Dilan Savun, Efe Tarman, Durukan Yalçın, Elif Durmaz

İstanbul Üniversitesi, Jeofizik Mühendisliği

Seminer Danışman: Prof. Dr. Ali Osman Öncel

11/14/2014 İÜ Jeofizik Mühendisliği Öğrenci Seminerleri

11/14/2014 İÜ Jeofizik Mühendisliği Öğrenci Seminerleri

11/14/2014 İÜ Jeofizik Mühendisliği Öğrenci Seminerleri

İçerik

• İyileştirme

• Jet Grout

• Sismik

• Jeoradar

JEOFİZİK MÜHENDİSLİİĞİYLE KONTROL İyileştirilmiş Kötü Zeminlerde

İyileştirme Mühendisliği

İyileştirme işlerinde çalışacak mühendislerin görev ve yetki alanları Ergun ve diğ.(2005) tarafından aşağıdaki biçimde tanımlanmıştır.

1.Zemin ve yapı özelliklerine göre iyileştirme yönteminin seçimi ve tasarımını temeller ile birlikte inşaat mühendisliğinde uzmanlaşmış geoteknik mühendisleri yapar.

2.İyileştirme yönteminin amaçlanan ölçütlere,seviyeye ve tasarımına uygun şekilde gerçekleştirilebilmesi için yürütülecek bütün laboratuar ve saha uygulama çalışmalarını inşaat,jeoloji,jeofizik ve maden mühendisleri yapar.

Kaynak: ÖZÇEP,F., Zeminlerin Geoteknik ve Jeofizik Analizi

İyileştirilmemiş Zeminlerde Yapılaşma

Herhangi bir mühendislik yapısının inşa edileceği zayıf zemin koşullarının değiştirilmesi için yapılan çalışmalar olarak adlandırılır.

Kaynak: YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

İyileştirilmemiş Kötü Zemin Etkisi

İyileştirmede Amaç ve Yöntem

Zemin iyileştirme yöntemlerinde temel amaç ,mekanikaraçlarla zeminin boşluk oranının azaltılması veya zeminboşluklarının çeşitli bileşimdeki karışımlarla doldurulmasıişlemidir.

Zemin iyileştirme yöntemleri aşağıdaki amaçla yapılır ;

• Zayıf zeminin taşıma kapasitesini artırmak.

• Toplam oturmayı azaltıp konsolidasyonu hızlandırmak

• Dolgu ve şevlerin duraylılığını sağlamak

• Zeminin potansiyel sıvılaşma riskini azaltmak

• İstinat duvarlarını desteklemek

Kaynak: YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

İyileştirmenin Sonuçları

• Kayma mukavemeti artar,

• Kumlu zeminlerin sıklığı, killi zeminlerin kıvamı iyileşir,

• Sıkışabilirliği azalır,

• Şişme ve büzülme potansiyeli düşer,

• Permabilitesi azalır,

• Burulmaya karşı mukavemeti artar,

• Sıvılaşma potansiyeli azalır.

İyileştirmede YöntemlerYöntem 1: Sadece inşaat aşamasında uygulanan geçiciiyileştirme yöntemleri

Yöntem 2: Zemine herhangi bir malzeme karıştırmadanuygulanan kalıcı iyileştirme yöntemleri (Örn. DinamikKompaksiyon)

Yöntem 3: Zemine çeşitli malzemeler karıştırarak uygulananiyileştirme yöntemleri (Örn. Jet Grout)

Kaynak: YILDIZ M.Ş.,Sektör Çalıştayı 2014

Zemin İyileştirme Yöntemleri

Sıkıştırma Ön Yükleme

Drenaj EnjeksiyonIsıl

İşlemlerKatkı

MaddeleriDonatı

İçerik

• İyileştirme

• Jet Grout

• Sismik

• Jeoradar

JEOFİZİK MÜHENDİSLİİĞİYLE KONTROL İyileştirilmiş Kötü Zeminlerde

Jet Grout Yöntemi• Jet grouting yöntemi, tüm zemin tipleri ve dane çaplarında uygulanabilen ve

çimento bazlıenjeksiyon karışımlarının kullanıldığı bir yöntemdir.• Bu yöntemde, çok yüksek basınçla (300 – 600 bar) zemine enjekte edilen bir

stabilize malzeme (çimento-su karışımı) ile zemin karıştırılır.• Bu yöntemde, yüksek hızla enjekte edilen karışım zeminin doğal yapısını

bozmakta ve zemin ile enjekte edilen malzemenin karışımıyla yeni bir malzeme (soil – crete) oluşmaktadır.

