Enjeksiyon yöntemleri ve Uygulamaları

HHaassaann ÖÖZZKKAANN

JJeeoo..YYüükk.. MMüühh

AAnnkkaarraa 22000066

EENNJJEEKKSSİİYYOONN YYÖÖNNTTEEMMLLEERRİİ

vvee UUYYGGUULLAAMMAALLAARRII

ÖNSÖZ

Taş, toprak, su

İşte işimiz bu... Prof.Dr.Kemal ERGUVANLI

Kızım Zeynep’e

Bu kitap, 1991 yılında DSİ Zonguldak Şube Müdürlüğü, Kızılcapınar Barajı’nda delgi ve enjeksiyon konularında kontrol mühendisi olarak göreve başladığımdan bu yana, çeşitli yerlerden topladığım belgelerin derlenmesi, çalışmalarımda edindiğim bilgi birikimini paylaşma ve enjeksiyon konusunda Türkçe yayın eksikliğinin giderilmesi amaçlarına yönelik olarak hazırlanmıştır.

Bu çalışmanın, öncelikle öğrenci arkadaşlarımıza, yeni meslektaşlarımız ile konuya ilgi duyan diğer meslektaşlarımıza kaynak ve yol gösterici olmasını diliyorum.

Çalışmalarım sırasında, beni yönlendiren ve destekleyen, Temelsu Uluslararası Mühendislik Hizmetleri A.Ş. Yönetim Kurulu başta olmak üzere, eşim Fatma ÖZKAN’a, Sayın Erdinç BAŞTEPE’ye, Sayın Rüştü GÜNER’e, Sayın Yavuz KARAGÜMÜŞ’e, Sayın Orhan TANER’e, Sayın Doç.Dr. Candan GÖKÇEOĞLU’na, Sayın Prof.Dr. Reşat ULUSAY’a ve Temelsu’daki tüm çalışma arkadaşlarıma çok teşekkür ederim.

Bu kitabın basımından önce değerlendiren, Sayın Prof.Dr.Aziz ERTUNÇ’a, Sayın Nihat BÜYÜKBAY’a, DSİ Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı – Temel ve Enjeksiyon Şube Müdürlüğü’ne, Daire Bşk. Yrd. Sayın Dr. Nurettin PELEN’e ve kitabın basılmasında yardımlarını esirgemeyen DSİ Genel Müdürü Sayın Prof.Dr. Veysel EROĞLU’na teşekkür ederim.

Hasan ÖZKAN

Mart, 2006

ENJEKSİYON YÖNTEMLERİ ve UYGULAMALARI

H.ÖZKAN, 2006

i

İÇİNDEKİLER DİZİNİ Sayfa no

1. GİRİŞ 1 1.1. Enjeksiyon Uygulamasının Tarihsel Gelişimi 2

2. ENJEKSİYON ÖNCESİ YAPILAN ARAŞTIRMALAR 3 2.1. Jeolojik - Jeoteknik Araştırmalar 3

2.1.1. Yapı Yerlerinde Zemin Araştırmaları 3 2.1.2. Geçirimlilik Değerinin Belirlenmesi 4

2.1.2.1 Su Basma Deneyleri 8 3. ENJEKSİYON TÜRLERİ 22

3.1. Tanecikli (Duraysız) Enjeksiyonlar 22 3.1.1. Enjeksiyon Karışımına Giren Gereçlerin Tanıtımı 24

3.1.1.1 Çimento 24 3.1.1.2. Montmorillonit Grubu Kil Mineralleri 28 3.1.1.3. Dolgu Gereçleri (Kum) 31 3.1.1.4. Puzolanik Maddeler 32 3.1.1.5. Enjeksiyon Karışım Suyu Kalitesi 38 3.1.1.6. Enjeksiyon Karışımı İçin Priz Hızlandırıcılar 38 3.1.1.7. Enjeksiyon Karışımına Akışkanlık Sağlayıcılar 39

3.1.2. Tanecikli Enjeksiyonlarda Karışım Oranları 39 3.2. Taneciksiz (Duraylı - Kimyasal) Enjeksiyonlar 39

3.2.1. Sodyum Silikat Enjeksiyonu 42 3.2.1.1. Silikat Sistemleri 43 3.2.1.2. Yayılım Özelliği 45 3.2.1.3. Jelleşme Zamanına Etki Eden Özellikler 46 3.2.1.4. Portland Çimentosu – Sodyum Silikat Enjeksiyonu 49

3.2.2. Organik Polimer Enjeksiyonları 50 3.2.2.1. Akralamit ve Akralit Enjeksiyonları 50 3.2.2.2. Poliüretan (Köpük) Enjeksiyonları 51 3.2.2.3. Odun Özü (Lignin) Enjeksiyonları 54 3.2.2.4. Epoksi Reçine Enjeksiyonları 54 3.2.2.5. Su Bazlı Reçine Enjeksiyonları 56

3.2.3. Diğer Kimyasal Enjeksiyonlar 57 4. ENJEKSİYON UYGULAMALARI VE UYGULAMA SINIRLARI 58

4.1. Pekişmemiş Gereçlerin Enjeksiyonları 63 4.1.1. Pekişmemiş Zeminlerde Ön-Enjeksiyon Uygulamaları 67

4.1.1.1. Püskürtmeli Enjeksiyon (Jet Grouting) Sistemi 67 4.1.1.2. Süren (Forepoling) Sistemi 75 4.1.1.3. Zemin Dondurma (Ground Freezing) Sistemi 76


H.ÖZKAN,2006

ii

4.1.1.4. Balon Mini Kazık (Pin Pile) Yöntemi 82 4.1.2. Pekişmemiş Zeminlerde Enjeksiyon Uygulama Örnekleri 83

4.1.2.1. Bjorøy Yol Tüneli (Norveç) 83 4.1.2.2. Fessenheim Hidroelektrik Santralı (Almanya) 85 4.1.2.3. Durlassboden Barajı (Avusturya) 86 4.1.2.4. Xiaolangdi Barajı (Çin) – Püskürtmeli Enjeksiyon Uygulaması 88

4.2. Yarıklı – Çatlaklı ve Kırıklı Kayaların Enjeksiyonları 91 4.2.1. Paris Metrosu (Fransa) – Auber İstasyonu Enjeksiyon Uygulaması 92

4.3. Boşluk Doldurma Enjeksiyonları 93 4.3.1. Kontak (Dolgu) Enjeksiyonları 93 4.3.2. Derz Enjeksiyonları 93 4.3.3. Ankraj – Kaya Bulonu Enjeksiyonları 94

4.3.3.1. Ön Gerdirmeli Zemin Ankrajları 95 4.3.3.2. Kaya Bulonları (Saplamaları) 98 4.3.3.3. Zemin Çivileri 99

4.3.4. Büyük Boşluk Enjeksiyonları 99 4.4. Hidrolik Kırık Enjeksiyonları 101

4.4.1. Hidrolik Kırık Oluşturulmasına Etki Eden Özellikler 102 4.5. Enjeksiyonun Titreşim Önleme Etkisi 105 4.6. Enjeksiyon Miktarının Öngörülmesi 105

5. ENJEKSİYON UYGULAMA YÖNTEMLERİ 108 5.1. Alçalan Kademe Yöntemi 108 5.2. Seri Enjeksiyon Yöntemi 108 5.3. Dolaşımlı (Geri Dönüşlü) Enjeksiyon Yöntemi 109 5.4. Yükselen Kademe Yöntemi 109 5.5. Alüvyonda Enjeksiyon (Manşetli Boru) Yöntemi 110 5.6. Silikat Enjeksiyonu Yöntemleri 112

6. ENJEKSİYON BASINÇLARI 113 6.1. Hidrolik Kırılma Yöntemi ile Enjeksiyon Basıncının Belirlenmesi 118 6.2. Alüvyonda Enjeksiyon Basıncı 122 6.3. Basınç Deformasyonların Kontrolü 123

7. BARAJLARDA ENJEKSİYON DELGİLERİ VE DİZGİLERİ 124 7.1. Genel Bilgiler 124 7.2. Perde Delgileri 125

7.2.1. Perde Delgilerinin Derinliğinin Belirlenmesi 125 7.2.2. Enjeksiyon Delgi Aralıklarının ve Dizgilerinin Belirlenmesi 125

7.2.2.1. Deneme Enjeksiyonları 126


H.ÖZKAN, 2006

iii

7.2.2.2. Deneme Enjeksiyonların Değerlendirilmesi 129 7.2.3. Galerilerden Perde Enjeksiyonu Uygulaması 131

7.3. Kapak (Sağlamlaştırma) Delgileri 132 7.4. Tünel – Galeri ve Şaftlarda Sağlamlaştırma Delgileri 135

7.4.1. Tünel – Galeri Sağlamlaştırma Delgileri 135 7.4.2. Şaftlarda (Baca - Kuyu) Sağlamlaştırma Delgileri 135

7.5. Zeminlerde Geçirimsizlik ve Sağlamlaştırma Delgileri 138 7.5.1. Temeli Zemin Olan Yapı Yerlerinde Enjeksiyon Delgileri 139

7.6. Enjeksiyonda Başarı Ölçütleri 140 7.7. Baraj Enjeksiyon Delgilerinin Adlandırılmaları 145

8. ENJEKSİYONLARIN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ 146 8.1. Tanecikli Enjeksiyonların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 146

8.1.1. Enjeksiyonun Su Kusması (Resuaj - Bleeding) 147 8.1.1.1. Su Kusmasına Etki Eden Etmenler 150

8.1.2. Çökelim (Sedimantasyon) ve Tanecik Ayrılması (Segregasyon) 152 8.1.3. Viskozite ve Akış Zamanı 155 8.1.4. Hacim Değişimi 158 8.1.5. Yoğunluk (Özgül Ağırlık) 159 8.1.6. Katılaşma Zamanı 159 8.1.7. Basınç Dayanımı ve Enjeksiyonun Dayanıklığı 160 8.1.8. Kohezyon Etkisi 164 8.1.9. Hava Koşullarının Etkisi 164

8.2. Kimyasal Enjeksiyonların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 165 9. ENJEKSİYON DONANIMLARI 170

9.1. Karıştırıcılar (Mikser) ve Çalkalayıcılar 170 9.1.1. Kimyasal Enjeksiyonlarda Çalkalıyıcı ve Karıştırıcı Sistemleri 173

9.2. Enjeksiyon Pompaları 174 9.2.1. Kimyasal Enjeksiyonlarda Pompa Sistemleri 177

9.3. Tıkaçlar (Paker) 178 9.3.1. Tıkaçlarda Uygun Lastik Basınçlarının Hesaplanması 180

9.4. Diğer Enjeksiyon Donamımları 181 10. ENJEKSİYON İŞLERİNDE KAYITLAR VE KONTROL 186 11. ÖLÇÜM BİRİMLERİ ÇEVRİM ÇİZELGELERİ 192 12. TERİMLER 197 13. YARARLANILAN KAYNAKLAR 214


H.ÖZKAN,2006

iv

ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa no

Şekil 2.1: Zemin araştırması akış şeması................................................................................... 4 Şekil 2.2: Kum sütunundan geçen akımdaki yük kayıpları ve basınç dağılımı ........................... 6 Şekil 2.3: Tek ve çift lastikli basınçlı su basma deneyi ............................................................. 10 Şekil 2.4: Doygun olmayan birim için kullanılan 1. Bölge Sınırı................................................ 11 Şekil 2.5: Doygun olmayan birimler için hidrolik iletkenlik katsayısı abağı ............................... 12 Şekil 2.6: Doygun olan birimler için hidrolik iletkenlik katsayısı abağı ...................................... 13 Şekil 2.7: Lugeon deneylerinde gerçek basıncın hesaplanması .............................................. 15 Şekil 2.8: Tijlerde sürtünme kayıplarını gösterir abak............................................................... 16 Şekil 2.9: Demir borularda ve AX tipi tijlerde sürtünme kayıpları.............................................. 16 Şekil 2.10: BX ve NX tipi tijlerde sürtünme kayıpları ............................................................... 17 Şekil 2.11: Grafik yöntemiyle lugeon değerinin bulunması....................................................... 17 Şekil 2.12: Basınçlı su deneylerinde elde edilen eğri tipleri ve yorumları................................. 18 Şekil 2.13: Camberfot’a göre basınçlı su deneyi eğri tipleri ve yorumları................................. 19 Şekil 2.14: Basınçsız su basma (sızdırma) deneyi................................................................... 21 Şekil 3.1: Montmorillonit kilin şematik yapısı ............................................................................ 29 Şekil 3.2: Silikat enjeksiyonlu kumun basınç dayanımının, silikat oranları ile değişimleri ........ 46 Şekil 3.3: Silikat-klorit-amit sisteminde jelleşme zamanının sıcaklıkla değişimleri ................... 47 Şekil 3.4: Silikat-klorit-amit sisteminde jelleşme zamanının hızlandırıcı miktarlarına göre

değişimleri ................................................................................................................ 48 Şekil 3.5: Bogdanoff (1990)’a göre poliüretan enjeksiyonlarda viskozitenin zamanla değişimi 52 Şekil 3.6: Poliüretan enjeksiyonlarında genleşme oranlarının ve jelleşme zamanlarının su

içeriği ile değişimi ..................................................................................................... 53 Şekil 4.1: Enjeksiyon uygulama alanları ................................................................................... 59 Şekil 4.2: Pekişmemiş zeminlerde enjeksiyon uygulanabilirlik aralıkları .................................. 61 Şekil 4.3: Zayıf zeminlerde enjeksiyon uygulama sınırları ve amaçları .................................... 62 Şekil 4.4: Enjeksiyonun yayılım etki çapı ilkesi......................................................................... 64 Şekil 4.5: Enjeksiyonun yayılım şekline permeabilite etkisinin şematik gösterimi .................... 66 Şekil 4.6: Püskürtmeli enjeksiyon uygulaması.......................................................................... 68 Şekil 4.7: Püskürtmeli enjeksiyon uygulama sistemleri ............................................................ 68 Şekil 4.8: Püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) uygulama alanları .......................................... 70 Şekil 4.9: Tünel inşaatında püskürtmeli enjeksiyon uygulaması .............................................. 71 Şekil 4.10: Çeşitli zeminlerde istenilen basınç dayanımı için çimento miktarları ...................... 72 Şekil 4.11: Sıkıştırılamayan akışkanlar için basınç-akım grafiği............................................... 73 Şekil 4.12: Tünelde süren (forepoling) uygulaması .................................................................. 75 Şekil 4.13: Zemin dondurma (freezing) örnekleri...................................................................... 77 Şekil 4.14: Zemin dondurma için tek aşama yöntemi ............................................................... 77 Şekil 4.15: Zemin dondurma için iki aşama yöntemi ................................................................ 78 Şekil 4.16: (I-90) Batı Birleşim tüneli üstünde zemin dondurma uygulaması ile zeminin

yükselme konturları................................................................................................ 81 Şekil 4.17: (I-90) Batı Birleşim tüneli üstünde zemin dondurma uygulamasında öngörülen ve

gerçekleşen zemin yükselme değerleri.................................................................. 81 Şekil 4.18: Balon mini kazık yönteminin köprü ayaklarına uygulanması .................................. 82 Şekil 4.19: Balon mini kazık yönteminin uygulanma aşamaları................................................ 82


