Zemin Mekanii ve Temel Mhendislii Onbeinci Ulusal Kongresi 16 - 17 Ekim 2014, Orta Dou Teknik niversitesi, Ankara

JET GROUT KOLONLARIN ZEMN ISLAHINDA KULLANIMI VE KALTE KONTROL YNTEMLER BR

VAKA ANALZ

USE OF JET GROUT COLUMNS AS A SOIL IMPROVEMENT TECHNIQUE AND QUALITY CONTROL TESTS A CASE STUDY

Berkay KOAK 1 H. Turan DURGUNOLU2 Fatih KULA3 Numan VELOLU4

ABSTRACT

Waterfront City Center Shopping Mall is one of the most important shopping mall project

in Dbayeh Marina district, Beirut, Lebanon. As a soil improvement system, jet grouting

technique has been utilized and various quality control tests were carried out to satisfy the

project criteria. During the design and calculation stage, three dimensional finite element

software was used to check the settlements and liquefaction analyses were done separately.

Within the scope of quality control tests, 3 zone and 14 uniaxial column loading tests were

done. In addition to this 18 pieces of edge coring on 9 columns and 155 pieces of sample

on 38 columns were done and recovered to check the diameter and elasticity modulus with

allowable sectional capacity. The results of these tests were involved in the back

calculation using three dimensional FEM software and the performance of jet grout

improvement technique has been proved using in-situ tests and calculations.

Keywords: Jet grout, quality control, zone loading test, Beirut, 3D FEM, back calculation

ZET

Lbnan, Beyrut, Dbayeh Marina blgesinin en nemli alveri merkezlerinden biri olan Waterfront City Center Shopping Mall projesinin zemin iyiletirmesinde jet grout teknii kullanlm ve eitli kalite kontrol testleri yaplmtr. Dizayn ve geri hesap aamasnda boyutlu sonlu elemanlar program kullanlm, svlama analizleri ayr olarak gerekletirilmitir. Kalite kontrol testleri kapsamnda, 3 adet alan ykleme testi, 14 adet adet tekil kolon ykleme testi, 9 adet kolon zerinden alnan 18 adet ke karot, 38 adet kolon zerinden alnan 155 numune zerinde elastisite modul ve kesit kapasitesinin tayinine ynelik testler gerekletirilmitir. Yaplan testlerin sonucu, boyutlu geri hesap analizlerinde kullanlm ve jet grout slah tekniinin performans hem fiziki yollar ile hem de eitli hesap metotlar ile ispat edilmitir. Anahtar Kelime: Jet grout, kalite kontrol, alan ykleme testi, Beyrut, 3B FEM, geri hesap

1 naat Yksek Mhendisi, berkay.kocak@zetas.com.tr 2 Prof. Dr., durgunoglut@zetas.com.tr 3 naat Yksek Mhendisi, kulacfatih@zetas.com.tr 4 naat Yksek Mhendisi, numan.velioglu@zetas.com.tr

1. GR

Geirdii i sava sonras yeniden yaplanmaya giden Lbnan, Beyrut da Waterfront City Center Shopping Mall projesi kapsamnda, ikisi bodrum olmak zere toplam drt kata ve 46100 m

2 kapal alana sahip olacak bir alveri merkezi ina edilmesi dnlmektedir.

Yapnn bodrum zerindeki katlarnda eitli maazalara yer verilmesi planlanrken; ak teras ve at ksmnda sinema ve restoran gibi faaliyetler yer bulacaktr. Proje genel lokasyonu ekil 1 de gsterilmitir.

ekil 1. Proje Lokasyonu

2. PROJEYE LKN GENEL BLGLER

Proje, Base Scheme, Option 1 ve Option 2 olarak adlandrlan 2 farkl arsa ve arsalarn arasndan geen mevcut bir yol zerine oturmaktadr. Yap inaatna Base Scheme lokasyonundan balanlmas dnlmekte ve sras ile Option 1 ve Option 2 ksmlarnn tamamlanmas planlanmaktadr. Projeye ilikin farkl ksmlar ekil 2 de gsterilmitir.

ekil 2. Projeye likin Farkl Ksmlar

Yapnn oturduu saha, evresindeki yollardan 6.0-9.0m daha aada olmakta ve saha genel kotlar +0.2m ile +1.5m arasnda deimektedir. Yap temelinin -0.5m e oturtulmas

dnlmekte ve bu kapsamda 0.7m-2.0m arasnda deiken derinlikte kaz yaplmas ngrlmektedir. Bina giri seviyesi ise evre yollarla ayn seviyede (yaklak +9.0 kotu) olacak ekilde planlanmtr. Bu dorultuda bodrum katlar, mevcut arazi ksmi olarak kazldktan sonra ina edilecek ve bodrum katlar ile mevcut evre yol arasndaki ksm geri doldurulacaktr.

