daha karmaşık bir hal almaktadır. Bu tez kapsamında organik zeminlerin derin karıştırma yöntemiyle iyileştirilmesi araştırılmıştır. Bu amaçla ilk aşamada İstanbul'un Haliç bölgesinden elde edilen ve %12,4 organik içeriğe sahip olan organik zemin ile çalışılmıştır. Deneylerde üç farklı çimento tipi, üç farklı bağlayıcı dozajı, üç farklı w/c oranı kullanılmıştır. İyileştirme sonrası zemin davranışının belirlenmesi amacıyla 7; 14; 28; 90 gün ve bir yıllık kür süresine sahip olan numuneler üzerinde serbest basınç deneyi yapılmış, ultrason cihazı ile ölçüm yapılmıştır. Kırılan 28 günlük numuneler üzerinde kimyasal özeliklerin belirlenmesi amacıyla ODTÜ Merkez Laboratuvarı'nda XRF ve TGA deneyleri yaptırılmıştır. İkinci aşamada yüksek organik içeriğe ve düşük pH değerine sahip olan zemin üzerinde derin karıştırma yönteminin etkisini araştırmak için %50 Kaolin kili + %50 Leonardit karışımında elde edilen ve 5,1 pH değerine sahip olan yapay bir zemin oluşturulmuştur. Bu zemin üzerinde de aynı deneyler yapılmıştır. Bu tez kapsamında toplam 540 numune 54 set halinde hazırlanmıştır. Sonuç olarak kullanılan bağlayıcı miktarı ve kürlenme süresinin artması mukavemet değerlerinde artışa sebep olmuştur. Su bağlayıcı oranın artması mukavemet değerleri azalmıştır. 28 günlük numuneler üzerinde yapılan XRF deney sonuçları kullanılarak elde edilen SAC oranın artmasının mukavemet değerlerinin azalmasına sebep olduğu görülmüştür. TGA analiz sonuçlarında, 115°C ile 400°C arasında meydana gelen ağırlık kaybının artması mukavemet değerlerinde artışa ve 400°C ile 600°C' arasında kütle kaybının artması mukavemet değerlerinde azalmaya sebep olduğu görülmektedir. Bu tezin özgün sonuçları olarak, kür süresinin etkisinin değerlendirilmesi sonucunda 28 günden daha uzun süreli kürlerde w/c değerlerinin artmasıyla mukavemet kazanma hızının arttığı ve uzun dönemde 28 günlük mukavemet değerlerinin dört katına kadar değerler elde edildiği gözlemlenmiştir. Bu değerlendirme "kür süresi etkisi indeksi, (fc)" üzerinden yapılmıştır. Toplam su-bağlayıcı oranı (wt/c) açısından, FHWA (2013) tarafından derin karışım tasarımı için sunulan eğrinin R2 değeri 0,66'dir, bu değer Haliç kili, yapay zemin ve tüm zemin verileri için sırasıyla 0,88; 0,91 ve 0,85'tir. Bu çalışma sonucunda %12 civarında bir organik içeriğe sahip olan Haliç kilinin DSM yöntemi ile başarı ile iyileştirilebileceği görülmüştür. Daha yüksek organik içeriğe ve düşük pH değerine sahip olan yapay zemin ise daha yüksek çimento dozajları ve düşük wt/c oranlarında daha efektif bir şekilde iyileştirilebilmiştir.

Abstract:
The deep soil mixing method is a technique used for soil improvement. In this method, the soil is mixed with special equipment to a certain depth. This process increases the bearing capacity of the soil and enables the structures to be built on more solid foundations. Improvements made by deep soil mixing method depend on many factors such as soil type and properties, type and amount of additive, curing conditions, loading conditions, mixing conditions and construction process. When the soils have organic content, the improvement works performed by this method become more complex. In this thesis, the improvement of organic soils by soil deep mixing method was investigated. For this purpose, in the first stage, an organic soil with 12.4% organic content obtained from the Haliç (Golden Horn) region of Istanbul was studied. Three different cement types, three different binder dosages and three different w/c ratios were used in the experiments. In order to determine the soil behavior after remediation, unconfined compression tests were performed on specimens with curing times of 7, 14, 28, 90 days and one year, and measurements were made with an ultrasound device. XRF and TGA experiments were performed on the 28-day cured samples at METU Central Laboratory to determine the chemical properties. In the second stage, in order to investigate the effect of deep mixing method on the soil with high organic content and low pH value, an artificial soil with a pH value of 5.1, which was obtained in a mixture of 50% Kaolin clay + 50% Leonardite, was formed. The same experiments were carried out on this soil. Within the scope of this thesis, a total of 540 samples were prepared in 54 sets. As a result, the increase in the amount of binder used and the increase in the curing time caused an increase in the strength values. The strength values decreased with increasing water binder ratio. The results of 28-day XRF experiments on the specimens showed that the increase in SAC ratio caused a decrease in strength values. In the TGA analysis results, it is seen that the increase in weight loss between 115°C and 400°C causes an increase in strength values and the increase in mass loss between 400°C and 600°C causes a decrease in strength values. As the original results of this thesis, as a result of the evaluation of the effect of curing time, it was observed that the strength gain rate increased with the increase in w/c values in cures longer than 28 days and values up to four times the 28-day strength values were obtained in the long term. This evaluation was based on the "curing time effect index, (fc)". In terms of total water-cement ratio (wt/c), the R2 value of the curve presented by FHWA (2013) for deep mix design is 0.66, while this value is 0.88, 0.91 and 0.85 for estuary clay, artificial soil and all soil data, respectively. As a result of this study, it is seen that the Haliç clay, which has an organic content of around 12%, can be successfully improved by DSM method. The artificial soil, which has a higher organic content and lower pH value, could be improved more effectively at higher cement dosages and lower wt/c ratios.