H.ÖZKAN, 2006

v

Şekil 4.20: Bjorøy yol tüneli jeolojik planı.................................................................................. 84 Şekil 4.21: Fessenheim hidroelektrik santralı enjeksiyon kesiti ................................................ 85 Şekil 4.22: Fessenheim hidroelektrik santralı enjeksiyon delgileri dizgi planı ........................... 86 Şekil 4.23: Durlassboden barajı geçirimsizlik perdesi boy kesiti ............................................... 87 Şekil 4.24: Durlassboden barajı geçirimsizlik perdesi en kesiti................................................. 88 Şekil 4.25: Xiaolangdi barajı akış yukarı batardosu püskürtmeli enjeksiyon çalışmaları .......... 89 Şekil 4.26: Serre-Ponçon ve Mattmark barajlarında geçirimsizlik perdesi ................................ 90 Şekil 4.27: Durlassboden ve Aswan barajlarında geçirimsizlik perdesi .................................... 90 Şekil 4.28: Paris Metrosu Auber İstasyonu enjeksiyon delgileri yerleşim planı ........................ 92 Şekil 4.29: Tünellerde dolgu (kontak) enjeksiyonları ................................................................ 93 Şekil 4.30: Derz enjeksiyonu sistem ayrıntısı ........................................................................... 94 Şekil 4.31: Ankraj enjeksiyonu .................................................................................................. 96 Şekil 4.32: Hauser Lake barajının çelik halatlı ankraj uygulaması ile onarımı .......................... 97 Şekil 4.33: Enjeksiyonlu kaya bulonları (saplamaları)............................................................... 99 Şekil 4.34: Ankara-Kınık tüneli göçük enjeksiyonu ................................................................. 100 Şekil 4.35: Fransa-Boubard demiryolu tüneli göçük enjeksiyonu ve delgilerin konumu ......... 101 Şekil 4.36: Hidrolik kırık oluşumuna etki eden jeoteknik özellikler .......................................... 102 Şekil 4.37: Enjeksiyon öncesinde ve sonrasında titreşimin sismik ölçümleri .......................... 106 Şekil 4.38: Raymond International, Inc. (1957)’e göre, boşluk oranları ile enjeksiyon çözeltisi

alışları arasındaki ilişki ......................................................................................... 107 Şekil 4.39: Enjeksiyon hacmi ve yüzde boşluk oranları ile enjeksiyonun yayılım etki çapı

arasındaki ilişki ..................................................................................................... 107 Şekil 5.1: Alçalan kademe yöntemi ......................................................................................... 108 Şekil 5.2: Seri enjeksiyon yöntemi .......................................................................................... 108 Şekil 5.3: Dolaşımlı (geri dönüşlü) ve tek borulu enjeksiyon düzeni ....................................... 109 Şekil 5.4: Yükselen kademe yöntemi ...................................................................................... 109 Şekil 5.5: Alüvyonda manşetli boru ile enjeksiyon işlem sırası ............................................... 111 Şekil 5.6: Manşetli boru tıkaç sistemi..................................................................................... 111 Şekil 6.1: Pratik Amerikan enjeksiyon basınçları .................................................................... 115 Şekil 6.2: Pratik İsveç enjeksiyon basınçları ........................................................................... 115 Şekil 6.3: DSİ (1987)’e göre enjeksiyon basınçlarının derinlikle değişimi............................... 117 Şekil 6.4: Hidrolik kırılma deneyi ve tipik basınç, akış, zaman ilişkisi ..................................... 118 Şekil 6.5: Hidrolik kırılma mekanizmasının Mohr diyagramında gösterimi.............................. 120 Şekil 6.6: Baldenhead barajında yapılan hidrolik kırılma deneyleri basınç-akım grafikleri ..... 122 Şekil 6.7: Mekanik ekstansometre .......................................................................................... 123 Şekil 7.1: Baraj tipine göre enjeksiyon delgileri konumları ...................................................... 124 Şekil 7.2: Geçirimliliğe bağlı olarak enjeksiyon deliği derinliği belirlenmesi ............................ 126 Şekil 7.3: Tek sıra daralan aralık enjeksiyon dizgisi ............................................................... 127 Şekil 7.4: Çift sıra veya daha fazla enjeksiyon dizgisi............................................................. 128 Şekil 7.5: Eşkenar üçgen enjeksiyon dizgisi ........................................................................... 129 Şekil 7.6: Barajlarda açıktan ve galeriden yapılan perde enjeksiyonları ................................. 132 Şekil 7.7: Oymapınar barajı gövdesinde perde enjeksiyonları persfektif görünüşü ................ 133 Şekil 7.8: Galeri konumları...................................................................................................... 134 Şekil 7.9: Galeriden perde enjeksiyonu uygulaması ............................................................... 134 Şekil 7.10: Baraj gövdealtı iki sıra kapak (sağlamlaştırma) enjeksiyonu dizgisi ..................... 134


H.ÖZKAN,2006

vi

Şekil 7.11: 8 delgili sağlamlaştırma enjeksiyonu şaşırtmalı dizgisi......................................... 136 Şekil 7.12: 6 delgili sağlamlaştırma enjeksiyonu şaşırtmalı dizgisi......................................... 136 Şekil 7.13: Kınık tüneli şaftı enjeksiyon dizgileri ..................................................................... 137 Şekil 7.14: Eğimli şaftta enjeksiyon dizgileri ........................................................................... 138 Şekil 7.15: Zeminlerde su sızdırmazlığı ve sağlamlaştırma delgileri dizgisi ........................... 138 Şekil 7.16: Yapı temellerinde enjeksiyon delgi dizgileri .......................................................... 139 Şekil 7.17: Refü koşulu için perde ve sağlamlaştırma enjeksiyonu pratik uygulama şeması . 141 Şekil 7.18: Refü koşulu için dolgu enjeksiyonu pratik uygulama şeması................................ 142 Şekil 7.19: Perde enjeksiyonu eğimli kontrol delgisi ve enjeksiyonlu karot örneği ................. 144 Şekil 8.1: Su/çimento oranının 3 saat sonunda su kusmasına etkisi..................................... 148 Şekil 8.2: Su kusması deney kabı .......................................................................................... 148 Şekil 8.3: Çimento enjeksiyonu teorisi.................................................................................... 149 Şekil 8.4: Su/çimento oranlarına göre sürtünme kuvveti ve özgül yüzey ilişkisi ..................... 150 Şekil 8.5: Sürtünme kuvveti ve özgül yüzey ilişkisi................................................................. 151 Şekil 8.6: Su/çimento oranı ve su kusması ilişkisi .................................................................. 151 Şekil 8.7: Kum/çimento oranı ve su kusması ilişkisi ............................................................... 152 Şekil 8.8: Çimento ve uçucu kül enjeksiyonlarında su kusması ............................................. 153 Şekil 8.9: Sütun içinde su kusmasına bağlı yoğunluk değişimi .............................................. 154 Şekil 8.10: Viskozite ilkesi ...................................................................................................... 155 Şekil 8.11: Akışkan türlerinin grafiksel tanımlaması ............................................................... 156 Şekil 8.12: Enjeksiyon akış zamanı ile karışım zamanı ilişkisi ............................................... 157 Şekil 8.13: Marsh hunileri ....................................................................................................... 158 Şekil 8.14: Yoğunluk ölçme düzeneği .................................................................................... 159 Şekil 8.15: Enjeksiyon karışımında katılaşma zamanının ortam ısısına bağlı davranışları .... 160 Şekil 8.16: Uçucu küllü enjeksiyon karışımlarının tipik akış özellikleri.................................... 161 Şekil 8.17: Uçucu küllü enjeksiyon karışımlarının tipik dayanımları ....................................... 162 Şekil 8.18: Uçucu külün portland çimentosuna oranının dayanım üzerine tipik etkileri .......... 163 Şekil 8.19: Enjeksiyon tiplerinde basınç dayanımı - viskosite ilişkisi ...................................... 167 Şekil 8.20: Viskozite ve dayanımın zaman ile ilişkisi .............................................................. 167 Şekil 8.21: Sodyum silikat ve reçine enjeksiyonları viskozitesi............................................... 168 Şekil 8.22: Değişik oranlarda silikat ile enjeksiyonun basınç dayanımları.............................. 168 Şekil 9.1: Craelius marka kolloidal karıştırıcılar (mikserler).................................................... 170 Şekil 9.2: Karıştırıcı türleri ...................................................................................................... 171 Şekil 9.3: Karıştırmanın verimliliği için yapılan deney............................................................. 172 Şekil 9.4: Karıştırıcı (mikser) ve çalkalayıcı birleşimi.............................................................. 173 Şekil 9.5: ChemGrout marka karıştırıştırıcılar ve tank sistemleri............................................ 174 Şekil 9.6: ZBA model pistonlu enjeksiyon pompası ve basınç-akım özellikleri....................... 175 Şekil 9.7: ZBE-02 model pistonlu enjeksiyon pompası ve basınç-akım özellikleri ................. 175 Şekil 9.8: Helezonik rotorlu (eksantrik milli) pompa................................................................ 176 Şekil 9.9: Değişken hacimli (oranlı) pompa sistemi ................................................................ 177 Şekil 9.10: Serbest beslemeli, iki karıştırıcılı pompa sistemi .................................................. 178 Şekil 9.11: Tek pompa sistemi ............................................................................................... 178 Şekil 9.12: Mekanik tıkaç........................................................................................................ 179 Şekil 9.13: Şişirilen çift lastikli tıkaç ........................................................................................ 179


H.ÖZKAN, 2006

vii

Şekil 9.14: Enjeksiyon hortumu............................................................................................... 181 Şekil 9.15: Basınç ölçer (Manometre)..................................................................................... 182 Şekil 9.16: Kayıt edici basınç ölçerler ..................................................................................... 182 Şekil 9.17: Enjeksiyonda kullanılan çeşitli su saatleri ............................................................. 183 Şekil 9.18: Enjeksiyon işlemi için donanımlı hareketli servis araçları ..................................... 183 Şekil 9.19: Vinç donanımlı raylı sistemde hareketli platform................................................... 184 Şekil 9.20: Çimento enjeksiyon istasyonu............................................................................... 184 Şekil 9.21: Enjeksiyon donamımlarının bağlantı sırası ........................................................... 185 Şekil 10.1: Perde enjeksiyonu alış izleme grafiği .................................................................... 186


H.ÖZKAN,2006

viii

ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa no

Çizelge 2.1: Zemin ve kayaların jeomekanik özellikleri, yapılan deneyler ve uygulama yerleri.. 5 Çizelge 2.2: Basınçlı su deneylerinde uygulanan ve derinliğe bağlı olarak değişen basınç

değerleri ................................................................................................................. 9 Çizelge 2.3: Zemin ve kayaların geçirimliliğe göre sınıflandırılması......................................... 21 Çizelge 3.1: Genel enjeksiyon tipleri ........................................................................................ 23 Çizelge 3.2: Türk standartlarına göre portland çimentosunun özellikleri .................................. 26 Çizelge 3.3: Çok ince çimentonun (Alofix-MC) özellikleri ......................................................... 27 Çizelge 3.4: Yaygın bulunan kil minerallerinin özellikleri .......................................................... 28 Çizelge 3.5: Enjeksiyonda kullanılan standart kumun fiziksel özellikleri................................... 31 Çizelge 3.6: Enjeksiyonda kullanılacak kumun değerleri.......................................................... 32 Çizelge 3.7: Kullanım amaçlarına göre kumların elek analiz değerleri..................................... 32 Çizelge 3.8: Uçucu küllerin birleştirilmiş sınıflandırılması......................................................... 35 Çizelge 3.9: Bazı uçucu küllerin ortalama kimyasal bileşimleri ................................................ 36 Çizelge 3.10: Tanecikli enjeksiyon karışım oranları ................................................................. 40 Çizelge 3.11: Uçucu kül – çimento karışım oranları ve yaklaşık dayanımları........................... 41 Çizelge 3.12: Başlıca kimyasal enjeksiyonların uygulama alanları .......................................... 41 Çizelge 3.13: Silikat enjeksiyonların fiziksel özellikleri ............................................................. 42 Çizelge 3.14: Silikat konsantrasyonlarının viskoziteye göre değişimleri................................... 43 Çizelge 3.15: Çeşitli gereçlerin silikat enjeksiyonu uygulandıktan sonra tek eksenli basınç

dayanımları ......................................................................................................... 49 Çizelge 3.16: Sodyum silikat enjeksiyonları karışım oranları ................................................... 50 Çizelge 3.17: Epoksi reçinelerinin fiziksel özellikleri................................................................. 55 Çizelge 4.1: Avrupa Standart Komisyonu – CEN (1998)’e göre enjeksiyonların uygulama

ortamları ve türleri ................................................................................................ 60 Çizelge 4.2: Geçirimlilik değerlerine göre uygun enjeksiyon seçimi ......................................... 61 Çizelge 4.3: Enjeksiyonların basınç dayanım ve maliyet karşılaştırması ................................. 62 Çizelge 4.4: Yaklaşık zemin parametre değerleri ..................................................................... 63 Çizelge 4.5: Püskürtmeli enjeksiyon parametreleri................................................................... 74 Çizelge 4.6: Dondurulmuş zeminlerin basınç dayanımları ....................................................... 80 Çizelge 4.7:Çatlak açıklığına göre çimento türlerinin enjeksiyon uygulamaları........................ 91 Çizelge 4.8: Metal germe sistemleri ve bağlama tipleri ............................................................ 94 Çizelge 4.9: Zemin resistivitelerinin sınıflaması........................................................................ 95 Çizelge 4.10: Xanthakos (1991)’e göre zemin veya kaya ortamında bulunan su özelliklerinin

korozyona etkileri ................................................................................................ 95 Çizelge 4.11: Kumlu zeminlerde sıkılık sınıflandırması .......................................................... 103 Çizelge 4.12: Killi zeminlerde kıvamlılık sınıflandırması......................................................... 104 Çizelge 4.13: Epoksi enjeksiyonunun pompa titreşimleri üzerine etkisi ................................. 106 Çizelge 6.1: Baldenhead Barajı hidrolik kırılma deneyleri verileri........................................... 121 Çizelge 7.1: Enjeksiyon alışlarının sınıflaması ....................................................................... 130 Çizelge 7.2: Lugeon değerlerine göre perde enjeksiyonu başarı ölçütleri.............................. 143 Çizelge 7.3: Jeolojik birimlere göre perde enjeksiyonu katı madde alışları ............................ 143 Çizelge 8.1: Ankrajlarda çimento enjeksiyonun genel özellikleri ............................................ 146 Çizelge 8.2: Ankraj enjeksiyonun niteliklerini belirlemek için önerilen deneyler ..................... 147


H.ÖZKAN, 2006

ix

Çizelge 8.3: Deere (1982)’e göre bentonitin sedimantasyona etkisi....................................... 154 Çizelge 8.4: Çeşitli enjeksiyonların sıkışma dayanım değerleri .............................................. 161 Çizelge 8.5: Donmuş çeşitli çimentoların sıkışma ve bükülme dayanımları ........................... 162 Çizelge 8.6: Bazı kimyasal enjeksiyonların fiziksel özellikleri ................................................. 166 Çizelge 8.7: Başlıca enjeksiyon türlerinin özellikleri................................................................ 169 Çizelge 9.1: Pistonlu pompaların olumlu ve olumsuz yönleri .................................................. 176 Çizelge 9.2: Helezonik rotorlu pompaların olumlu ve olumsuz yönleri.................................... 176 Çizelge 9.3: Bimbar marka tıkaçların yüksek şişirilme basınçları ........................................... 180 Çizelge 10.1: Zemin sondaj logu örneği.................................................................................. 187 Çizelge 10.2: Kaya sondaj logu örneği ................................................................................... 188 Çizelge 10.3: Basınçlı su deneyi raporu örneği ...................................................................... 189 Çizelge 10.4: Günlük enjeksiyon raporu örneği ...................................................................... 190 Çizelge 10.5: Delgi raporu örneği ........................................................................................... 191 Çizelge 10.6: Basınçlı su deneyi raporu örneği ...................................................................... 191