2.1. Zemin Yapsna likin Bilgiler

Yap oturum alan, genel zemin yaps itibari ile deniz dolgu sahasdr. 1980li yllarn ortasnda dalgakran yaps ierinde kalan tm Waterfront Marina sahas yaklak +1.0 kotuna kadar doldurulmu ve doldurulan zemin zerinde daha nceden vibro/dinamik kompaksiyon gibi eitli zemin slah teknikleri uygulanmtr. Sahann 1980 lerde ve gnmzde alnm hava/uydu fotoraflar ekil 3 de gsterilmitir.

ekil 3. Sahann 1980 lerdeki ve Gnmzdeki Durumu

Bu kapsamda Base Scheme olarak adlandrlan blgede, daha nce vibro/dinamik kompaksiyon uygulanm, sahann geri kalan Option 1 & 2 ksmlarnda ise herhangi bir zemin iyiletirme teknii uygulanmamtr. Sahada daha nceden uygulanan ksmi iyiletirmeler ekil 4 de gsterilmitir.

ekil 4. Sahada Daha nceden Uygulanan yiletirmeler

Genel yaps itibari ile sahann bat ksmndaki zemin profili yzeyden itibaren, 0.0 m-6.0 m aras gevek/sk gri kumdan oluan geri dolgu malzemesi, 6.0 m-10.0 m aras ak kahve gevek/sk kum, 10.0 m-15.0 m aras ise yumuak/orta kat kumlu siltli kil tabakas ve altnda Marl/Kireta anakaya tabakas eklindedir. Sahann dousunda ise zemin profili yzeyden itibaren, 0.0m-5.6m kumlu ve iri bloklardan oluan dolgu malzemesi, 5.6m-15.5m aras killi kum / kumlu kil tabakas ve altnda Marl/Kireta kaya tabakas eklindedir (Turba, 2012). Sahada daha nce uygulanan zemin slah tekniklerine ve zemin

sklna bal olarak, inaat alan zemin profili asndan A1, A2 ve A3 blgelerine ayrlmtr. A1 ve A2 sahann bat ksmn temsil ederken, A3 blgesi genel olarak sahann dou blgesini temsil etmektedir. Yeralt su seviyesi ise saha genelinde yzeyden itibaren yaklak olarak 0.50m aadadr (+0.50m kotundadr). A1, A2 ve A3 blgelerinin sahadaki yerleimleri ve kesitleri ekil 5 ve ekil 6 da verilmitir. dealize zemin profilleri ve zemin mekanik zellikleri Tablo 1 ve Tablo 2 de zetlenmitir.

ekil 5. Zemin Profiline Gre Gruplandrlan Blgeler

ekil 6. Sahada Gzlemlenen Farkl Zemin Gruplarna likin Kesitler

Tablo 1. A1/A2 Blgesi dealize Zemin Profili

Tabaka No Tabaka smi Tabaka

Kalnl (m) Dzeltilmi

SPT-N Says Es (kPa)

1 Kum Dolgu / Taranm

Kum 6.5 15 15000/19000

2 Kum 3.5 27 20000/20750

3 Killi Kum / Kumlu Kil 6.0 25 32000

Tablo 2. A3 Blgesi dealize Zemin Profili

Tabaka No Tabaka smi Tabaka

Kalnl (m) Dzeltilmi SPT-

N Says Es (kPa)

