Zemin iyileştirme yöntemleri- Deep Soil Mixing (DSM)

Bu yöntemde bağlayıcı malzeme olarak genellikle çimento veya çimento ve kireç kullanılmaktadır. Bu yöntem ile iyileştirilen zeminlerin özellikleri, zeminin ve katkının özelliklerine, katkı miktarına ve kür süresine bağlıdır. Derin karıştırma ile iyileştirilmiş zeminlerin gerilme-deformasyon davranışları, performanslarını belirleyen en önemli faktörlerden birisidir.

Zemin iyileştirme; zemin özelliklerinin üstyapı inşası için uygun olmadığı durumlarda çeşitli yöntemler kullanılarak, istenilen düzeyde ıslah edilmesi olarak tanımlanmaktadır . Zeminin kayma mukavemetinin artırılması, temellerin taşıma gücünün artırılması, oturma miktarının azaltılması, zeminin büzülme/kabarma ve sıvılaşma potansiyellerinin azaltılması ve yamaçların stabilitesinin artırılması vb. durumlarda zemin iyileştirme yöntemleri kullanılmaktadır. Zemin iyileştirme metotlarının seçiminde yerel zemin koşulları ve deprem karakteristiklerine dikkat edilmeli, iyileştirme metotlarının deprem etkisi altındaki davranışları mutlaka incelenmelidir. Zemin iyileştirme işlemi sonrası gerekli kontroller yapılarak “neyi, nasıl, ne kadar iyileştiriyoruz?” sorusuna cevap verilmelidir .

Günümüzde yaygın olarak kullanılmakta olan zemin iyileştirme yöntemlerinden birisi derin karıştırma yöntemidir (DSM). Bu yöntem ilk olarak Japonya ve İsveç’te kullanılmaya başlanmıştır. 1960’lı yıllardan itibaren dünya genelinde birçok ülkede yaygın olarak kullanım alanı bulmuştur. Derin karıştırma yöntemi ülkemizde ise 2006 yılından sonra uygulanmaya başlanmıştır. Derin karıştırma yöntemi, zayıf özelliklere sahip zeminlerin genellikle çimentolu veya kireçli bağlayıcılar ile zeminde kolonlar oluşturularak yerinde iyileştirilmesidir. Derin karıştırma yönteminde kullanılan bağlayıcılar çimento, kireç, uçucu kül, cüruf vb. malzemelerden oluşabilmektedir. Asıl amaç, zemine mekanik karıştırıcılar yolu ile çimento, kireç vb. katkı malzemelerinin ilave edilmesidir. Böylelikle ilave yükler altında toplam ve farklı oturmaların azaltılması, proje gereksinimlerine göre zeminin taşıma kapasitesinin ve sıvılaşma direncinin artırılması, şev ve dolguların stabilitesinin sağlanması amaçlanır. Derin karıştırma yöntemi kullanılarak iyileştirme yapılan zeminlerdeki özellikler, katkı malzemelerinin özelliklerine, kullanılan katkı miktarına ve kür süresine bağlı olarak değişmektedir. Bu yöntem için en uygun zemin koşulları yüksek nem içeriğindeki yumuşak killi ve gevşek kumlu zeminlerdir. Jet Groud ile zemin iyileştirme de burada ayrılmaktadır uygulama. Derin karıştırma yöntemi çok katı ve sert, çakıl zeminlerde uygulanmaya müsait değildir. Derin karıştırma ile iyileştirilmiş zeminlerin deformasyon davranışları, performanslarını belirleyen en önemli faktörlerden birisidir. Derin karıştırma yöntemi 1970’lerde Japonya’da ortaya çıkmıştır. Aynı dönemde İsveç’te geliştirilen kireç kolonları da temelde benzer bir uygulamadır. Daha yüksek mukavemet sağlamak için çimento da kuru olarak katkı maddesi olarak kullanılmaya başlamıştır. Bugün ise kireç/çimento ya da çimento kolonlar neredeyse tamamen kireç kolonların yerini almıştır. Toz halinde kireç ya da çimentonun kuru şekilde katkı maddesi olarak kullanılması genel olarak “Kuru Derin Karıştırma Yöntemi” ismiyle bilinmektedir. Japonya’da yapılan uygulamalarda derin karıştırmayla iyileştirilen zeminlerde homojenliği artırmak amacıyla katkı maddesi olarak çimento sulu harç şeklinde uygulanmaya başlamıştır. Katkı maddelerinin sulu harç şekilde kullanımı “Islak Derin Karıştırma Yöntemi” olarak adlandırılmaktadır. Islak yöntem Japonya’da ilk olarak deniz killerinin iyileştirilmesinde uygulanmış ve daha sonra kara uygulamalarında da kullanılmaya başlanmıştır. Bugün ıslak ve kuru olarak her iki derin karıştırma yöntemi de kullanılmaktadır. Kuru karıştırma yöntemi, zeminlerin suya doygun olduğu durumlarda katkı malzemesinin kuru olarak yani toz şeklinde enjekte edilmesi ile gerçekleştirilmektedir. Islak karıştırma yönteminde ise çimento ve/veya kireç, su ile belirli oranlarda karıştırılarak zemine enjekte edilir. Derin karıştırma yöntemi ile killi ve organik zeminlerde taşıma kapasitesini artırmak, oturmayı azaltmak, pasif toprak basıncını artırmak, aktif toprak basıncını azaltmak, kazık ve palplanj duvarların yatay direncini artırmak amaçlanmaktadır. Kumlu zeminlerdeki uygulamaların amacı ise taşıma kapasitesini artırmak, oturmayı azaltmak ve sıvılaşmayı engellemektir. Islak derin karıştırma yönteminin yapım ve imalat aşamaları şu şekilde sıralanabilir: İlk olarak delici makine ilgili kolon koordinatlarında konumlanır. Sonrasında karıştırıcı şaftı zemini parçalayarak istenilen derinliğe kadar indirilir. Karıştırıcı şaftı istenilen derinliğe ulaştıktan sonra zemini karıştırarak yukarı çekilir. İstenilen derinliğe inme ve bu derinliğe ulaştıktan sonra geri çekme evrelerinin birinde veya her ikisinde de katkı şerbeti verilerek zemin ile karıştırma sağlanır. Derin karıştırma yöntemine dair uygulama, derin karıştırma iyileştirmesi kapsamında dünya çapında kabul gören önemli dokümanlar mevcuttur. Derin karıştırma ile yapılan iyileştirme projelerinde arazide oluşacak oturmaların doğru tahmin edilmesi ve kolonlara gelecek gerilmelerin belirlenmesi bakımından DSM ile iyileştirilmiş zeminlerin modül değerlerinin gerçeğe yakın olarak belirlenmesi büyük önem taşımaktadır.