H.ÖZKAN,2006

x

SİMGELER DİZİNİ

γ : Özgül ağırlık ρ : Zemin resistivitesi α : Enjeksiyon delgisinin düşeyle yaptığı açı φ : İçsel sürtünme açısı τ : Kesme gerilmesi υ, g : Çimento enjeksiyonu karışımının yoğunluğu υ, v0 : Suyun dinamik viskozitesi σ’ : Normal gerilme σ’

1 : Büyük asal gerilme σ’

3 : Küçük asal gerilme γe : Enjeksiyon şerbetinin birim ağırlığı νe : Enjeksiyon şerbetinin kinematik viskozitesi µm : Mikrometre ηs : Enjeksiyon çalışmasında kullanılan suyun dinamik viskozitesi νs : Suyun kinematik viskozitesi γs, γw : Suyun birim ağırlığı A : Alan atm : Atmosfer (basınç) b, c : Çatlak açıklığı / genişliği c : Enjeksiyon delgisi derinliğinin belirlenmesinde kullanılan katsayı C, c’ : Kohezyon CBR : Kaliforniya taşıma oranı cm : Santimetre cP : Santipoise Cs : Suya doygun tabakanın hidrolik iletkenlik katsayısı Cu : Suya doymamış tabakanın hidrolik iletkenlik katsayısı d, do : Depolanmış gerecin çapı D10 : Efektif tane boyutu D60 : Elekten % 60 geçen tane boyutu D95 : Elekten % 95 geçen tane boyutu dBA : Desibel DÇB : Tıkaçlarda delik çapına kadar lastiğin şişirilmesi için gerekli basınç de, dp : Enjeksiyon gerecindeki en büyük tane çapı di : Buzun yoğunluğu dk : Dakika dm : Desimetre Dmax : En büyük tane boyutu ds : Zemin taneciklerinin yoğunluğu dw : Zemindeki suyun yoğunluğu f : Sürtünme kuvveti ft : Ayak g : Yerçekimi ivmesi g : Gram GK : Tıkaçlarda güvenlik katsayısı h : Derinlik H, h : Yükseklik h’ : Enjeksiyon deliği derinliği


H.ÖZKAN, 2006

xi

hL : Yük kaybı HP : Beygir gücü in : Parmak K, k : permeabilite (hidrolik iletkenlik) katsayısı kg : Kilogram kgf : Kilogram kuvvet kN : Kilonewton kPa : Kilopaskal ks : Su akışına göre zeminin permeabilite katsayısı l : Litre L, A, e : Kademe boyu lb : Libre lbf : Libre kuvvet Li : Buzun gizil ısısı M : Zemin dondurma işleminde ısısı alınan zemin kütlesi, m : Metre MEB : En yüksek enjeksiyon basıncı MGB : Tıkaçlarda şişirme için minimum gaz basıncı ml : Mililitre mm : Milimetre MN : Meganewton MPa : Megapaskal n : Porozite N : Metredeki çatlak sayısı N : Newton N, ηe, η : Enjeksiyon şerbetinin dinamik viskozitesi oC : Santigrad oF : Fahrenheit oK : Kelvin ÖGB : Tıkaçlarda önerilen lastik şişirme gaz basıncı P, p : Basınç Pc : Borulardaki sürtünme (yük) kayıpları PÇ : Portland çimentosu Pe : Gerçek - Ektin (Efektif) Basınç pH : Hidrojen-iyon aktivitesi Pm : Manometreden okunan basınç psi : Psi (basınç birimi) PT : Enjeksiyon basıncı Q : Zemin dondurma işleminde zeminden alınan ısı Q, q : Akım, debi R : Katılaşma zamanında etki yarı çapı R : Çökelim oranı R, r : Enjeksiyon yayılım etki (nüfuz etme) yarı çapı r, r0 : Enjeksiyon borusu yarı çapı re : Efektif yarı çap S : Doygun bölge kalınlığı s : Saniye S, Sr : Özgül yüzey SB : Tıkacı kuyuya sabitleme basıncı


H.ÖZKAN,2006

xii

Si : Buzun özgül ısısı SPT : Standart penetrasyon deneyi Ss : Zemindeki taneciklerin özgül ısısı Sw : Zemindeki suyun özgül ısısı T, t : Zaman t1, t2 : Zemin dondurma işleminde zeminin ilk ve son ısısı tonf : Ton kuvvet Tu : Y.A.S. seviyesinden, kuyudaki su seviyesine kadar olan uzaklık U : Doygun olmayan bölgenin kalınlığı Uc : Uniformluk katsayısı V : Hacim V, ν : Akımın hızı W, w, GS : Enjeksiyon şerbetinin özgül ağırlığı X : Doygun olmayan bölge yüzdesi yd : Yarda YPB : Yüzeyde (pompa) enjeksiyon basıncı


H.ÖZKAN, 2006

1

BÖLÜM 1

1. GİRİŞ

Enjeksiyon; çimento, harç, bentonit veya çeşitli organik - inorganik kimyasal maddelerin kaya kütlesindeki süreksizliklere ve/veya zemin boşluklarına basınç altında doldurulmasıdır. Kullanım amacına bağlı olarak,

• Boşluk,

• Sağlamlaştırma (Konsolidasyon) ve

• Geçirimsizlik

olmak üzere genel anlamda bu üç enjeksiyon işlemi, kayada ve zeminde çeşitli tekniklerle açılan deliklerden yapılmaktadır. Birçok büyük ve küçük yapının oturacağı temel zemininin iyileştirilmesini uygun yapmak, en önemli sorunlardan biridir. Aşırı yüklerin geleceği ve yeraltısuyunu tutacak olan temel, doğal durumuyla yetersiz ise, bulunan eksiklikler düzeltilip kayayı ve/veya zemini iyileştirmek olasıdır. Temelde bulunan ve erişilemeyen boşluk ve çatlaklara, su+çimento veya diğer kimyasal malzeme karışımları, belirli bir basınç altında enjekte edilerek;

• Temelin taşıma gücü artırılır,

• Sızmalar ya tamamen önlenir ya da en az düzeye indirilir,

• Hidrostatik kaldırma basınçları önlenmiş olur.

Enjeksiyon uygulamalarında hazırlanacak çimento enjeksiyonu karışımının;

• Enjekte edildiği ortama kolay yayılım göstermesi (karışım taneciklerinin ince olması),

• Karışımın katılaşma (priz) zamanlarının kolaylıkla kontrol edilebilmesi,

• Dayanımlarının yüksek olması,

• Düşük hidratasyon ısısına sahip olması,

• Karışımdan sonra segregasyon olmaması,

• Karışım hazırlama zamanının az olması,

• Enjeksiyon karışımının maliyetinin düşük olması ve

• Sağlık koşullarını olumsuz yönde etkilememesi gereklidir.

Enjeksiyonun yapıldığı alanlara göre geliştirilmiş enjeksiyon tipleri ve seçimi ile enjeksiyon yöntemlerinin uygulanmasına karar verebilmek için konunun ayrıntılı olarak irdelenmesi ve amacına uygun enjeksiyon yapılması daha ekonomik olacak ve daha güvenilir sonuçlar verecektir.


H.ÖZKAN,2006

2

Bu kitapta yüzey ve yeraltı inşaat yapılarında enjeksiyon uygulamalarının tanıtılması amaçlanmıştır. Enjeksiyon gereçleri ile kullanılan donanımlar hakkında bilgi verilmiş ve enjeksiyonun tünel gibi yeraltı açıklıklarında ve yüzeydeki inşaat yapılarında kullanılması şekiller aracılığıyla anlatılmıştır.

1.1. Enjeksiyon Uygulamasının Tarihsel Gelişimi

Savak onarımı için kil ve akışkan kirecin Fransa'da 1802 yılında Charles Brigny tarafından pompa yardımıyla enjeksiyonu, ilk enjeksiyon uygulaması olarak kabul edilmektedir. Fransa'da 19. yüzyıl boyunca hidrolik yapı çalışmalarında ve diğer önemli yapılarda bu uygulama devam ettirilmiştir. 1856 yılında İngiltere'de Kinippe tarafından çimento enjeksiyonu yapılmış ve uygulama otoyol tünellerinin çevresindeki boşlukların doldurulması için 1864 yılından beri kullanılmıştır (Lenzini ve Bruss, 1975).

Sodyum silikat çözeltisinin zeminlerin enjeksiyon çalışmalarında kullanımına ait patenti Jeziorsky'nin almasıyla kimyasal enjeksiyon uygulamaları 1887 yılında başlamıştır. Belçikalı mühendis Albert Francois 1914 yılında, çimento enjeksiyonundan önce, silikatizasyon adı verilen ve sodyum silikat ve alüminyum sülfat çözeltilerini içeren yöntemi kullanmıştır. Bu teknik, zor yeraltısuyu koşulları altındaki geniş maden şaftlarında kullanılmıştır. 1934 yılında Charles Langer, sodyum silikat ve metalik tuzların jel haline geçmesi için katılaşma zamanlarının kontrolünde kullanılan tek çözelti (one - solution) yöntemini geliştirmiştir. 1950'lerde etil asetat yardımıyla silikatın jel (pelte) haline getirilmesi sağlanmıştır. Bunun yanında diğer kimyacılar silikat çözeltisinin pH değerlerini değiştirerek hem jel haline geçme zamanlarını kontrol edebilmişler hem de dayanımı yüksek silikat jelleri elde etmişlerdir. 1940 yılı başlarında silikatsiz tek çözelti yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemle lignokromlar (lignosülfit, lignosülfanat gibi) çözeltisinin içine bikromat karıştırılmasıyla jel haline dönüştürülmüştür.

1950'lerde polimer bilimindeki hızlı gelişmeler, zeminin doygunlaştırılması için kimyasal polimer sistemleri uygulamasının üzerine dikkatleri çekmiştir. Kimyasal akralit ince taneli kumların ve siltlerin enjeksiyonunda kullanılmıştır. Çünkü, bu kimyasal çözelti düşük viskositeli ve geniş katılaşma zaman aralığında kontrol edilmektedir (Lenzini ve Bruss, 1975).


H.ÖZKAN, 2006

3

BÖLÜM 2

2. ENJEKSİYON ÖNCESİ YAPILAN ARAŞTIRMALAR

Temel hazırlanması sırasında olumsuz özellik taşıyan yüzeye yakın sığ derinliklerdeki kısımlar sıyırma gibi işlemlerle kaldırılarak, temel olumsuz etkilerden korunabilir. Ancak daha derinlerde bulunan sağlam olmayan ve/veya su sızdıran kaya ve zeminlerin iyileştirilmesine gerek vardır. Ne tür bir iyileştirme yapılması ve bu iyileştirmenin yolları, o alanda yapılacak jeolojik ve jeoteknik araştırmalar sonucunda belirlenir.

2.1. Jeolojik - Jeoteknik Araştırmalar

Yapıların jeoteknik araştırmalarının değerlendirilmesi sonucunda elde edilen veriler, enjeksiyon öncesi çalışmaların başlangıcıdır. Yüzeyde ve onun altında yer alan kayalar ile zeminler, stratigrafik ve yapısal özellikler (faylanma, eklemlenme, tabaka eğim-doğrultuları), yaş ilişkileri, kökenleri (sedimanter, volkanik, matemorfik kayalar) litolojileri ile bunların fiziksel - mekanik özelliklerini (RQD, porozite, bozunma - ayrışma dereceleri, erime boşlukları-kanalları, zeminin elek analizleri, petrografik analizler v.b.) içeren bilgilere göre sınıflandırılırlar, amaca uygun ölçeklerde haritalanır ve jeolojik kesitler hazırlanır. Ayrıca yeraltısuyu örnekleri alınarak kimyasal analizleri yaptırılır. Bu çalışmalar, aynı alanda veya söz konusu alanı da kapsayan önceki çalışmaların büro çalışmaları sırasında derlenmesi ile arazide yapılacak jeolojik – jeofizik çalışmalarla bütünlenir. Derinlere inen temellerin, yapıların araştırılmasında temel araştırma delgilerinden ve araştırma galerilerinden yararlanılır.

Yapı yerlerinin araştırılmasında en sık başvurulan sistem, buralarda uygun dizgide temel araştırma sondajları açmaktır. Bu sondajlardan elde edilen karotlar yardımıyla, derinlerde yer alan kayaların, ayrışma dereceleri, çatlak sıklıkları, tabaka kalınlıkları, RQD sınıflaması, geçirimlilik değerleri, zemin sondajlarında SPT ile yaklaşık taşıma gücü gibi bilgilere ulaşılabilir. Yapı yerleri temellerinde, yukarıda belirtilen işlemlerden sonra eğer temel kayasında veya zemininde iyileştirme gerekli ise (taşıma gücü ve/veya geçirimlilik konusunda) uygun iyileştirme yöntemi belirlenir.

Bu bölümde enjeksiyon yapılma amaçlarına yönelik olarak jeolojik ve jeoteknik araştırmalardan geçirimlilik değerlerinin belirlenmesi ve zemin araştırılması konularına değinilmiştir.

2.1.1. Yapı Yerlerinde Zemin Araştırmaları

Temel mühendisliği uygulamalarında; kaya – zemin mekaniği, mühendislik jeolojisi gibi jeotekniğin alt dallarından yararlanılır. Temel zeminin özelliklerine bağlı olarak yapının güvenliği, zeminin taşıma gücü (makaslama yenilmesi) ve oturma gibi iki etken ile denetlenir. Ayrıca dinamik koşullar (deprem vb) da dikkate alınması gereken diğer etkendir (Ulusay, 2001). Bu etkenlere bağlı olarak temel tipi ve boyutları ortaya çıkmaktadır (Şekil2.1). Zayıf diye nitelendirilebilecek bir zeminde enjeksiyon gibi yöntemlerle zeminin taşıma gücünün artırılarak, daha ekonomik temel tipi ve boyutları seçilebilir. Geçirimlilik sorunu olan bir zeminde zaten enjeksiyon uygulaması yapılacağından, bu uygulama aynı zamanda taşıma gücünün artırılmasına yönelik olacaktır. Çizelge 2.1’de zemin ve kayaların jeomekanik özellikleri ile yapılan deneyler verilmiştir.


H.ÖZKAN,2006

4

Şekil 2.1: Zemin araştırması akış şeması (Ulusay, 2001’den uyarlanmıştır)

2.1.2. Geçirimlilik Değerinin Belirlenmesi

Enjeksiyon yapılacak zemin veya kaya ortamında jeolojik birimlerin geçirimlilik değerlerinin bilinmesi, enjeksiyon tipi seçimi, enjeksiyon karışımının miktarının belirlenmesi, enjeksiyon delgi boylarının ve paterninin şekillendirilmesi açısından önemlidir.

Enjeksiyon uygulamalarında permeabilite (hidrolik iletkenlik) genel ve dar anlamda kayaların veya zeminin sıvı – gazları (akışkanları) iletme özelliği olarak tanımlanabilir. Gözenekli ve geçirgen (poroz) ortamlarda permeabilite, Darcy Kanunu ile açıklanır (Todd,1959). Darcy Kanunu’nun açıklanabilmesi için Şekil 2.2’de deney düzeneği verilmiştir.