1 Ta Dolgu 5.6 >50 75000

2 Kil/Kum 6.0 25 32000

3 Kum 4.0 20 17500

2.2. Proje Kriterleri ve Zemin yiletirme Metodunun Seimi

hale aamasnda, radye performans kriterleri gereince yap oturmalarna iveren ve mavir firma tarafndan baz kstlamalar getirilmitir (Laceco ve MAF, 2013). Toplam oturma 40mm, farkl oturma 2L/1000 (2x kolon arasndaki mesafe /1000 =16.8mm) ile ve dey yatak katsays 500ton/m3 ile snrlandrlmtr. Bu kapsamda, svlama analizleri iin de maksimum yatay ivme orannn (amax/g) =0.25, deprem magnitdunun 7.0 olarak kullanlmas mavir firma tarafndan nerilmitir. Sahadaki svlama potansiyeli ile sk performans limitleri dikkate alndnda, bu kapsam iin uygun ve ekonomik metot olan jet grouting tekniinin kullanlmasnda karar klnmtr. Bu balamda uygulama sreci, dizayn, imalat ncesi, imalat sresince kalite kontrol, imalat sonras olmak zere farkl etaplara ayrlmtr.

3. DZAYN VE MALAT SREC

3.1. Dizayn Aamas ve malat ncesi Deneme Kolonlarnn Tekili

Dizayn srecinde saha, st yapdan gelen temel taban gerilmeleri ve A1, A2, A3 olarak adlandrlan farkl zemin blgeleri dikkate alnarak 14 farkl blme ayrlmtr. lgi blgelerin mevcut yerleimleri ekil 7 de gsterilmitir.

ekil 7. Farkl Zemin Profilleri ve Taban Gerilmelerine Gre Gruplandrma

Her bir blge iin, zemin profilleri idealize edilmi, svlama potansiyelleri incelenmi ve proje kriterlerini de dikkate alarak 60-70cm apnda 1.9m~2.3m arasnda deien ara mesafeler ile jet grout kolonlar yerletirilmitir. Jetgrout elastisite modulleri kumlu tabakalarda ortalama 1000 MPa, killi tabakalarda ise ortalama 500 MPa olarak

ngrlmtr. Kesit kapasitesinin ise minimum olarak 2.5 MPa dayanm salamas gerektii dnlmtr. Bu kapsamda saha genelinde derinlii anakaya tabakasna kadar ulaan 8278 adet jet grout kolonunun aplikasyonu planlanmtr.

Oturma analizleri boyutlu sonlu elemanlar program olan Plaxis 3D kullanlarak analiz edilmitir. Plaxis 3D ile gerekletirilen boyutlu analizin rnek kts ekil 8 de verilmitir.

ekil 8. Boyutlu Analiz Sonucunda Dey Deplasmanlar

Bu balamda, minimum oturma 27mm, maksimum oturma 35mm, maksimum farkl oturma ise 7mm olarak hesaplanmtr. ki metot ile elde edilen oturma deerleri Tablo 3 de zetlenmitir.

Tablo 3. Farkl Yntemler ile Hesap Edilen Oturma Miktarlarnn Sonular

Blm Ksm Ortalama

Ykler (kPa)

Basitletirilmi Metot ile

3 Boyutlu Sonlu Elemanlar ile

Oturma Deeri (mm)

Min.

Oturma

Deerleri (mm)

Maks.

Oturma

Deerleri (mm)

Farkl Oturma

Deerleri (mm)

Base

Scheme

A2-180 180 32 26 31 5

A2 165-105 140 32 23 27 4

A1 165-120 150 30 24 27 3

A1 180 180 32 27 30 3

A3 165-120 150 28 23 29 6

A3 180 180 30 27 29 2

Option 1

A1 165-120 150 30 23 29 6

A1 180 180 32 25 30 5

A1 210 210 32 28 35 7

A3 165-120 150 28 24 27 3

A3 180 180 30 25 30 5

A3 225 225 33 30 36 6

Youd ve Idriss (1997) tarafndan tariflenen yntemler ile sahadaki iyiletirme ncesi ve sonras svlama potansiyelleri tahkik edilmi ve proje kriterlerinde bahsedildii zere iyiletirme sonrasnda svlama potansiyeline kar gvenlik katsaysnn saha genelinde 1.3 kat saysndan byk olduu grlmtr. Elde edilen sonular ekil 9 da zetlenmitir.