• Böylece, zeminin taşıma gücü ve elastisite modülü artarken permeabilitesiazalmaktadır. Jet grout yöntemi, zemine malzeme karıştırılarak yapılan derin ve kalıcı bir zemin iyileştirme yöntemidir.

Kaynak: SAĞLAMER,A., Zemin İyileştirme Yöntemleri ,Sunum

Jet Grout Uygulama Alanları

• Temel takviyesi,

• Kazı yüzeylerinin desteklenmesi,

• Zemin iyileştirmesi,

• Tünel inşaatlarında tünel aynasının ve tünel tavanının desteklenmesi,

• Kazı çukurlarına gelen yeraltı sularının azaltılması,

• Şev ve heyelan stabilizasyonu,

• Geçirimsizlik perdeleri,

• Atık sahalarında geçirimsizliğin sağlanması

Kaynak: SAĞLAMER,A., Zemin İyileştirme Yöntemleri ,Sunum

Jet Grout’un Yapımı

Kaynak: ÖZAYDIN, K., Zemin İyileştirme Yöntemleri, Sempozyum

Jet Grout Kolonları

Kaynak: ÖZAYDIN, K., Zemin İyileştirme Yöntemleri, Sempozyum

Jet Grout Sistemleri

• Jet 1 Tek Akışkanlı Sistem

• Jet 2 Çift Akışkanlı Sistem

• Jet 3 Üç Akışkanlı Sistem

Kaynak: SAĞLAMER,A., Zemin İyileştirme Yöntemleri ,Sunum

Jet Grout SistemleriJet 1 – Tek Akışkanlı Sistem

Kaynak: Hayward Baker – Jet Grouting

Jet Grout SistemleriJet 2 – Çift Akışkanlı Sistem

Kaynak: Hayward Baker – Jet Grouting

Jet Grout SistemleriJet 3 – Üç Akışkanlı Sistem

Kaynak: Hayward Baker – Jet Grouting

Jet Grout’ın Avantajları

• Daha hızlı ve ekonomiktir.

• Monitör ve püskürtme ağızlarının tasarımındaki esneklik sayesinde farklı geometride elemanlar imal edilebilir. Yatay, eğimli ve düşey duvarlar rahatlıkla yapılabilmektedir.

• Diğer enjeksiyon çeşitlerine göre daha kullanışlıdır.

• Kimyasal açıdan zemine hiçbir zararı ve kirletici etkisi yoktur.

• Kullanılan ekipmanın boyutları sayesinde kapalı, dar ve sıkışık

ortamlarda dahi çalışılabilmektedir.

• Bütün zemin cinslerinde kullanılabilmektedir.

• Vibrasyonsuz bir yöntemdir

Kaynak: ÖZAYDIN, K., Zemin İyileştirme Yöntemleri, Sempozyum

Jet Grout’ın Dezavantajları

• Yeni bir yöntem oluşu.

• Teknolojisinin yeni oluşu ve teorik bilgi eksikliği nedeniyle mühendislik tasarımında yararlanılacak kurallar henüz kesinleşmemiştir.

• Zemin içinde enjeksiyonun dağılımını ve oluşan geometriyi belirlemek zordur. Bu nedenle, dikkatli ve detaylı gözlem ve kontrol testleri yapmayı zorunlu kılmaktadır.

Kaynak: ÖZAYDIN, K., Zemin İyileştirme Yöntemleri, Sempozyum

İçerik

• İyileştirme

• Jet Grout

• Sismik

• Jeoradar

JEOFİZİK MÜHENDİSLİİĞİYLE KONTROL İyileştirilmiş Kötü Zeminlerde

Saha Uygulaması

• İstanbul Anadolu yakasında inşaatı planlanan İstanbul Tersane Komutanlığına bağlı Dizayn ofis binası zemin ıslah projesi kapsamında Jet-Grout çalışması yüklenici firma tarafından yapılmıştır.

• Jet-Grout çalışması sonrasında yeni zeminin test edilebilmesi için arazide çeşitli jeofizik yöntemler uygulanmıştır.