ZEMİN ARAŞTIRMALARI

Önceki çalışmalardaki verilerin

değerlendirilmesi

Arazi çalışmaları ve yerinde (in-situ)

deneylerin yapılması

Örnekler üzerinde laboratuvarda

deneylerin yapılması

Hesaplamalar

Zemin veya kayacın mühendislik özelliklerinin

değerlendirilmesi

Enjeksiyonla zemin veya kayacın iyileştirilmesi

Yapının boyutlandırılması


H.ÖZKAN, 2006

5

Çizelge 2.1: Zemin ve kayaların jeomekanik özellikleri, yapılan deneyler ve uygulama yerleri (Ulusay, 2001’den birleştirilerek alınmıştır)

LABORATUVAR

DENEYLERİ

ARAZİ (IN-SITU)

DENEYLERİ KAYA VE ZEMİN ÖZELLİKLERİ UYGULAMA YERLERİ

KAYA ZEMİN KAYA ZEMİN

a ) TEMEL ÖZELLİKLER (KARŞILAŞTIRMA / SINIFLAMA İÇİN KULLANILIR)

Özgül ağırlık Gereç tanımı ve boşluk oranı hesabı için X X Porozite Özelliklerin karşılaştırılması X X Boşluk oranı Özelliklerin karşılaştırılması X

Nem içeriği Doğal durumda gerecin karşılaştırılması, Kuru ve doygun yoğunluğun hesaplanması, Atterberg limitlerinin belirlenmesi

X X X X

Yoğunluk (Birim hacim ağırlık) : X X X X Doğal X X Doygun X Kuru X Bağıl

Gerecin ve özelliklerinin karşılaştırılması, Mühendislik çözümlemeleri

X X Sertlik Gerecin karşılaştırılmasında X Dayanıklılık Yapı ve agrega gereçlerinin kalitesinin

değerlendirilmesi X

Reaktivite Çimento ve agrega arasındaki etkileşimin araştırılması X X

Sonik dalga özellikleri Dinamik özelliklerin hesaplanması X X X X b ) İNDEKS ÖZELLİKLER (KARŞILAŞTIRMA / SINIFLAMA İÇİN KULLANILIR)

Tane boyu dağılımı Gerecin sınıflandırılması, Özelliklerinin karşılaştırılması X

Likit limit Plastisite indeksinin hesaplanması, Gereç özelliklerinin karşılaştırılması X

Plastik limit Plastisite indeksinin hesaplanması, Arazide gerecin belirlenmesi X

Büzülme limiti Gerecin karşılaştırılması X Organik madde içeriği Gerecin sınıflandırılması X Tek eksenli sıkışma dayanımı Karşılaştırma için X Nokta yükü dayanım indeksi Tek eksenli sıkışma dayanımı ile karşılaştırma

için X

Disk makaslama indeksi Tek eksenli sıkışma dayanımı ile karşılaştırma için X

c ) MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ (ÖLÇÜMLER YAPILARAK BULUNUR)

Geçirimlilik Zemin veya kaya ortamın permeabilite değeri X X X X Deformasyon modülü (Statik veya Dinamik) X X X X

Konsolidasyon Killi zeminlerde sıkışmaya karşı zaman ilişkisi X X Genişleme X X X X Uzama birim deformasyon X X Tek eksenli dayanım Karşılaştırma için X X Üç eksenli statik dayanım Drenajlı ve drenajsız doruk dayanım X X X X Üç eksenli dinamik dayanım Drenajlı ve drenajsız doruk dayanım X Kaliforniya taşıma oranı (CBR) dayanımı Yol kaplaması tasarımı için X X


H.ÖZKAN,2006

6

Şekil 2.2: Kum sütunundan geçen akımdaki yük kayıpları ve basınç dağılımı (Todd,1959)

Şekil 2.2’de verilen düzenekteki toplam enerji yükleri “Bernouilli Eşitliği” ile verilebilir.

LhHg

VPHg

VP+++=++ 2

22

1

21

22 γγ

Burada ; P1, P2 = basınç,

γ = Suyun özgül ağırlığı,

V = Akımın hızı,

g = Yerçekimi ivmesi,

H = Yükseklik,

hL = Yük kaybıdır.

Eşitlikten toplam yük kayıpları ise;

+−

+= 2

21

1 HPHPhL γγ şeklinde olur.

H2

Q (akım)

H1

Referans Düzlemi

hL

P1/γ

L P2 / γ

V (hız)

ALAN (A)

Q (akım)

Kum Sütunu


H.ÖZKAN, 2006

7

Darcy’nin ölçümleri akım (Q) ile yük kaybının (hL) doğru orantılı, yük kaybının meydana geldiği uzaklık (L) ile ters orantılı olduğunu göstermiştir (Todd,1959).

Q ∼ hL ve Q ∼ 1/L ise;

K sabiti ile eşitlik ;

⋅⋅=

LhAKQ L halini alır. Darcy Kanunu genel olarak

⋅⋅=

dLdhAKQ

eşitliği ile tanımlanır. Burada (K) katsayısı standart permeabilite (hidrolik iletkenlik) katsayısı ve (A) alandır. (dh/dL) oranı ise hidrolik eğimi vermektedir. Bu durumda standart (laboratuvar ortamında) permeabilite (hidrolik iletkenlik) katsayısı;

( )

⋅

=dLdhA

QK/

olacaktır (Todd,1959).

Standart permeabilite katsayısının tanımı, 60oF sıcaklıkta, 1ft/ft hidrolik eğim altında, 1 ft2’lik alandan 1 günde 1 galon suyun geçmesi olarak tanımlanır. Metrik sistemde tanımı, 15oC ısı altında 1m/m hidrolik eğim altında, 1m2’lik alandan, 1günde, 1m3 suyun geçmesi olarak düzenlenebilir. Bu tanıma göre birimi m/gün olacaktır ki bu aynı zamanda suyun, o ortamdaki hızını vermektedir. Darcy Kanunun geçerliliğinin, poroz ortamlarda ve laminer (düzenli) akımlarda olduğu unutulmamalıdır.

Doğal ortamlar, laboratuvar koşullarında kesin ve tam olarak oluşturulamaz. Bu durumda doğal ortamda, yerinde yapılacak deneylerle elde edilecek veriler daha sağlıklı ve daha gerçekçi olacaktır. Yerinde (in-situ) yapılan deneyler sonucunda elde edilen permeabilite değerlerine göre kaya ve zemin ortamların geçirimliliği hakkında bilgi edinilebilir.

Jeoteknik açıdan, basınçlı su deneylerinin amaçları şu şekilde özetlenebilir:

• Yapı hizmete girdikten sonra, zeminde olabilecek kaçakların belirlenmesi ve bununla ilgili olarak, tahmin edilen kaçağın önemine göre, araştırılması ve azaltma olanaklarının incelenmesi

• Kaya veya zemin ortamda oluşturulacak bir enjeksiyon perdesinin, enjeksiyon işleminden önceki geçirimliliği konusunda bilgi sağlanması,

• Enjeksiyon işleminden sonra kontrol kuyularında yapılan deneydeki su alışlarının değerlendirilmesi ile enjeksiyonda kullanılan karışımın uygun olup olmadığı, karışımdaki çimento taneciklerinin boyut yönünden uygun olup olmadığının belirlenmesi

• Enjeksiyon işleminden sonra enjeksiyon delik aralıklarının daraltılmasının veya artırılmasının yanı sıra delik boylarının uzatılmasının veya kısaltılmasının denetlenmesi

Permeabilitenin yerinde (in-situ) belirlenmesi için izlenecek olan yöntemlerin seçimi,

• Deneyin yapılma amacına,

• İncelenen zeminin fiziksel özelliklerine,

• Zaman – maliyet (ekonomi) ilişkisine ve

• Elde bulunan araç – gereç olanaklarına bağlıdır (Albayrak, 1975).


H.ÖZKAN,2006

8

Arazide permeabilite deneyleri,

1 – Su basma deneyleri

2 – Su çekme deneyleri şeklinde sınıflandırılır.

Su çekme deneyleri ekip – ekipman fazlalığı, deney zamanın uzunluğu ve maliyet açısından su basma deney tekniklerine göre daha az kullanım alanı bulmaktadır. Enjeksiyon uygulamalarında zaman ve maliyet açısından genelde basınçlı su basma teknikleri kullanılmaktadır.

Bu bölümde, yukarıdaki bilgiler ışığında dünya genelinde kabul görmüş ve geniş uygulama alanları bulan su basma deneylerine değinilecektir.

2.1.2.1 Su Basma Deneyleri

2.1.2.1.1. Basınçlı Su Deneyleri

Basınçlı su deneyleri bir veya iki lastikli tıkaç (paker) kullanılarak yapılmaktadır (bkz. Bölüm 9)

• Tek Lastikli Basınçlı Su Deneyi

Bu yöntem daha çok pekişmemiş, zayıf, çok parçalı birimlerde uygulanır. Öncelikle seçilen kademe boyu kadar delgi işlemi yapılır. Lastikli boru yerleştirilerek belirlenen basınç altında kuyuya su enjekte edilir. Gerekli ölçümler alındıktan sonra lastikli boru geriye çekilerek, olası yıkıntı veya çökme olan yerler çimentolanarak ikinci kademe için tekrar delgi işlemi yapılır. Aynı işlemler kuyu sonuna kadar devam ettirilerek her kademedeki su kayıpları kaydedilir.

• Çift Lastikli Basınçlı Su Deneyi

Bu yöntem duraylılığı yüksek, çimentolama gerektirmeyen, kuyuda yıkıntılara neden olmayacak pekişmiş birimlerde ve sağlam kayalarda uygulanır. Kuyu tam derinliğine kadar delindikten sonra iki lastik arası kademe boyu olacak şekilde ve bu aralıkta delikli boru bulunacak şekilde su enjeksiyonu için boru indirilir. Deney kuyu tabanından başlamak üzere kademe kuyu ağzına kadar sürer. Her kademedeki su kayıpları kaydedilerek hesaplamalara geçilir.

• Deney koşulların sağlanması

Öncelikle deneyde kullanılacak olan suyun görünüm itibarıyla berrak ve silt içermemesi gerekmektedir. Bunun yanında, suyun içinde çözünmüş havanın, zemin ve kaya boşluklarını doldurması ile kuyuya aşırı türbülanslı akım gelmesi, deney sonuçları üzerinde önemli hatalara neden olabilir. Deney sırasında kullanılan suyun sıcaklığının, yeraltısuyu suyu sıcaklığından daha fazla olması, hava kabarcıklarına neden olur. Bu kabarcıklar boşlukları doldurarak hatalı ölçümlere neden olabilir.

Deney delik çapının 31/2 inçi (yaklaşık 9 cm) geçmemesi istenilen durum olmasına karşın, uygun ekipman olması halinde daha geniş çaplı deliklerde deney yapılabilir (USDI,1981). Bu deneylerde kuyunun pozisyonu dikey olabileceği gibi, yatay veya açılı da olabilir. Deneyde kullanılan tıkaç lastiklerden, kullanım kolaylığı ve ekonomik açıdan hava ve/veya su ile şişirilebilen cinste olanı seçilmektedir.


H.ÖZKAN, 2006

9

Suyun kuyuya basınçla verilmesini sağlayan delikli borunun çapı 1 inç (2.54 cm) ve boyu seçilen deney kademesi boyu kadar olmalıdır. Bu deliklerin toplam alanı, aynı borunun kesit alanının iki katından büyük olmamalıdır. İstenilen basınçda suyun kuyuya gönderilmesi için basınç ayar vanası ve avare vanası kullanılır.

Genelde kademe boyu 2 m olarak seçilmesine rağmen, bazı özel durumlarda, jeolojik yapıya bağlı olarak, kademe boyu 5 m' ye kadar çıkartılabilir. Zayıf ve çöküntü yapabilen birimlerde açılan kuyularda, kademe boyunu büyük almak pratik olmaz.

Kuyuya basınçla verilen suyun jeolojik birim tarafından alınan miktarına "su kaybı – su kaçağı" denir. Bu kayıp, ya su saatiyle yada disk şeklindeki yazıcı tip ölçü aletiyle ölçülmektedir. Her deney kademesinde zeminin veya kayanın fiziksel özelliklerine bağlı olarak 1, 2 veya 3 atm’den başlayarak, genellikle 2 atm’lik artışlarla kuyu kademe derinliğine bağlı olarak 10 atm'e kadar basınçlı su verilir. Buna göre basınç artıştarı, 2-4-6-8-10, 1-3-5-7-9 veya 3-5-7-9 olabilir. Bazı durumlarda basınçlardaki artış 3’er atmosfer olabilir. Lugeon basınçlı su deneyleri sırasında uygulanan her basınç değeri için kuyuya basılan su miktarı 5’er dakikadan en az 10 dakika boyunca iki kez okunur. Su alışının çok az olduğu bazı durumlarda basınç miktarı artırılabilir veya ölçüm zamanı artırılabilir.

Basıncın aşırı artırılmasında kuyu dışına doğru tehlikeli bir biçimde patlama olabileceği gibi kuyuda yıkıntılara da neden olması, basınçlı su deneylerinde dikkat edilmesi gereken önemli bir konudur.

Zayıf ve çöküntü yapabilen kaya birimlerde ilerlemeye paralel olarak, her 1 - 5 metrede bir derinliğe göre değişen basınçlarda yukarıdan aşağıya doğru tek lastikli basınçlı su deneyleri yapılır. Homojen ve yıkıntı yapmayan kaya birimlerde ise kuyu tamamlandıktan sonra derinliğe göre değişen basınçlarda çift lastikli basınçlı su deneyleri yapılır. Tıkaç (paker) lastiğin sıkıldığı kısımda kuyu cidarı genişleme yapmış ve lastik tutmazsa, deney takımları her keresinde 25 – 30 cm yukarı alınarak sağlam bir kısım bulunarak tutturulur. Böylece basınçlı su deneyi yapılmamış ve kayıpları belirlenmemiş hiçbir ara bırakılmamış olur. Örnek olması açısından Çizelge 2.2’de, 2 atm ile başlayan ve 2 atm’lik artışlarla derinliğe bağlı olarak basınç değerleri verilmiştir.

Çizelge 2.2: Basınçlı su deneylerinde uygulanan ve derinliğe bağlı olarak değişen basınç değerleri

Uygulanacak Basınç (atm.) Kuyu Derinliği Geri Dönüşsüz Geri Dönüşümlü

0.00 – 4.00 m arası 2 2 4.00 – 10.00 m arası 2 – 4 2 – 4 – 2 10.00 – 20.00 m arası 2 – 4 – 6 2 – 4 – 6 – 4 – 2 20.00 – 30.00 m arası 2 – 4 – 6 – 8 2 – 4 – 6 – 8 – 6 – 4 – 2 30.00 – 40.00 m arası 2 – 4 – 6 – 8 – 10 2 – 4 – 6 – 8 – 10 – 8 – 6 – 4 – 2 40.00 m’den sonrası 2 – 4 – 6 – 8 – 10 2 – 4 – 6 – 8 – 10 – 8 – 6 – 4 – 2

Basınçlı su deneylerinde zaman ve maliyet açısından genelde geri dönüşümsüz basınçlar uygulanır. Ancak su basılan kademelerdeki çatlak – kırıkların özelliklerinin belirlenmesi açısından geri dönüşümlü basınçların uygulanması daha doğru olduğu gibi daha duyarlı deney sonuçları elde edilir.


H.ÖZKAN,2006

10

• Basınçlı Su Basma Deneyi

Daha önce değinildiği gibi bu sistemde, kayacın fiziksel özelliklerine göre tek lastikli (yıkıntı yapma olasılığı bulunan kayalarda) veya çift lastikli (sağlam kayalarda) tıkaç – paker yöntemi uygulanmaktadır (Şekil 2.3). Kayacın suya doygun olup olmamasına (yeraltısuyu düzeyi altında veya üstünde olduğuna) bakılarak, deney sonuçları üç ayrı bölgede incelenir. (USDI,1981).