ekil 9. yiletirme ncesi ve Sonras Svlama Potansiyelinin Deerlendirilmesi

malat safhasna geilmeden nce, tasarm aamasnda ngrlen ap, elastisite modul ve kesit kapasitesinin tutturulabilmesi amac ile, seilen farkl parametrelerle drt adet deneme kolonu imal edilmitir. Deneme kolonlarnda sreklilik testi tekil edildikten sonra, merkezden 10cm uzakta olacak ekilde karotlar alnm ve her karot zerinde seilen 4 farkl blgede elastisite modl ile kesit kapasitesinin belirlenmesine ynelik testler yaplmtr. Karot almndan sonra, kolonlarn etraf 3.0-4.0m alarak grsel ap kontrol yaplm ve tekrar geri dolgu yapldktan sonra, ap kontrolnn salanmas amac ile kolon merkezinden 20cm uzakta olacak ekilde 6.0m uzunluunda karotlar alnmtr. Yaplan deerlendirmeler sonucunda, 425bar, 2.2 nozzle ap, 450kg/m3 dozunda imento ve 63cm/dak ekme hz ile imalata geme karar alnmtr.

3.2. malat Safhas ve Kalite Kontrol Testleri

malat esnasnda kalite kontroln salanmas ve uygulama performansnn deerlendirilmesi amac ile, imalat sresince recorder sistemi kullanlarak imalat kayt altna alnmtr. Kolonlar zerinde 14 adet tekil kolon ykleme testi, 3 adet alan ykleme testi yaplmtr. 38 adet kolondan alnan 155 adet karot numunesi zerinde tek eksenli basn testi ve elasitiste modlnn tayini, 9 kolondan alnan ift tarafl tam boy ke karotlar ile ap kontrol gibi testler gerekletirilmitir (bknz. ekil 10).

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0.00 1.00 2.00 3.00

Deri

nli

k, m

Gvenlik faktr

YLETRME NCES SIVILAMA POTANSYELNN

DEERLENDRLMES

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

Deri

nli

k, m

Gvenlik faktr

YLETRME SONRASI SIVILAMA POTANSYELNN

DEERLENDRLMES

ekil 10. Kalite Kontrol Testleri: Merkez ve Ke Karotlar

Gerekletirilen 14 adet tekil kolon ykleme testinin, ikisi l arlkla %100 servis ykne kadar (66ton) yklenirken, geri kalan 12 adet test ankrajl reaksiyon sistemi kullanlarak %150 servis ykne kadar test edilmitir (99~109ton). Bu balamda testlerden elde edilen oturma deerlerinin 1.6-12.2mm arasnda deitii grlmtr. Yaplan testlere ilikin fotoraflar ekil 11 de verilmitir.

ekil 11. Ankrajl ve l Yk ile Tekil Edilen Jet Grout Kolon Ykleme Testleri

Alan ykleme testleri ise olduka byk bir alan kapsayacak ekilde boyutlandrlm ve toplamda 9 adet kolonunun zerine gelecek ekilde 6.9x6.9m boyutlardaki bir alann yklenecei ngrlerek tasarlanmtr. Bu kapsamda yaplan testte, maksimum servis yknn %120sine ykleme gerekletirilmi (900~1000ton arasnda deiken yke kadar), ykleme srasnda mevcut yk iin gerekli reaksiyon kolon zerine yerletirilen 60cm kalnlndaki beton plan iinden geen 14 adet ankraj ile salanmtr (bknz. ekil 12). mal edilen ankrajlarn 5msi serbest boy, 9msi kk boyu, toplamda 14msi kaya ierisinde kalacak ekilde boyutlandrlmtr. Bu sayede uygulanan yk iin gerekli reaksiyon, derinlerdeki kaya tabakalarna aktarlarak oluturulmutur. Oturmalarn izlenmesi amac ile 15m uzunluunda referans kiriler kullanlm, referans kirileri sya kar izole edilmi ve 8 adet lm saati ile (4 adedi beton plak ortasnda, 4 adedi kede) deformasyonlar kayt altna alnmtr. Sonu olarak maksimum yk altnda plak ortasnda ortalama 4.7-5.5mm arasnda, plak dnda ise ortalama 0.6-1.3mm arasnda oturma deerleri elde edilmitir (Zetas Apex, 2014).