Uygulanmış olan jeofizik yöntemler şu şekildedir;

• Sismik Kırılma ve MASW (Çok kanallı yüzey dalgası analizi)

• Jeoradar

İnceleme Alanı Ve Konumu

İnceleme alanına TEM otoyolu Pendik- Sabiha Gökçen Havalimanı çıkışı üzerinden sahil yolu veya E5 (D100) yolu Tersane Kavşağından Sahil yolu ile ulaşılabilir .

Proje Sahası

Jet Grout Uygulama Paterni

• İnceleme alanındaki jet-grout paterni 2.5m karelajile projelendirilmiştir.

Jeofizik Çalışmalar

• Sismik kırılma , Masw

• Jeoradar Yöntemleri uygulanmıştır.

Dispersiyon Eğrisinden Elde Edilen Temel Mod ve Yüksek Model

Analizi

Daha yüksek “modlu” veri, temel “modlu” veriden daha derin araştırma derinliğine sahiptir. Aynı zamanda, daha yüksek “modlu” veri frekansa ek olarak kaynak uzaklığına bağlı olan dönüşmüş S-dalga hızının çözünürlüğünü artırır.

4.Kullanılan Yöntemler ve Elde Edilen Verilerin Değerlendirilmesi

• İnceleme alanında GEOMETRICS marka sismik cihazı ile 4 Profilde sismik kırılma/MASW yüzey dalgası analizine yönelik ölçüm çalışması yapılmıştır. Toplam 4 profilde ölçümler alınmıştır.

• Seçilen Profiller ;

1. HAT 1- iki Jet Grout Kolonu arasında kalan zeminde,

2. HAT 2- Jet grout kolon aksında,

3. HAT 3- Çapraz bir aks üzerinde

4. HAT 4- Proje sahası dışında doğal zemin üzerinde ( Jet groutöncesi)

Şantiye alanı dışında seçilen Sismik profil ile jet grout öncesi zemin özelliklerinin ne olduğu ve jet grout sonrası zeminde ne kadar bir iyileşme olduğu belirlenmiştir.

Sismik Profillerin Gösterimi

Tüm ölçüm profillerinin başlangıç ve bitiş koordinatları DGPS ile alınmıştır

Jet-

Gro

utY

apıl

mam

ış Z

emin

in ö

zell

ikle

ri• Jet-grout yapılmamış , şantiye

dışındaki alanda alınan sismik ölçüm hat 4 olarak adlandırılmıştır.

• Ölçüm geometrisi olarak 4 m jeofongrup aralığı 4 m ofset seçilmiştir. Kaynak olarak 8 kg’lık balyoz kullanılmıştır. Düz, Orta ve Ters atış yapılarak datalar toplanmıştır

Hat 4 Profili Atış Geometrisi

HAT 4 Yol-Zaman Grafiği ve Yer Altı Vp Hız Modeli

Hat

4 V

sH

ızın

ın 3

0 M

Der

inli

ğe K

adar

Her

Bir

A

tışa

Gö

re D

eğiş

imi

Yüzey dalgası analiz yöntemi kullanılarak hesaplanan VS hızların (düz, orta ve Ters Atışlara göre) derinlikle değişim grafiği şekilde gösterilmiştir. Buna göre

30 m derinliğe kadar ortalama Vs30 =182,4 m olarak hesaplanmıştır.

Jet Grout Yapılmamış Sahanın VsHızlarının Yanal Ve Düşey

Yöndeki Değişim Kesiti

Yüzey dalgası analizinde elde edilen 2B Kayma dalgası Hızı (Vs) kesiti

Vp ve Vs hızlarından hesaplanan dinamik Zemin özellikleri aşağıdaki

tabloda verilmiştir. (HAT 4)

Jet-Grout Yapılmış Sahanın Zemin Özellikleri

Vs hızının derinlikle değişimi,(HAT 1)görüldüğü gibi ölçüm yapılan kottan itibaren 12,5 m derinliğe kadar Vs hızı 485 ile 520 m/sn arasında değişim göstermektedir. Vs hız değişimi düz, orta ve ters atışlarda aynı özelliği göstermektedir.

Hat 1 Profilinde Elde Edilen Zemin Özellikleri

Eurocode 8’e göre Vs30 hızına göre zemin sınıflamasına göre B grubu zemin özelliğine sahip bir ortam olarak hesaplanmıştır.