Şekil 2.3: Tek ve çift lastikli basınçlı su basma deneyi (USDI,1981)

II. YÖNTEM

( ) ( )AHTrCQKus −+⋅⋅

=2

I. YÖNTEM

( ) HrCQK

s ⋅⋅+=

4

ÇİFT LASTİKLİ BASINÇLI SU DENEYİ (II. YÖNTEM)

TEK LASTİKLİ BASINÇLI SU DENEYİ (I. YÖNTEM)

h2 h2 Basınç Ayar Vanası

YÜZEY

2. BÖLGE

Yeraltısuyu Düzeyi

3. BÖLGE

Geçirimsiz Bölge Tavanı

1. BÖLGE

1. Bölge Tabanı

h1

h1

A

D

2r 2r

A

D

S

U

I. YÖNTEM

( ) ( )AHTrCQK

us −+⋅⋅+=

42

HrCQK

u ⋅⋅=

II. YÖNTEM

( )HrCQK

s ⋅⋅=

K = Hidrolik iletkenlik (m/s) Q = Kuyuya verilen su miktarı (m3/s) H = h1 + h2 - L : efektif yük (m) h1 = Tek lastikli deneyde basınç ayar vanasından kuyu tabanına kadar olan uzaklık, çift lastikli deneyde basınç ayar vanasından alt lastiğe kadar olan uzaklık (m) h2 = Basınç ayar vanasından uygulanan basınç (atm) (10.33 ile çarpılarak metreye çevrilecek) L = Borudaki sürtünmeden dolayı oluşan yük kaybı (m) X = Doygun olmayan bölge yüzdesi (%) A = Deney kademe uzunluğu (m) r = Kuyu yan çapı (m ) Cu = Suya doymamış tabakanın hidrolik iletkenlik katsayısı Cs = Suya doygun tabakanın hidrolik iletkenlik katsayısı U = Doygun olmayan bölgenin kalınlığı (m) S= Doygun bölge kalınlığı (m) Tu = U - D + H : Y.A.S. seviyesinden, kuyudaki su seviyesine kadar olan uzakl ık (m) D = Deney kademe alt noktasından, yüzeye kadar olan uzaklık (m)


H.ÖZKAN, 2006

11

Uygulama :

Şekil 2.3’den görüleceği gibi deney kademeleri üç ayrı bölgede olabilmektedir. Hesaplamalar bu üç bölge dikkate alınarak yapılmaktadır. Deney yapılan bölgenin 3. bölgede olup olmadığını belirten durum, yeraltısuyu düzeyi olmasına karşın, 1. veya 2. bölge için sınır koşulunu Şekil 2.4‘de verilen grafik belirlemektedir.

Şekil 2.4: Doygun olmayan birim için kullanılan 1. Bölge Sınırı (USDI,1981)

Yukarıdaki veriler elde edildikten sonra ;

H = h2+ h2 – L

eşitliğinden efektif (gerçek) yük değeri, metre cinsinden bulunur. (L) burada borulardaki sürtünme kayıpları toplamıdır. Sayısal değeri diğer yüklere göre çok küçük olduğu için ihmal edilebilir.

Tu = U – D + H

eşitliğinden kuyudaki su yüzeyinden yeraltısuyu düzeyine kadar uzaklık belirlenir.

X = ( H / Tu ). 100

eşitliğinden doygun olmayan birim yüzdesi ve ( Tu / A ) oranından elde edilen bağımsız değer yardımıyla Şekil 2.4’den deney kademesinin hangi bölgede yer aldığı belirlenerek Şekil 2.3’den uygun eşitlik seçilir ve (K) permeabilite katsayısı hesaplanır.

0 5 10 50 1000

Tu / A Oranı 100 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 (X) -

Doy

gun

olm

ayan

taba

kanı

n yü

zdes

i (%

)

I. BÖLGE

II. BÖLGE

I. BÖLGE SINIRI


H.ÖZKAN,2006

12

Eşitliklerden görüleceği üzere (Cs) ve (Cu) olarak belirtilen doygun ve doygun olmayan birimlere ait hidrolik iletkenlik katsayılarının bilinmesi gereklidir. Bu katsayılar aşağıda verilen eşitlikler kullanılarak hesap yoluyla;

( )

⋅

⋅

−⋅⋅⋅=

−

HA

rAHr

AHACu1

2

sinh

22

rAr

ACs

ln

2

⋅

⋅⋅=

π ve

a. Doygun olmayan birim için, (A/H) oranı ile (H/r) oranını kullanarak Şekil 2.5'den (Cu),

b. Doygun birim için, (A/r) oranını kullanarak Şekil 2.6'dan (Cs) belirlenir.

Her 5 dakikada ölçülen su kayıpları, sonuçta toplam su kaybı olarak belirlendiğinden toplam su kaybının, o kademedeki toplam deney süresine bölünerek birim zamandaki su kaybını bulmak gereklidir. Bu değerler Şekil 2.4'de gösterilen uygun bölgelere ait eşitliklerde yerine konularak hidrolik iletkenlik m/s cinsinden bulunur.

Şekil 2.5: Doygun olmayan birimler için hidrolik iletkenlik katsayısı abağı (USDI,1981)

1000

500

1

Cu

10

5

100

50

10 5 1000 500 100 50

(H / r) veya (H / re) Oranları

1

A / H = 0.50

A / H = 0.40

A / H = 0.30

A / H = 0.20

A / H = 0.10

A / H = 1.00

A / H = 0.90

A / H = 0.75

A / H = 0.60


H.ÖZKAN, 2006

13

Şekil 2.6: Doygun olan birimler için hidrolik iletkenlik katsayısı abağı (USDI,1981)

• Lugeon Basınçlı Su Deneyi

Lugeon (lüjyon) deneyi çatlaklı, kırıklı, tabakalı kaya ortamlarında yapılan basınçlı su deneylerinin değerlendirilmesinde en çok kullanılan yöntemdir.

Lugeon tanım olarak, 10 atmosfer (yaklaşık 10 kg/cm2) basınç altında 1 dakikada, 1 metrelik deney uzunluğuna (1 metrelik kademeye) 1 litre su basılmasıdır.

Deneyi ilk olarak uygulayarak adını veren “Marucie Lugeon”un kaya porozitesi katsayısı dediği bu katsayıya lugeon birimi denilmesi alışkanlık olmuştur. Lugeon deneyleri 1-5 m arasında değişen kalınlıklarda zonlara (kademelere) uygulanır.

Yüksekliği 30 m’yi geçen barajlarda, 10 kg/cm2 basınç altında, 10 dakikada kaya tarafından emilerek içine çekilen su miktarı her metrede 1l/dk’yı geçmemelidir. Yüksekliği 30 m’yi geçmeyen barajlarda ise, 10 kg/cm2 basınç altında, 10 dakikada kaya tarafından emilerek içine çekilen su miktarı metrede 3 litre/dakika civarında olursa geçirimsizlik açısından başarılı olunmuş sayılır (Albayrak,1975).

Lugeon deneylerinde uygulanacak efektif (gerçek) basınç, manometre basıncı ile statik yükün toplamından, boru – tij – vana gibi elemanlarda olan sürtünme (yük) kayıplarının çıkartılmasına eşittir (Şekil 2.7). Şekil 2.8, Şekil 2.9 ve Şekil 2.10’da çeşitli tip ve boydaki tijlerde olan sürtünme kayıplarını gösterir abaklar verilmiştir.

1000

500

1

Cs

10

5

100

50

10 5 1000 500 100 50

(A / r) veya (A / re) Oranları

1


H.ÖZKAN,2006

14

Lugeon değerlerinin hesaplanabilmesi için Evirgen (1994) tarafından yapılan çalışmada, 1 m uzunluğundaki boruda yük kayıplarının kg/cm2 birimi ile hesaplanmasında aşağıdaki eşitliği kullanmıştır.

5

23/15 7954.091410055.0109.80

dq

qd

dPc ∗

∗++∗∗∗=

Burada; Pc = Borulardaki sürtünme (yük) kayıpları (kg/cm2)

d = Boru iç çapı (mm)

q = Basılan su miktarı (litre/saniye)’dir.

Tijlerdeki sürtünme kayıplarının sayısal değeri, diğer yüklere göre çok küçük olduğu için göz ardı edilebilir.

Çeşitli nedenlerle deney sırasında 10 atmosfer basınç uygulanamaması durumunda lugeon değeri aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

LPQlugeon

⋅⋅

=10

Burada;

lugeon = lugeon değeri (litre/dakika/metre),

Q = Kuyuya basılan su miktarı (litre/dakika),

P = Uygulanan basınç (kg/cm2 yada yaklaşık olarak atmosfer),

L = Kademe boyu (metre)’dir.

Şekil 2.11’de lugeon değerinin grafiksel yöntemle bulunması gösterilmiştir. Grafiksel yöntemde bir kademedeki çeşitli basınç değerlerine karşılık gelen “emilme katsayısı” değerleri yardımıyla lugeon eğrisi çizilir. Bu eğri üzerinden 10 kg/cm2 gerçek (efektif) basınç değerine karşılık gelen emilme katsayısı, deneyin yapıldığı kademe boyunca logeon değeri olarak geçirimliliği verir.

Çalışmalar sırasında uygulanan efektif basınçlara bağlı olarak emilme katsayısı grafikleri çizilir ve grafiklerin yorumlamaları yapılır (Şekil 2.12 ve 2.13).


H.ÖZKAN, 2006

15

Şekil 2.7: Lugeon deneylerinde gerçek basıncın hesaplanması

a) Deney yeraltısuyu seviyesi üstünde yapılıyorsa

YASS

Pm

Efektif Basınç

PcHPmPe −+=10

H Pc

L = Kademe boyu 0.5 ~ 5.0 m Pe

Pm

Efektif Basınç

PcHPmPe −+=10

'

H’ Pc


YASS

b) Deney yeraltısuyu seviyesi altında yapılıyorsa

c) Deney yeraltısuyu seviyesi üstünde ve eğimli kuyuda yapılıyorsa

YASS

H

α

Pm

Efektif Basınç

PchPmPe −⋅

+=10

cos α

Pc h

Pe

L = Kademe boyu 0.5 ~ 5.0 m

d) Deney yeraltısuyu seviyesi altında ve eğimli kuyuda yapılıyorsa

YASS

Pc

Efektif Basınç

PchPmPe −⋅

+=10

'cos α

h’ H’

α

Pm


Pm

Pe

YASS

Pc

L = Kademe boyu 0.5 ~ 5.0 m e) Deney yatay kuyuda yapılıyorsa

Efektif Basınç PcPmPe −=

Pe = Efektif Basınç (kg/cm2) Pm = Manometreden okunan basınç (kg/cm2) Pc = Boru, tij vb. yerlerde yük kaybı (kg/cm2) H = Yeraltısuyu olmaması durumunda, deney kademesinin orta noktasından manometreye kadar olan düşey uzaklık (m) H’ = Yeraltısuyu olması durumunda, yeraltısuyu düzeyinden manometreye kadar olan düşey uzaklık (m)


H.ÖZKAN,2006

16

Şekil 2.8: Tijlerde sürtünme kayıplarını gösterir abak (Şekerçioğlu,1998)

Şekil 2.9: Demir borularda ve AX tipi tijlerde sürtünme kayıpları (USDI,1981’den uyarlanmıştır)

Q - 10 m uzunluğundaki boruda enjeksiyon debisi (litre/dakika)

Pc -

10 m

etre

uzu

nluğ

unda

ki b

orud

a yü

k ka

ybı

2

DEMİR BORU (İç çap: 1 1/4 inç = 31.7 mm)

0.9

1.0

0.7

0.8

0.5

0.6

0.3

0.4

0.1

0.2

0.0

0 50 100 150 200 250 300

AX TİJ (İç çap: 1 3/16 inç = 30.1 mm)

0

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0 10 20 30 40 50 60 70

250 300 150 200 50 100 0

0

10

20

30

40

100 m uzunluğunda tij için debi (litre/dakika)

100

m u

zunl

uğun

daki

bor

uda

yük

kayb

ı (kg

/cm

2)

Tij 33.5 x 1500 m/m

Tij 33.5 x 3000 m/m

Tij 42 x 1500 m/m Tij 50 x 1500 m/m

Tij 42 x 3000

m/m

Tij 60 x 3000

m/m


H.ÖZKAN, 2006

17

Şekil 2.10: BX ve NX tipi tijlerde sürtünme kayıpları (USDI,1981’den uyarlanmıştır)

Şekil 2.11: Grafik yöntemiyle lugeon değerinin bulunması

Q - 10 m uzunluğundaki boruda enjeksiyon debisi (litre/dakika)

Pc -

10 m

etre

uzu

nluğ

unda

ki b

orud

a yü

k ka

ybı

2BX TİJ (İç çap: 1 5/8 inç = 42mm )

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70

NX TİJ (İç çap: 2 5/32 inç = 54.7 mm)

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 50 100 150 200

4 5 6 7 8 9 10 11

Emilm

e ka

tsay

ısı (

litre

/met

re/d

akik

a)

0 1 2 3 12

Efektif (gerçek) basınç (kg/cm2)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

10 11 12

9


H.ÖZKAN,2006

18

Şekil 2.12: Basınçlı su deneylerinde elde edilen eğri tipleri ve yorumları (Albayrak,1975)

a) Düzenli (laminer) akım, çatlaklarda tıkanma ve temizlenme yok

Q (Debi)

P (Basınç)

b) Düzensiz (türbülanslı) akım, olası büyük çatlakları gösterir.

Q (Debi)

P (Basınç)

c) Basınçla çatlaklardaki dolgunun yıkanması (veya deney lastiğinden kaçak)

Q (Debi)

P (Basınç)

d) Kuvvetli basınçla çatlakların tıkanması “doldurulması” (kaçak miktarında azalma olması)

Q (Debi)

P (Basınç)

e) Düşük basınçla çatlakların tıkanması, yüksek basınçla çatlakların temizlenip açılması

Q (Debi)

P (Basınç)

f) Düzensiz (türbülanslı) akım, olası büyük çatlakları gösterir.

Q (Debi)

P (Basınç)


H.ÖZKAN, 2006

19

Şekil 2.13: Camberfot’a göre basınçlı su deneyi eğri tipleri ve yorumları (Albayrak,1975)

Kademeli olarak tıkanma veya açılma (Tıkanma – açılma nöbetleşmesi

Çeşitli Şekiller

P (Basınç)

Q (Debi)

5

Düzenli (laminer) akım

P (Basınç)

Q (Debi)

1

Düzenli akım, sonra yüksek basınçla tıkanma

P (Basınç)

Q (Debi)

1a

P (Basınç)

Q (Debi)

Düzenli akım, sonra yüksek basınçla yıkanma

1b

Düşük basınçla tıkanma

P (Basınç)

Q (Debi)

2

Önce düşük, sonra yüksek basınçla tıkanma

P (Basınç)

Q (Debi)

2a

P (Basınç)

Q (Debi)

Zayıf basınçla tıkanma, sonra yüksek basınçla yıkanma

2b

Değişken (türbülanslı)akım

P (Basınç)

Q (Debi)

3

Kademeli olarak tıkanıklığın açılması

P (Basınç)

Q (Debi)

4


H.ÖZKAN,2006

20

2.1.2.1.2. Basınçsız Su (Sızma veya Permeabilite) Deneyleri

Bu deneyde kullanılan suya dışarıdan herhangi bir basınç uygulanmaz. Kuyuya su sabit debiyle yerçekimi etkisiyle verilir. Uygulama alanı ise alüvyon gibi pekişmemiş, duraylılığı düşük olan jeolojik birimlerdir. Basınçlı su deneylerinin uygulandığı kuyuların çaplarına göre daha geniş çaplı, derinliklerine göre ise daha sığ kuyularda uygulanır. (Şekil 2.14).

Üzerinde delikler olan (perfore edilmiş) boru, çakılmak suretiyle kuyu delinir. Ancak her çakma sonrası kuyudaki kırıntılar ve parçalar beyler (bailer) kovası ile veya çamur (mud) dolaşımı (sirkilasyonu) gibi yöntemlerle temizlenmelidir. Kuyunun deney öncesi temizlenmesi s ırasında kuyunun, gevşek malzemeden dolayı çökme veya yeniden döküntü yapmaması için duyarlı davranılmalıdır. Eğer gerekli ise temizleme öncesi muhafaza (casing) borusu kullanılmalıdır. Bu işlemler bittikten sonra kuyuya sabit debi ile su verilerek 5' er dakika aralıklarla kuyudaki su seviyesi en az 5 kez ölçülmelidir. Ölçümler arasında en çok ± 5 mm hata olabilir.