Ayrıca zemin iyileştirme yöntemleri, uygulama derinliğine bağlı olarak derin iyileştirme yöntemleri ve yüzeysel iyileştirme yöntemleri şeklinde sınıflandırılmaktadır. En uygun zemin iyileştirme yöntemi zemin tipine ve dane çapına göre seçilmelidir. Derin zemin karıştırma yöntemi (Deep Soil Mixing) ise; çimento ve/veya diğer malzemeler ile zeminin yerinde harmanlanmasına dayanan zemin iyileştirme yöntemidir. Bu metot, zemin içerisinde yüksek modüllü kolonlar oluşturulması prensibine dayanmaktadır. Genel olarak yöntemin uygulanışı karıştırma aparatı ile zeminin harmanlanırken aynı zamanda çimento şerbetinin zemine enjekte edilmesi ve istenilen ebatlarda kolonun oluşturulması esasına dayanır. Derin zemin karıştırma sisteminin uygulanması için gerekli ekipmanlar ise karıştırıcı şaft, çimento tankı, su tankı, mikser ve pompadır. Derin zemin karıştırma yöntemi çok farklı amaçlar için kullanılabilmektedir. Özellikle zemin taşıma gücünü artırmak ve sıvılaşma direncini artırmanın yanı sıra geçirimsizlik oluşturmak, yanal toprak basıncını karşılamak gibi amaçlar içinde kullanılabilmektedir. Uygulama sırasında kolaylık ve hız başta olmak üzere çeşitli avantajlar sunması nedeniyle dünya çapında popülerliğini artırmıştır . Literatür incelendiğinde derin zemin karıştırma yöntemine olan ihtiyaç ve yöntem ile ilgili çok fazla çalışma olduğu görülmektedir. Dünyada derin zemin karıştırma kolonlarını kazı destek sistemi olarak uygulamaları mevcuttur. Ayrıca derin zemin karıştırma yönteminin derin kazılarda düşük maliyeti, az çevre zararları ve su drenajı gerektirmediği ancak çekme dayanımları nedeniyle çok kalın kesit alanına ihtiyaç duyulduğundan çok derin çalışmalarda pratik olmadığını belirtmek gerekmektedir. Derin zemin karıştırma yönteminin sıvılaşmaya karşı, oturmaya karşı ve iksa sistemi olarak problemli zeminlerde çok farklı amaçlarla kullanılabileceğini ifade edebiliriz. Derin Zemin Karıştırma Yönteminin Uygulanması : Delici makina kolon koordinatında pozisyon alır. Karıştırıcı şaft zemini parçalayarak istenilen derinliğe kadar indirilir. Karıştırıcı şaft istenilen derinliğe ulaştıktan sonra, zemini karıştırarak yukarıya çekilir. İstenilen derinliğe inme ve bu derinliğe ulaştıktan sonra geri çekme evrelerinin birinde veya her ikisinde de çimento veya kireç şerbeti verilerek zemin ile karışması sağlanır.

Uygulama yapıldıktan sonra kolonlardan alınan numune örnekleri ve tam boy karotlar ile de uygulamanın sağlıklı bir şekilde yapılıp yapılmadığı muhakkak test edilmelidir.