Eurocode 8 Vs-Zemin Sınıflandırma

HAT 2 Profilinde Elde Edilen Hız Ve Zemin Özellikleri

(Hat-2)’ de elde edilen Vs hız değerlerinin derinlikle değişimi şekilde verilmiştir. Burada dikkat çeken ilk 2,5 m derinlikte düz ve ters atışlardaki

hız farklılıklarıdır. Bu seviye için ortalama Vs Hızı 327 m/sn olarak hesaplanmıştır.

Hat 2 Profilinde Elde Edilen Zemin Özellikleri

Hat 3 Hız Değişimi Ve Zemin Özellikleri

Hat 3 ise jet grout akslarını kesecek şekilde çapraz bir doğrultu seçilmiştir. Bu doğrultuda elde edilen Vs hızlarının derinlikle değişimi yukarıdaki gibidir.

• Yüzeyden itibaren ( ölçüm yapılan kottan) ilk 10 m lik seviye de hız değerleri 595 ve devamında 427 m/sn olarak hesaplanmıştır. 10 m den sonra 187 m/sn Hız değerine sahip doğal zemin bulunmaktadır

İçerik

• İyileştirme

• Jet Grout

• Sismik

• Jeoradar

JEOFİZİK MÜHENDİSLİİĞİYLE KONTROL İyileştirilmiş Kötü Zeminlerde

Jeoradar Çalışması

• Genel hatlarıyla bir yer radarı, verici anten, alıcı anten ve kayıtçıdan oluşmaktadır. Verici anten, yatay doğrultuda elektrik alan vektörüne sahip (TE: Transvers Elektrik), birkaç nanosaniye süreli bir elektromanyetik sinyal üretecek şekilde tasarlanmıştır. Alıcı anten ise, yine aynı yönde, yeraltı derinliklerinden dönen elektromanyetik sinyali algılayacak doğrultuda konumlandırılmıştır.

Kaynak: YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

Yeraltında Düz Bir Jeolojik Tabaka Bulunması Halinde Jeoradar Kesitlerinden Alınan Cevap Düz Bir Katman Şeklinde Olacaktır.

Kaynak: YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

Jeoradar Çalışması

Yeraltında belli bir geometriye sahip objeler veya boru kablo gibi altyapı elemanları bulunması halinde jeoradar kesitlerinden alınan cevap bir hiperbol olacaktır.

Kaynak: YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

Jeoradar Çalışması

Kullanılan Cihazlar

Bu çalışmada Zond12e marka jeoradar ve 150 MHz Merkez frekanslı Jeoradar anteni kullanılmıştır. 150 MHz anten seçim nedeni saha koşullarının kapalı anten kullanımına müsait olmamasıdır.

Kaynak: YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

* Kayıt Zaman Aralığı:1 ns’den 2000 ns’ye kadar 1 ns aralıklar ile

* Transmitter:115 KHz.

* Tarama Aralığı:320, 160,80,40

* İz başına Örnekleme Aralığı:128,256,512,1024 x 16 bit

* Filtre:kullanıcı seçenekli

* Veri Transferi:Wi-Fi veya Ethernet ile PC’ye.

Zond 12e Kontrol Ünitesinin Özellikleri

Sahada Yapılan Jeoradar Çalışması

İnceleme alanında ölçüm yapmaya müsait 30x23 m ebatlarındaki çalışma karesinde 1 m profil aralıkları ile sürekli formda ölçümler alınmıştır. Ölçüm karesinin köşe koordinatları

DGPS ile alınmış ve harita aplikasyonu yapılmıştır.

**Jeoradar (GPR) ölçüm karesi (Pembe) ve profili (Mavi)

Veri İşlem ve Yorumlama

• İnceleme alanında ölçülen profiller öncelikle koordinatlı bir şekilde bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Daha sonra veriler 2 boyutlu analiz edilerek alınan sinyallere bir genlik fonksiyonu ile kazanç sağlanmıştır (Gain). Devamında Background Removal (BR) ile tekrarlı yansılamalar elemine edilmiştir. Daha sonra verilerden çok düşük ve çok yüksek frekansları elime etmek için Ormsby Band Pass (OBP) filtresi uygulanmıştır.