Kuyuyu yıkıntılardan koruyan ve delgi işlemi için kullanılan muhafaza (casing) borusu, aynı zamanda deneyde de kullanıldığı için seçilen kademe boyu kadar alt kısmından tek biçimli olarak (uniform) olarak delinmiştir. Delikler, kullanılan muhafaza borusunun dayanımını fazla etkilemeyecek (deney sırasında eğilip, bükülmeyecek) şekilde mümkün olduğu kadar çok olmalıdır.

Uygulama :

Basınçlı su deneylerinde olduğu gibi Şekil 2.4'den X = ( H / Tu ).100, doygun olmayan birim yüzdesi ve ( Tu / A ) oranları kullanılarak uygun bölge ve eşitlik seçilir. Seçilen bölgeye göre (Cu) ve (Cs) hidrolik iletkenlik katsayıları efektif yarı çap (re) kullanılarak Şekil 2.5'den veya bölgesine göre Şekil 2.6'dan bulunur. Efektif yarı çap hesaplaması aşağıda verilmiştir.

r1: Muhafaza (Casing) borusu yarı çapı (m)

re : Efektif yarı çap (m) = r1 * [ ( Toplam delik alanı ) / ( Delikli (perfore) borunun dış alanı ) ]

Bir deliğin alanı = π * (rd)2

Toplam delik alanı = ( Delik sayısı ) * ( Bir deliğin alanı )

Perfore edilen borunun dış alanı = 2 * π *rd* h

Bu işlemlerden sonra seçilen eşitlikte (Şekil 2.14) değerler yerlerine konularak hidrolik iletkenlik (m/s) cinsinden bulunur.

Kuyuya basılan/verilen su miktarı (Q) deney zamanı boyunca toplam basılan su miktarının, toplam deney zamanına bölünmesi ile bulunur. Örneğin deney süresi 10 dakika ise ve toplam basılan su miktarı 250 litre ise Q = 250*10-3 / 10*60 = 4.16 * 10-4 m3/sn olacaktır.

Lugeon basınçlı su basma deneyinden elde edilen lugeon değerlerine göre kayaların geçirimliliği konusunda yapılan sınıflama ile basınçlı su basma ve basınçsız (sızdırma) su deneyinden elde edilen permeabilite değerlerine göre zeminlerin/kayaların geçirimliliği konusunda US Bureau of Reclamation tarafından yapılan sınıflama Çizelge 2.3’de verilmiştir.


H.ÖZKAN, 2006

21

Şekil 2.14: Basınçsız su basma (sızdırma) deneyi (USDI,1981)

Çizelge 2.3: Zemin ve kayaların geçirimliliğe göre sınıflandırılması (Şekercioğlu,1998)

Lugeon Geçirimlilik Değeri Geçirimliliğe Göre Kaya Sınıfı

< 1 Geçirimsiz Kaya

1 – 5 arası Az Geçirimli Kaya

5 – 25 arası Geçirimli Kaya

> 25 Çok Geçirimli Kaya

Permeabilite Geçirimlilik Değeri (cm/s) Geçirimliliğe Göre Zemin/Kaya Sınıfı

< 10-6 Geçirimsiz Zemin/Kaya

10-6 – 10-5 arası Az Geçirimli Zemin/Kaya

10-5 – 10-4 arası Yarı Geçirimli Zemin/Kaya

10-4 – 10-3 arası Geçirimli Zemin/Kaya

> 10-3 Çok Geçirimli Zemin/Kaya

HrrrC

QK

ee

s ⋅⋅

⋅+

=14

HrCQK

eu ⋅⋅=

( )AHTrrrC

QK

uee

s −+⋅

⋅

+

=14

2

2. BÖLGE

1. Bölge Tabanı

1. BÖLGE

YÜZEY


3. BÖLGE

Geçirimsiz Bölge Tavanı

D

A

S

U

H Tu

2r

K = Hidrolik iletkenlik (m/s) Q = Kuyuya verilen su miktarı (m3/s) H = Kuyudaki su yükü (m) r1 = Muhafaza (casing) borusu dış yan çapı (m) re = Kuyunun efektif yan çapı (m) X = Doygun olmayan bölge yüzdesi (%) A = Perfore edilmiş borunun uzunluğu (m) Cs , Cu = Hidrolik iletkenlik katsayıları U = Y.A.S. seviyesi üzerindeki doygun olmayan birim kalınlığı (m) S = Geçirimsiz birim üzerindeki doygun, geçirimli birim kalınlığı (m) Tu = Muhafaza (casing) borusu içindeki su seviyesi ile Y.A.S. seviyesi arasındaki uzaklık (m) D = Deney kademe alt noktasından, yüzeye kadar olan uzaklık (m) 0 = Gözlem borusu (l" - 1.25")


H.ÖZKAN,2006

22

BÖLÜM 3

3. ENJEKSİYON TÜRLERİ

Enjeksiyonlar karışımına giren gereçler bakımından iki genel grup altında toplanabilir.

• Tanecikli (Particulate) Enjeksiyonlar

• Taneciksiz (Non-particulate) Enjeksiyonlar

Süspansiyon, çimento enjeksiyonları adı ile de anılan tanecikli enjeksiyonlar, çimento ve/veya kil enjeksiyonlardır. Kimyasal, solüsyon, çözelti enjeksiyonları adı ile de anılan taneciksiz enjeksiyonlar ise genel anlamda silikat ve/veya organik polimerlerin enjeksiyonunu içerir (Çizelge 3.1). Enjeksiyonlarda genel olarak, viskozite, dayanım, katılaşma zamanı ve tanecikli enjeksiyonlarda ayrıca çimento tane boyutu önemli özelliklerdir.

3.1. Tanecikli (Duraysız) Enjeksiyonlar

Tanecikli enjeksiyonlarda, genellikle portand çimentonun kullanımı ile karşılaşılır. Düşük fiyat ve yüksek dayanım özelliklerinden dolayı tercih edilmelerine rağmen, çatlaklı kaya, kaba taneli kum ve çakıllara uygulanması, çimento tane boyutları göz önüne alındığında sınırlıdır. Diğer bir dezavantajı ise, katılaşmayı hızlandıran maddelerin şerbete katılmaması durumunda, ortamın permeabilite değerine ve hidrolik eğimin büyük olması durumunda hızlı ve fazla yeraltısuyu akışı ile çimento enjeksiyonu yıkanabilir ve çimento - su oranında su miktarı artarak, enjeksiyonun özelliği yok olabilir.

Bir çok madde çimento ile karıştırılarak enjeksiyon şerbeti elde edilir. Bu durumda karışımdaki çimentonun normal katılaşma süresini ve diğer özelliklerini koruması istenir. Geniş çatlakların doldurulması ve yüksek dayanımlı enjeksiyon için çimento enjeksiyonlarında karışım maddesi olarak kum kullanılır. Bentonit gibi killer, şerbetin duraylılığının arttırılması için çimento enjeksiyonlarına ilave edilir. Karışıma katılmadan önce bentonit bir tank içinde şişmeye bırakılır. Bentonitin enjeksiyon karışımının duraylılığını artırıcı özelliği olmasına rağmen, çimento şerbetinin katılaşma süresi gibi özelliklerini kısıtlamaktadır. Bunun yanında katkı killeri enjeksiyonun dayanımına ters etki etmektedir. İnceltilmiş, pudra halinde toz alüminyum da aynı şekilde geniş özellikler taşır. Fakat killerde olduğu gibi enjeksiyonun dayanımında azalmalara neden olmamaktadır. Katılaşma zamanları kalsiyum klorit gibi hızlandırıcılar ve kalsiyum lignosülfat gibi geciktiriciler tarafından kontrol edilebilir.

Diğer bir tanecikli enjeksiyon türü de sadece killeri içeren ve kum - çakıl depozitlerinin permeabilite değerlerinin azaltılması için kullanılan kil enjeksiyonlarıdır. Basınca dayanım özelliğinin olmaması, enjeksiyon bölgesini zayıflatması ve yeraltısuyu tarafından kolayca yıkanabilmesi gibi özelliklerinden dolayı, sadece kil enjeksiyonu nadiren kullanılır. Buna rağmen çimento - kil ve kil - kimyasal karışımlar sıkça kullanılır.


H.ÖZKAN, 2006

23

Çizelge 3.1: Genel enjeksiyon tipleri (Attawell ve Farmer, 1976)

Grup Enjeksiyon Tipleri Bileşimi Enjeksiyonlu Kumun

Yaklaşık Basınç Dayanımı ( kN / m2 )

Çimento Şerbeti Su, Çimento (oran > 1) 3000 Çimento Şerbeti Su, Çimento (oran < 1) 15000 Kum - Çimento Su, Kum, Çimento 12000 Uçucu kül - Çimento Su, Uçucu Kül, Çimento 4800 Kil - Çimento Su, Çimento, Bentonit 3000

ÇİMENTO ENJEKSİYONLARI

Alüminyum - Çimento Su, Çimento, Alüminyum Sülfat 600

Bentonit Şerbeti Su, Bentonit (% 10) Çok düşük

Bentonit - Silikat Su, Bentonit, Sodyum silikat, Sodyum fosfat 120

KİL ENJEKSİYONLARI

Bentonit-Dizel Yakıt Su, Bentonit, Dizel Yakıtı Çok düşük

Joosten Karışımı Sodyum silikat çözeltisi, Kalsiyum klorit çözeltisi 3600

Guttman Karışımı Sodyum silikat, kalsiyum klorit, sodyum karbonat çözeltisi 2400

Silikat-Bikarbonat Sodyum silikat, sodyum bikarbonat çözeltisi 400

Silikat-Etilasetat Sodyum silikat çözeltisi, etilasetat 600

SİLİKAT ENJEKSİYONLARI

Silikat-Alüminat Sodyum silikat çözeltisi + Sodyum alüminat 1500

Epoksi Reçinesi Epoksi 35 000

Polyester Reçinesi Polyester 35 000

Konsentrasyona bağlıdır.

AM - 9 Akralamit 600

Krom – Odun Özü (Krom – lignin)

Kalsiyum lignosülfat ve Sodyum dikromat 1200

Üre - Formaldehit Asit çözeltisinde Üre ve Formaldehit 3600

ORGANİK POLİMERLER

(İki çözelti yöntemine göre)

Politiksiyon Poliüretan (Köpük) 3500


H.ÖZKAN,2006

24

3.1.1. Enjeksiyon Karışımına Giren Gereçlerin Tanıtımı

3.1.1.1 Çimento

a. Portland Çimentosu ( PÇ 42.5) (CEM I 42.5 R) : Kalker, marn, kil demir cevheri, boksit, pirit külü vb. hammaddelerin ve yardımcı malzemelerin uygun oranda karıştırılıp, öğütülüp, pişirilmesiyle elde edilen klinkerin (TS 3441), bir miktar priz düzenleyici (genellikle alçıtaşı kullanılır - CaSO4.2H2O) ve puzolanik madde ile birlikte öğütülmesinden oluşan; suyla karıştırıldıktan belli bir süre sonra donarak dayanım kazanan hidrolik bağlayıcı üründür. PÇ 32.5, PÇ 42.5, PÇ 52.5 şeklinde sınıflandırılmaktadır. “PÇ” simgesi portland çimentosunun simgesi olup, 32.5 , 42.5 ve 52.5 rakamları 28 günde istenen minimum dayanım değerini N/mm2 cinsinden göstermektedir (1N/mm2 = 10 kgf/cm2). TS 19 EN 197-1 standartına uygun olarak üretilmektedir. PÇ 42.5 sembolünün yanında yer alan diğer sembol Avrupa standartlarına göre üretim simgesini belirtmektedir.

• Kullanım Alanları: PÇ 32.5 hidratasyon ısısının ve sülfat etkisinin özel dikkat gerektirmediği her türlü beton üretiminde genel amaçlı inşaatlarda kullanılır. PÇ 42.5 ve PÇ 52.5 ise yüksek dayanımlı beton istendiğinde veya ilk dayanımı yüksek beton gereken inşaatlarda kullanılır.

b. Kompoze Çimento (KZÇ/A 32.5 R) (CEM V / A, S–P–Q 32.5 R): Kütlece 40-64 kısım portland çimento klinkeri (TS 3441) ile karşılıklı olarak 60-36 kısım uygun katkı maddelerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. TS 12142 EN 197-1 standartına uygun olarak üretilmektedir. Çimentonun ismindeki; "Kompoze" kelimesi en az iki farklı katkı maddesi içerdiğini gösterir.

• Kullanım Alanları: Kompoze çimento, özelliği olmayan normal inşaatlarda ve düşük hidratasyon ısısı istenen kütle betonlarında kullanılır.

c. Sülfatlara Dayanıklı Çimento (SDÇ 32.5) : Trikalsiyum alüminat miktarı en çok %5 olan portland çimentosu klinkerinin bir miktar alçı taşı ile öğütülmesiyle elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. TS 10157 standartına uygun olarak üretilmektedir.

• Kullanım Alanları: Sülfatlı saha ve deniz suyu tesirinde kalan bölgelerdeki inşaatlarda, su altı, köprü, baraj ve liman temel inşaatlarında, istinat duvarları inşaatlarında kulanılır.

d. Katkılı Çimento (KÇ 32.5): Kütlece en çok 19 kısım puzolanik madde ile karşılıklı olarak en az 81 kısım portland çimento klinkerinin bir miktar alçı taşı ile öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Puzolanik madde olarak tras, cüruf, volkanik tüf, uçucu kül ve bazı diğer puzolanlar tek başına veya birkaçının karışımı olarak birlikte kullanılabilir. TS 10156 standartına uygun olarak üretilmektedir.

• Kullanım Alanları: Genel amaçlı inşaatlarda, erken dayanım gerektirmeyen tüm inşaat alanlarında, Portland Çimento (PÇ 32.5) gibi, hidratasyon ısısının ve sülfat etkisinin özel dikkat gerektirmediği her türlü beton yapımında kullanılır.

e. Portland Kompoze Çimento (PKÇ/B 32.5R) ( CEM II / B - M 32.5 R) : Kütlece (21-35) kısım en az iki cins katkı maddesinin ve karşılıklı olarak (79-65) kısım portland çimento klinkerinin (TS 3441) bir miktar alçı taşı ile öğütülmesi sonucu elde edilen ve 28 günlük dayanımı en az 32.5 N/mm2 olan hidrolik bağlayıcıdır. TS 12143 standartına uygun olarak üretilir. Çimentonun ismindeki; "B" harfi toplam katkı maddesi içeriğinin %36 - %55 aralığında olduğunu, "32.5" sayısı 28 günlük basınç dayanımının en az 32.5 N/mm2 olduğunu, "R" harfi 32.5 dayanım sınıfındaki çimentonun erken dayanım özelliğinin yüksek olduğunu gösterir.


H.ÖZKAN, 2006

25

• Kullanım Alanları: Genel amaçlı inşaatlarda, düşük hidratasyon ısısına gerek duyulan kütle betonlarında kullanılır.

f. Portland Kompoze Çimento( PKÇ/A- 42.5) (CEM II / A-M): Portland kompoze çimento, kütlece (6-20) kısım en az iki cins katkı maddesinin ve karşılıklı olarak (94-80) kısım portland çimento klinkerinin (TS 3441) bir miktar alçı taşı ile öğütülmesi sonucu elde edilen ve 28 günlük dayanımı min 42.5 olan hidrolik bağlayıcıdır. TS 12143 standartına uygun olarak üretilmektedir. "A" harfi toplam katkı maddesi içeriğinin %6 - %20 aralığında olduğunu, "42.5" sayısı 28 günlük basınç dayanımının en az 42.5 N/mm2 olduğunu gösterir.