ekil 12. Alan Ykleme Test Sistemi

Uygulama sonras, test edilen 155 adet karot numunenin ve performansn deerlendirilmesi amac ile Plaxis 3D program ile geri hesap yaplmtr. Recorder kayt cihaz ile elde edilen kolon derinlikleri, kaya kotlarnn belirlenmesinde kullanlm ve kaya derinlikleri mikro blgeler baznda Plaxis 3D programna girilmitir (bknz ekil 13).

ekil 13. Recorder Cihazndan Elde Edilen Sonulara Gre Skabilir Tabaka Derinliklerinin Mikro Blgelendirilmesi

Karot sonularndan elde edilen elastisite modl deerleri, kil ve kum olmak zere iki farkl kategoriye ayrlm ve farkl kategoriler iin ortalama elastisite modl ile standart sapma deerleri hesaplanmtr. Elastisite modlnn belirlenmesinde, ykleme yap ykleme aralnda bulunan 2.0MPa mertebesindeki Esekant deeri kullanlmtr. Bu dorultuda kum tabakalar ierisinde elde edilen ortalama elastisite modl 1328 MPa, standart sapma 546 MPa; kil tabakalar iersinde ortalama 1073 MPa, standart sapma 443 MPa olarak hesaplanmtr. Geri hesap analizlerinde elde edilen ortalama deerler, standart sapmann 2/3 kadar azaltlm (kum iin 964MPa, kil iin 777MPa) ve bu ekilde kullanlmtr. 9 kolon zerinden alnan 18 adet ke karotlar ile kolon ap farkl zemin tabakalar ierisinde irdelenmi, dolguda 60-70cm, kumda 60cm kilde ise 55cm olarak deerlendirilmi ve geri hesap analizlerine bu ekilde yanstlmtr. Sonu olarak yaplan boyutlu analizler ve svlama analizleri erevesinde, maksimum oturma 25mm, maksimum farkl oturma ise 8mm olarak revize edilmitir. Mikro blgelendirme sonras elde edilen yeni elastisite modllerinin de dahil edildii revize boyutlu analiz sonucu ekil 14 de gsterilmitir.

ekil 14. Mikro Blgelendirme ve Yeni Kolon Modllerinin Dahil Edildii Analiz kts

4. SONULAR

Sonu olarak, Lbnan, Beyrut, Dbayeh Marina blgesinde yaplmas planlanan alveri merkezi yapsnn temel sistemi jet grout teknii kullanlarak iyiletirilmi ve imalat sresi boyunca eitli kalite kontrol testleri yaplarak, tasarm kabullerinin imalat aamasndaki gerekilii tahkik edilmitir. Dizayn ve geri hesap aamasnda boyutlu sonlu elemanlar program kullanlarak daha gereki bir analiz yaplmaya allmtr. Bunun yan sra svlama analizleri ayr olarak ele alnm ve blgedeki deprem koullar dikkate alnarak sonular irdelenmitir. Kalite kontrol testleri kapsamnda, 3 adet alan ykleme testi, 14 adet tekil kolon ykleme testi, 9 adet kolon zerinden alnan 18 adet ke karot, 38 adet kolon zerinden alnan 155 numune zerinde elastisite modul ve kesit kapasitesinin tayinine ynelik testler gerekletirilmitir. Elde edilen sonular, boyutlu geri hesap analizlerinde kullanlm ve jet grout slah tekniinin performans hem sahada hem de kat stnde eitli hesap metotlar ile ispat edilmitir.

KAYNAKLAR

Laceco ve Majid Al Futtaim. (2013), Enabling Works & Lateral Earth Support System

Specifications, Dbayeh, Lebanon

Turba Construction Solutions. (2012), Interpretive Report Geotechnical Site Investigation,

Dbayeh, Lebanon.

Youd, T. L., ve Idriss, I. M., (1997). Proc., NCEER Workshop on Evaluation of

Liquefaction Resistance of Soils, Nat. Ctr. for Earthquake Engrg. Res., State

Univ. of New York at Buffalo.

Zetas Apex. (2014), Back- Calculation of the Uniaxial and Zone Loading Tests &

Evaluation of In-Situ Jetgrout Performance, Dbayeh, Beirut, Lebanon.