Veri İşlem Aşamasından Sonra Elde Edilmiş Radargram

Örnek bir ham verinin (Sol tarafta) proses işleminden sonra ( sağ tarafta) elde edilmiş radargram kesiti

Radargram Kesitlerinde Kullanılan Renk Skalası

İnceleme alanında yapılan jeofizik ölçüm çalışmalarından elde edilen verilerin veri-işlem aşamasından sonra 2B ve 3B radargram diyagramları oluşturulmuştur.

2D Kesitlerden Elde Edilen 3D Diyagramda Jet Grout Kolonları

Çalışma Karesinde 3D Volümetrik Jet Grout Kolonlarına Ait Anomaliler

Çalışma karesi içinde Jet grout kolon boyları 12-13 m arasında değişim göstermektedir. Derinlik bağıntısı betonun dielektrik katsayısı değerine göre hesaplanmıştır.

Jeoradarölçümlerinin suyun fazla olduğu kesimlerde elektromanyetik sinyallerde iletkenliğe bağlı olarak yüksek yansıma sinyalleri alınmıştır. Bu kesimlerde maskelemeler görülmüştür.

Jeoradar yöntemi ile yapılan ölçümlerde kolon genişlikleri aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi 0,75-0,85 m arasında değişim göstermektedir.

Sonuç

1- İnceleme alanında GEOMETRICS marka sismik ekipman ile 4 Profilde sismik kırılma/MASW yüzey dalgası analizi çalışması yapılmıştır. Sismik Kırılma çalışmasında 14 Hz, Yüzey dalgası analizinde ise 4,5 Hz jeofonlar kullanılmıştır. Sismik profillerden Hat 4, jet grout sahasının dışında boş bir alan üzerinde gerçekleştirilmiştir. Diğer 3 profil ise Jet grout imalatının gerçekleştirildiği proje sahasında alınmıştır.

2- Elde edilen değerler neticesinde ilk 12,5 m derinliğe kadar jet grout öncesinde D zemin sınıfına sahip özellikte iken, Jet groutsonrası Hat 2 de C diğerlerinde ise B zemin Grubu özellikleri sergilemektedir.

Sonuç

3- Jeoradar yöntemi ile toplam 30 profilde ölçümler alınmıştır. Çalışmada Zond 12e marka Jeoradar ekipmanı ve 150 MHz dipolanten kullanılmıştır.çalışma alanındaki su varlığı ve toprağın nem oranının yüksek olmasından dolayı bazı kesimlerde iletkenlikten dolayı maskelemeler olmuştur. Her şeye rağmen 3D radargramkesitlerinde jet grout kolonlarının 12-13 m derinliğe kadar oluştuğu ve çaplarının 0,75-0,85 m arasında değiştiği görülmüştür.

Sonuç

KATKI BELİRTME

•Yapmış olduğumuz tüm arazi çalışmaları ve çalışmalar içerisinde bizlere bilgi ve birikimlerini aktaran Mehmet Şafi Yıldız’a ve değerli hocamız Prof. Ali Osman Öncel ‘e teşekkür ederiz.

Kaynaklar

• YILDIZ M.Ş., YÜKSEL A.F., GÜLERDOĞAN E. 2009, "Mermer sahalarında Boşluk ve Çatlakların Belirlenmesi ve Blok Veriminin Araştırılması için Jeofizik Yöntemlerin Kullanılması", 21. Uluslararası Maden Kongresi, Antalya 2009

• YILDIZ M.Ş ve YÜKSEL A.F. 2009, " Amasya - Terziköy Kapılacakları Mevkiinde Antik Roma Hamamı Kalıntılarının Arkeojeofizik (GPR -Jeoradar Yöntemi İle ) Etüdü" 10. yıl Deprem Kongresi Sempozyumu, Kocaeli 2009

• YILDIZ M.Ş., Sektör Çalıştayı 2014

• ÖZÇEP,F., Zeminlerin Geoteknik ve Jeofizik Analizi

• ERGUN,U., Zemin iyileştirme yöntemleri,zemin mekaniği ve temel mühendisliği 5.Ulusal Kongresi

• ÖZAYDIN, K., Zemin İyileştirme Yöntemleri, Sempozyum

• SAĞLAMER,A., Zemin İyileştirme Yöntemleri ,Sunum

Kötü Zeminden ve Afetten Uzak Günler Dilerim

14/11/2014 İÜ Jeofizik Mühendisliği Öğrenci Seminerleri