• Kullanım Alanları: Katkılı çimentoların kullanıldığı genel amaçlı ve daha yüksek dayanım gerektiren inşaatlarda kullanılır.

g. Traslı Çimento (TÇ 32.5) (CEM II / B-P 32.5 R): Kütlece 20 - 40 kısım tras (TS 25) ile karşılıklı olarak en az 80 - 60 kısım portland çimento klinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. TS 26 standartına uygun olarak üretilmektedir. Tras gereci, volkanik sünger taşının ince olarak öğütülmesi ile elde edilir.

• Kullanım Alanları: Alkali, tuzlu ve agresif sulara karşı dayanıklı olması nedeniyle baraj inşaatlarında, temel ve tünel inşaatlarında, hidratasyon ısısı hızının az olması gereken kütle beton inşaatlarında,zirai ve sınai tesis inşaatlarında kullanılır.

h. Yüksek Fırın Cüruflu Çimento (CÇ 32.5) (CEM III / A 32.5 R): Kütlece 20 - 80 kısım portland çimento klinkeri (TS 3441) ile karşılıklı olarak 80 - 20 kısım yüksek fırın cürufunun bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülerek elde edilen hidrolik bağlayıcılardır. CÇ 32.5 ve CÇ 42.5 olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. TSE 20 standartına uygun olarak üretilmektedir.

• Kullanım Alanları: Çok etkili korozyonların söz konusu olmadığı yerlerde kullanılır.

ı. Portland Çimento Klinkeri: Portland çimento klinkeri, kireç taşı, kil veya marnın gerektiğinde silisli kum, demir cevheri gibi hammaddelerin klinker mineralojik bileşimini oluşturacak oranda karıştırılıp öğütülmesi ve en az sinterleşmeye kadar pişirilmesi ile elde edilen üründür.

• Kullanım Alanları: Türkiye ve Avrupa standartlarında yer alan çimentoların ana hammaddesi olarak kullanılır.

i. Sülfatlara Dayanıklı Çimento Klinkeri: Portland çimentosu klinkerinin bileşimindeki C3A (trikalsiyum alüminat) miktarının en fazla % 5, 2C3A+C4AF (trikalsiyum alüminat + tetrakalsiyum alüminat ferrit) miktarınında en fazla % 25 olarak üretildiği klinkerdir.

• Kullanım Alanları: Sülfatlara dayanıklı çimento üretiminde kullanılır.

TSE, TS – 19’da belirtildiği üzere portland çimentolarının fiziksel ve kimyasal özelliklerinin standartları Çizelge 3.2’de verilmiştir.

j. Çok İnce (ultrafine –micro fine) Çimento: Bu kısımda Parchem Construction Products Ltd -Avustralya firması tarafından üretilen çok ince çimentonun (Alofix-MC) özellikleri verilmiştir (Çizelge 3.3). Bu tip çimentonun kullanım avantajları (Parchem, 2003) :

- Zemini veya yeraltısuyunu kirletici özelliği yoktur.

- Tane çaplarının küçüklüğü ve buna bağlı olarak özgül yüzeylerinin büyüklüğü ile zeminlerde kolay enjekte edilebilme özelliği, kimyasal enjeksiyon karışımlarında da kullanılmasına olanak sağlar.


H.ÖZKAN,2006

26

- Yüksek dayanımlı, çok duraylı olmalarının yanı sıra, normal çimentolara göre akışkandır ve çökelime (sedimentasyon), tanecik ayrılmasına (segregasyon) karşı dirençlidir.

Kullanım Alanları: Yeraltısuyunun durdurulması ve zemin sağlamlaştırılması amacıyla temellerde, tünellerde, barajlarda, yakıt tankları yerlerinde v.b geniş uygulama alanı bulunmaktadır. Permeabilite değeri 10-3 cm/s’ye kadar olan ve çakıldan ince kuma (0.06 mm) kadar değişen aralıklardaki gereçleri içeren zeminlerin enjeksiyonlarında kullanılır.

Çizelge 3.2: Türk standartlarına göre portland çimentosunun özellikleri (TSE’den)

FİZİKSEL ÖZELLİK STANDARTLARI

Basınca Dayanım Değerleri (kgf/cm2)

Basınç Dayanımları (en az) Eğilmede Çekme Dayanımları(en az)

Çimento Simgesi

2 günlük 7 günlük 28 günlük 2 günlük 7 günlük 28 günlük PÇ(32.5) - 210 325 - 40 55 PÇ(40.0) 200 315 400 40 55 65 PÇ(50.0) 250 355 500 50 60 70 KPÇ(32.5) - 210 325 - 40 55 Prizin (katılaşmanın) başlama ve sona erme zamanları : Priz başlangıcı 1 saatten az olmamalı ve priz en geç 10 saatte sona ermelidir. Hacim genleşmesi : Portland çimentolarında toplam hacim genleşmesi 10 mm’yi geçmemelidir. Magnezyum oksidin %3’den fazla olması halinde, toplam hacim genleşme değeri 4 saatlik kaynamadan sonra, fazladan 2 saat daha kaynatılma (Toplam 6 saat kaynatılma) sonucu artma göstermemelidir. Tane büyüklüğü : Portland çimentoları, 200 mikron göz açıklığı olan elek üzerinde %1’den, 90 mikron göz açıklığı olan elek üzerinde ise %14’den fazla kalıntı bırakmamalıdır. Özgül yüzey : Portland çimentolarının özgül yüzeyi 2800 cm2/gr’dan az olmamalıdır.

KİMYASAL ÖZELLİK STANDARTLARI

Özellik En Çok (%)

Kükürt Trioksit ( SO3) 3.5

Magnezyum Oksit (MgO) 5

Kızdırma Kaybı 4

PÇ (Portland Çimentosu) 1.5 Çözülmeyen Kalıntı KPÇ (Katkılı Portland Çimentosu) 10

3.1.1.1.1. Çimento Sanayiinde Kullanılan Hammaddeler

Aşağıda çimento üretimi için yararlanılan madenler verilmiştir (TMMO, 2003).

Alçıtaşı: İnşaat, kimya, çimento, tarım, tıp sanayilerinde ve radyoaktif artıkların örtülmesinde kullanılır.

Alunit: Gübre, çimento, seramik, şap, şeker, boya, kağıt, ilaç, sanayilerinde kullanılır.

Boksit: Alüminyum üretiminde, aşındırıcı malzeme, alüminyumlu çimento, refrakter tuğla, sıva yapımında ve kimya endüstrisinde kullanılır.


H.ÖZKAN, 2006

27

Çizelge 3.3: Çok ince çimentonun (Alofix-MC) özellikleri (Parchem, 2003)

Çok ince çimentonun (Alofix-MC) kimyasal bileşenleri (%) :

Kayıplar SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Toplam

0.3 29.0 13.2 1.2 49.2 5.6 1.2 99.70

Çok ince çimentonun (Alofix-MC) fiziksel özellikleri :

Tane boyu dağılımı (elekten geçen yüzde) Görünüm Özgül

ağırlık Birim ağırlık

Özgül yüzey

12.0 (μm) 4.2 (μm) 3.2 (μm) Yeşilimsi

beyaz renkli çok ince

tanecikler

3.0 ± 0.1 g/cm3

0.9 ± 0.1 kg / lt

8150 cm2/g % 98 % 50 % 25

Dolomit: Demir çelik sanayii başta olmak üzere azot, şişe ve cam, seramik ve porselen sanayiileri ile tarım ve inşaat sektörlerinde kullanılır. Dolomit çimento, dolomitik sönmemiş kireç cam ve soda üretiminde hammaddede, demir çelik sanayiinde sinter yüksek f ırınlarda refrakter gereç ve curuf arıtıcı eleman, beyazlatıcı boya, dolgu maddesi olarak da kullanılmaktadır.

Flüorit: Alüminyum üretiminde elektroliz olarak, seramik, demir-çelik, cam, hidroklorik asit sanayilerinde kullanılır. Ayrıca flüoritten, çimento sanayiinde, hammadde karışımının erime noktasının düşürülmesinde cam ve emaye sanayiinde, döküm ve plastik sanayiinde, zararlı böcekleri öldürücü ve gıda maddelerini koruyucu ilaç yapımında boya sektöründe ve suların flüorlanmasında yararlanılmaktadır.

Jips ve Anhidrit: Sülfirik asit elde etmede, çimento, gübre, boya, emaye, porselen, jips tabakaları yapımında kullanılmaktadır.

Kaolin: Seramik, kağıt ve boya sanayilerinde kullanılmaktadır. ABD ve Avrupa ülkelerinde kaolinin % 80’i kağıt ve ince seramikte kullanıldığı halde, Türkiye’de bu sektöre sadece %6’sı girmektedir. Kaba seramik ve cam sektöründe %79 gibi büyük bir kısmı harcanmakta geri kalan % 15’i ise çimento sektöründe kullanılmaktadır.

Kil: Seramik,cam, demir-çelik ve çimento üretiminde kullanılır.

Kireçtaşı: İnşaat sektöründe, çimento sanayiinde, metalurji, kimya, kağıt ve selüloz, seramik, petrol, maddeleri, lastik ve plastik, boya sanayiinde ayrıca hijyenik amaçlarla ve tarım sektöründe kullanılır.

Manyezit: Metalurjide, refrakter tuğla yapımında, çimento, seramik, kimya, kağıt, cam sanayilerinde kullanılmaktadır.

Marn: Endüstride çimento hammaddesi olarak kullanılmaktadır.

Nefelinli siyanit: Doğrudan cam sanayiinde, seramik endüstrisinde, boya sanayiinde alüminyum, çimento ve alkali madde üretiminde kullanılır.


H.ÖZKAN,2006

28

Olivin : Çelik dökümünde, özel tuğla yapımında kullanılır. Olivin yüksek yoğunluğundan dolayı ağır çimento üretiminde yararlanılan bir maddedir.

Profillit: Seramik, dolgu ve refrakter tuğla sanayilerinde, çimento, beyaz çimento yapımında kullanılır.

Tebeşir: Bezir yağı ile karıştırılarak cam macunu, kireç üretimi ve portland çimentosunda kullanılır.

Zeolit: Çimento sektöründe puzolanik madde olarak, kağıt üretiminde, hafif agrega üretiminde de kullanılır.

3.1.1.2. Montmorillonit Grubu Kil Mineralleri

Pek çok sınıflandırmada killer, tane çapı 0.002 mm (2 µm)’nin altında gereçler olarak tanımlanmasına rağmen, gerçekte killerin 20 µm’ye kadar boyuta sahip olabileceği, ayrıca kil özelliği taşımayan bir çok tanenin tane çapı 2 µm’nin altında boyutlara sahip olabildiği düşünülerek, buna benzer yanılgılara düşmemek için kil olarak nitelendirilen gerecin minerolojisini, tane boyutunu, şeklini, fiziksel ve kimyasal özelliklerini bilmek gereklidir (Çizelge 3.4).

Çizelge 3.4: Yaygın bulunan kil minerallerinin özellikleri (Diniz, 1989’dan)

Kil Grubu Özgül Ağırlık (g/cm3)

Özgül Yüzey (m2/gr)

Aktivite Tane Çapı (μm)

Likit Limit (%)

Plastik Limit (%)

Büzülme (Rötre)

Limiti (%)

Montmorillonit 2.20-2.30 800 1.5 - 4.7 0.1 100 - 900 50 - 100 8.5 -15

İllit 2.64-3.00 80 0.5 - 1.3 0.2 – 2.0 60 - 120 35 - 60 15 - 17

Kaolinit 2.60-2.68 10 0.3 - 0.5 2.0 – 11.0 30 – 110 25 – 40 25 – 29

Özgül yüzey: Belirli birim ağırlıkdaki taneciklerin toplam yüzey alanları (Tanecik boyutunun küçülmesi ile özgül yüzey büyür)

Aktivite: Plastisite indeksinin kil yüzdesine oranı < 0.75 Aktif olmayan kil 0.75 – 1.25 Normal kil >1.25 Aktif kil

Bu gruba giren mineraller 3 levhalı olup, tabakaları genişleyen minerallerdir. Şekil 3.1’de görüldüğü gibi bir levha alüminyum ve 2 levha silisyum içeren bu grup killer, zayıf bağlarından dolayı kolayca su almaya yatkın en aktif killerdir.

Yapraksı şekle sahip olan montmorillonit grubu killer, bünyelerine su aldıkları zaman yüksek plastisiteye ve düşük içsel sürtünmeye sahiptir. Özgül ağırlıkları 2.20-2.30 gr/cm3 arasında ve özgül yüzeyleri 800 m2/gr civarındadır. Bu grup killerin kimyasal formülü ise,

(Na, Ca)(Al, Mg)6(Si4O10)3(OH)6 - nH2O dir.


H.ÖZKAN, 2006

29

Şekil 3.1: Montmorillonit kilin şematik yapısı (Diniz,1989)

Kimyasal bileşiminde, sodyum (Na) % 0.84, kalsiyum (Ca) %0.73, alüminyum (Al) %9.83, silisyum (Si) %20.46, hidrojen (H) % 4.04, oksijen (O) %64.11 oranlarında yer alır. Aşağıda 10x10 µm boyutlarında mikroskop altında montmorillonit mineralinin görüntüsü yer almaktadır.

3.1.1.2.1. Bentonit

Yüksek şişme kapasiteli doğal sodyum içerikli (katkısız) en az % 90 montmorillonit, API 13 A (non-treated bentonit) ve TS 977 Tip –2 standartlarına uygun, suya karıştırıldığında kolayca dağılan ve topaklaşmayan, montmorillonit grubu içinde yer alan volkanik kökenli kil mineralidir. (Kar-Ben, 2003). Doğal olarak beyazdan griye değişen renk tonlarında olmalarına karşın, yeşil ve sarının hafif tonlarında ve pempe renklerde de bulunur.

3.1.1.2.2. Bentonitin Kullanım Yerleri ve Kullanım Avantajları

Sondaj çamuru olarak kullanılması durumunda yüksek viskosite ve jel yapma özelliğinden dolayı sondaj çamuru içerisindeki ağırlaştırıcı maddelerin askıda tutulmasını sağlar. Aynı zamanda çamur içerisindeki kesintilerin kayma hızlarını azaltarak etkin kuyu temizliği

Silisyum

Silisyum

Silisyum

Alüminyum

SU Silisyum

Alüminyum

Montmorillonit mineralinin mikroskopik görüntüsü


H.ÖZKAN,2006

30

sağlanmasına yardımcı olur. Diğer bir özelliği ise, yüksek sıvama özelliği ile kuyu cidarında sağlam ve düzgün çamur pastası (mud cake) oluşturarak kuyu duraylılığını sağlamaktadır. Ayrıca sabunumsu kayganlık özelliğinden dolayı kuyuda, matkapta ve sondaj dizisinde çok iyi bir yağlama görevi yapar (Kar-Ben, 2003).

Kısa duvar inşaatlarında, enjeksiyon işlemlerinde, muhafaza borusu indirilmesinde ve tünel çalışmalarındaki çimentolama işlemlerinde çimentoya yalnızca sodyum montmorillonit, katkısız bentonit karıştırılmasına izin verilir. Katkılı bentonit bu amaçla kullanıldığında viskozite artışlarından dolayı zemine işlemesi çok güçleşir.

Enjeksiyon işlemlerinde ve yeraltı perde inşaatlarında bulamaç hendeği (slurry trench) uygulamasıyla düşük maliyetle geçirimsizlik sağlar.

Çimento şerbeti veya harcına katıldığında, karıştırma ve enjeksiyon süresince çimento tanecikleri ve kumu askıda tutarak harcın duraylı olmasını sağlar. Çimento su karışımında suyun ayrışmasını en aza indirir.

Çimento şerbetlerine karıştırıldığında ince taneli alüvyona etki etme derecesini yükseltir. Böylece fazla çimento kayıpları önlenir. Bentonitli karışımlar bir akışkan gibi hareket eder, karıştırma durdurulduğunda homojen bir sertleşme olur ve yüksek dayanımlar kazanır.

Kimyasal etkilere ve korozif yeraltı sularına karşı dayanıklıdır. Bentonitli karışımlar sülfat tuzlarından çok daha az etkilenir. Yeraltısularında bol miktarda tuz ve kireç bulunması halinde fosfat veya silikatlarla birlikte kullanıldığında iyi sonuçlar alınır. Bentonitli şerbete % 5 oranında sodyum silikat ilave edildiğinde enjeksiyondan sonra karışımda artan hızda jelleşme başladığı görülür.

Büyük boşlukların doldurulmasında kil-çimento şerbeti kullanıldığında az miktarda doğal bentonit ilave edilirse, şerbetin etki etme ve askıya alma yeteneği çok artar.

Doğal bentonit, çimento-su karışımları, kimyasal katkı maddeleri kullanılarak permeabilitesi (hidrolik iletkenliği) 10–1 cm /sn’den küçük olan alüvyonların enjeksiyonunda da kullanılabilir. Doğal bentonit, dubaların batırılmasında, perde ve temel kazıklarının çakılması gibi işlerde yağlayıcı görevi yapar ve sürtünmeyi azaltır.

Su sızmasını önlemek için yapılan duvarlarda oluşan çatlakları tıkamak için bentonit 1/1 oranında su ile karıştırılarak mala ile sıvanır ve üzeri katranlanır.

Doğal bentonit, kum ve gazyağı gibi nötr bir organik akışkan ile karıştırılarak, çatlakların doldurulmasında kullanılabilir. Gazlı karışım, su ile temas ettiğinde kalın ve kuvvetli bir jel meydana getirir. Alüvyon kazıları ve benzeri işlerde hedeflenen marş hunisiyle 40 sn/viskoziteye 45kg/m3 ‘lük bentonit süspansiyonuyla en çok 2 saatlik şişme sürecinde erişilebilir.

3.1.1.2.3. Enjeksiyon Karışımında Kullanılacak Bentonitin Standartları

DSİ (1987)’e göre çimento enjeksiyonlarında, enjeksiyon karışımına, karışıma giren çimentonun ağırlığının %2-5’i kadar bentonit kullanılması belirtilmektedir. Enjeksiyon karışımındaki bentonitin standartları aşağıda verilmiştir (DSİ,1987).

- Türk Standartları Enstitüsü’nün UDK 622.36 TS 977 nolu standartına uygun olmalıdır.

- Yaş elek analizinde, 200 nolu (74 mikron aralıklı) elekte kalan kalıntı en çok 2.5 olmalıdır.


H.ÖZKAN, 2006

31

- Kuru elek analizinde, 149 mikron aralıklı elekten geçen miktar en az %98 olmalıdır.

- Nem miktarı, ağırlıkça en çok %10 olmalıdır.

- Direk viskozite ölçen alette, 600 devir / dakikadaki viskozite değeri en az 30 olmalıdır.

- Likit limit değeri, %350’den az olmamalıdır.

3.1.1.2.4. Bentonitin Kullanımda Dikkat Edilmesi Gereken Durumlar

• Çimento şerbetleri hazırlanırken önce su ile doğal bentonit karıştırılmalı en az iki saat bekletildikten sonra çimento ilave edilmelidir.

• Şerbetlere, karışımda kullanılan suyun sıcaklığına göre, enjeksiyon karışımındaki toplam katı maddelerin ağırlığının % 0.3 - % 0.7 kadar sodyum fosfat veya kullanım amacına göre %5 kadar sodyum silikat eklenebilir. Ancak bu oranların belirlenmesinde laboratuvar ve arazi deneylerinin yapılması önerilir.

• Daha etkili ve ekonomik olması için; her defasında su katıp hazırlama yerine, önceden hazırlanmış, doğal bentonit şerbeti kullanılmalıdır.

Bentonit, çok katlı 50 kg’lık kağıt torbalarda ve 1000 veya 1200 kg’lık bez torbalarda (big-bag), kuru ve serbestçe akabilen toz şeklinde pazarlanmaktadır (Kar-Ben, 2003).

3.1.1.3. Dolgu Gereçleri (Kum)

Enjeksiyon karışımlarında kum, sağlamlaştırma ve sızdırmazlık sağlanması amacı ile boşluklu bir yerin doldurulması için kullanılır. Karışımda kullanılacak olan kumun tanelerinin şekli, tane boyutu, tane boylanması (gradasyonu) gibi nitelikleri önemlidir (Çizelge 3.5, 3.6). Kırma taştan üretilen veya doğal olarak sağlanan köşeli ve yassı tane şekline sahip kumların, karışımlarda kullanılmasından kaçınılmalı ve onun yerine yuvarlak tane şekilli, iyi gradasyona sahip kumlar kullanılmalıdır. Enjeksiyon açısından, elek analizi değerlerine göre beton kumu pompalama özelliğinde olmamasına rağmen sıva ve duvarcı kumu pompalanabilir özelliktedir (Çizelge 3.7).

Çizelge 3.5: Enjeksiyonda kullanılan standart kumun fiziksel özellikleri (Parchem, 2003)

Tane boyutu (ağırlıkça %)

0.297 mm 0.210 mm 0.149 mm 0.105 mm

Dmax (mm)

D10 (mm)

D60 (mm) Uc=D60/D10

0.2 46.4 96.5 99.4 0.42 0.21 0.17 1.24

Dmax : En büyük tane boyutu D60 : Elekten % 60 geçen tane boyutu D10 : Efektif tane boyutu Uc : Uniformluk katsayısı


H.ÖZKAN,2006

32

Çizelge 3.6: Enjeksiyonda kullanılacak kumun değerleri (DSİ,1987)

Elek Analizi Diğer Özellikler

Elek açıklığı Elekten geçen %

#16 (1.19 mm) 95

#50 (0.297mm) 50

#200 (0.074 mm) < 5

- Eğer #200 nolu elekten % 5’ten daha fazla geçen gereç (kil) var ise kum yıkanmalıdır.

- Özgül ağırlıkları 2 gr/cm3’den yüksek olmalıdır.

- Sodyum sülfat don kayıplarının ortalama ağırlıkları, toplam ağırlığın %10’nu geçmemelidir.

- Organik maddeler içermemelidir.

Çizelge 3.7: Kullanım amaçlarına göre kumların elek analiz değerleri (ChemGrout,2002)

Beton Kumu Duvarcılık Kumu Sıva Kumu

Elek açıklığı Elekten geçen % Elek açıklığı Elekten geçen

% Elek açıklığı Elekten geçen %

3/8" (9.52mm) 100 3/8" - 3/8" -

#4 (4.76 mm) 95 -100 No: #4 100 No: #4 100

#8 (2.39 mm) 80 -100 No: #8 95 - 100 No: #8 95 - 100

#16 (1.19 mm) 50 – 85 No: #16 70 - 100 No: #16 70 - 95

#30 (0.59 mm) 25 - 60 No: #30 40 - 75 No: #30 35 - 70

#50 (0.297mm) 10 - 30 No: #50 10 - 35 No: #50 5 - 35

#100 (0.149 mm) 2 - 10 No: #100 2 - 15 No: #100 0 - 10

#200 (0.074 mm) - No: #200 - No: #200 -

3.1.1.4. Puzolanik Maddeler

Puzolanik maddeler, kendi başlarına hidrolik bağlayıcı özelliği olmadıkları halde, ince olarak öğütüldüklerinde nemli ortamlarda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile tepkimeye girerek bağlayıcı özellikte bileşikler oluşturan silisli veya silisli-alüminli (doğal ve yapay) maddelerdir.

İtalya’daki Vezüv yanardağının eteklerindeki Pozzuoli kasabasında bulunan volkanik küllerin, kuru sönmüş kireç ve su ile karıştırılması ile bağlayıcı bir madde özelliği taşıdığı Romalılar tarafından farkedilmiş ve geniş ölçüde kullanılmıştır. İçerisinde silis ve alümin bulunduran, kuru sönmüş kireç ve su ile birleştiğinde bağlayıcı özellik kazanan tüm gereçler genel bir isim altında “puzolan” olarak isimlendirilmiştir. Silisli ve alüminli maddeleri (silikatları) içeren volkanik tüf Almanya’da Tras bölgesinde olduğu için tras olarak adlandırılmıştır. Almanca’da puzolanın adı trastır ve Türkçe’ye de Almanca’dan geçmiştir. Tras kelimesi Türkiye’de doğal puzolan ile eş anlamda, tüm puzolanları kapsayacak şekilde, traslı çimento teriminde olduğu gibi kullanılmaktadır (Anık ve Alkan, 2004).


H.ÖZKAN, 2006

33

Puzolanlar doğal ve yapay olarak iki sınıfa ayrılırlar. Doğal olan puzolanlar bazı opalli gereçleri, volkanik tüfleri, camsı yapıda yüksek silikat içeren bazaltları ve benzer yapıdaki diğer volkanik kayaları ve pişirilerek aktivite edilmesi koşulu ile de bazı killeri içerir. Killer dışında bazı puzolanların da kimyasal aktivite kazanması için pişirilmeleri gerekebilir.

Yapay puzolanlar genel olarak endüstrinin yan ürünleri olarak elde edilirler. Bunlar;

• Öğütülmüş tuğla ve/veya kiremit tozu

• Öğütülmüş yüksek fırın cürufu

• Uçucu kül (fly ash)

• Silis dumanı (silica fume)’dır.

3.1.1.4.1. Uçucu Küller (Fly Ash)

Termik santrallerde öğütülerek toz haline getirilmiş kömürün yanmasından sonra, santral bacasında elektrostatik filtrelerde tutularak elde edilen gerece uçucu kül adı verilmektedir. Uçucu kül, doğal puzolanlara benzer özelliğe sahiptir. Enerji talebinin artmasına paralel olarak termik santrallerdeki uçucu kül oluşumu da çok büyük miktarları bulmaktadır. Termik santrallerde atık olarak oluşan, ancak değerlendirilemeyen uçucu küllerin santral dışında depolanması gerekmektedir. Her geçen gün artış gösteren bu atık beraberinde çözülmesi zorunlu teknik ve ekonomik problemler getirmektedir. Uçucu küllerin değerlendirilmemesi nedeniyle ekonomik kayıplar ve ciddi çevre kirliliği sorunları ortaya çıkmaktadır. Ülkemizdeki termik santrallerde yıllık toplam kömür ve linyit tüketimi 2002 yılı için yaklaşık 55 milyon tondur (İmançlı, 2002). Türkiye yıllık uçucu kül üretimi yaklaşık 13 milyon tondur (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). Bu miktar karşılaşılan problemin boyutlarını göz önüne sermektedir. Ancak önemli sorunlar yarattığı düşünülen bu atık madde çeşitli mühendislik dallarında, özellikleri iyi bir şekilde incelenmek koşulu ile ekonomik bir şekilde değerlendirilebilir.

• Uçucu Küllerin Sınıflandırılması

Uçucu küller kimyasal bileşimlerine göre değişik şekillerde sınıflandırılmaktadır (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). Buna göre :

A . Kireç ve SO3 miktarına göre sınıflama

- Asıl yapısı silikoalüminatlardan meydana gelen ve genellikle taş kömüründen elde edilen silikoalüminöz uçucu küller

- Genellikle linyit kömüründen elde edilen ve diğerlerine göre daha yüksek miktarda SO3 ce CaO içeren sülfokalsik uçucu kül

- Genellikle yine linyit kömüründen elde edilen kireç ve silika miktarı yüksek silikokalsik uçucu küller

B . CaO miktarına göre sınıflama

- CaO miktarı %10’un altında olan düşük kireçli veya düşük kalsiyumlu uçucu küller

- CaO miktarı %10’un üstünde olan yüksek kireçli veya yüksek kalsiyumlu uçucu küller


H.ÖZKAN,2006

34

C . Avrupa Çimento Standartı (ENV 197-1)’e göre sınıflama

- Reaktif silika ve alüminadan meydana gelen, reaktif CaO miktarı %5’in altında, reaktif SiO2 miktarı %25’in üstünde olan silisli “V” tipi uçucu küller

- Reaktif SiO2, CaO ve alüminadan oluşan, reaktif CaO miktarı %5’in üstünde olan silisli “W” tipi uçucu küller

D . Polonya sınıflaması

Polonya’da benimsenmiş iki sınıflama bulunmaktadır. Her iki sınıflamada da uçucu küller dört sınıfa ayrılmıştır. Birinci sınıflama SiO2, Al2O3, SO3 ve CaO miktarlarına göre, ikinci sınıflama ise sadece CaO miktarına göre yapılmıştır.

Birinci sınıflama:

- Grup I : İçerdikleri SiO2 miktarı Al2O3 miktarından büyüktür ve CaO miktarı %15’in altındadır.

- Grup II : SiO2 miktarı Al2O3 miktarından düşüktür. CaO miktarı %15’in ve SO3 miktarı %3’ün altındadır.

- Grup III : sülfokalsik uçucu kül niteliğinde olan bu grupta CaO miktarı %15’in ve SO3 miktarı %3’ün üstündedir.

- Grup IV : Bu grupta CaO miktarı %15’in üstünde ve SO3 miktarı %3’ün altındadır.

İkinci sınıflama:

- CaO miktarı %3.5’in altında olan çok düşük aktiviteli uçucu küller

- CaO miktarı %3.5 - %7 arasında olan düşük aktiviteli uçucu küller

- CaO miktarı % 7 - %14 arasında olan aktif uçucu küller

- CaO miktarı %14’den büyük olan çok aktif uçucu küller

D . ASTM C 618 sınıflaması

ASTM C 618 (Standard Specification of Fly Ash and Raw or Calcined Pozzolan for Use as a Mineral admixture in Portland Cement Concrete)’e göre uçucu küller iki grupta toplanır.

- Genellikle antrasit – taşkömürü, bitümlü kömür ve yüksek kalorili linyit kullanan termik santrallerden elde edilen ve bileşimlerindeki SiO2+Al2O3+Fe2O3 toplamının % 70’den büyük koşulunu sağlayan “F” tipi uçucu küller

- Genellikle düşük kalorili linyit ve yarı bitümlü kömür yakan santrallerden elde edilen ve bileşimlerindeki SiO2+Al2O3+Fe2O3 toplamının % 50’den büyük koşulunu sağlayan “C” tipi uçucu küller

Yukarıdaki sınıflandırmalara göre silikoalüminöz küller “F” tipi küllerdir. Silikokalsik uçucu küller ise “F” veya “C” tipi küller sınıfına girebilir. Sülfokalsik uçucu küller ise genellikle “C” tipi uçucu küllerdir. F tipi olanlar, yüksek oranda aktif-amorf SiO2 içerdiklerinden daha yüksek puzolanik aktivite gösterirler ve bu nedenle uygulamalarda daha çok kullanılmış ve daha çok incelenmişlerdir.


H.ÖZKAN, 2006

35

Uçucu küllerin, farklı tane boyutları, farklı karbon, kireç ve aktif silis ve alümin içerikleri nedeniyle farklı davranışlar göstermeleri doğaldır. Buna bağlı olarak uçucu küllerin özelliklerini genelleyerek tanımlamak yanlış olur. Bu nedenle araştırma veya uygulamalarda kullanılan uçucu külün niteliklerinin ayrıntıları ile açıklanması zorunludur (Akman ve Yıldırım, 2002). Uçucu küllerin birleşirilmiş sınıflandırılmasında kullanılan özellikler Çizelge 3.8’de verilmiştir.

Çizelge 3.8: Uçucu küllerin birleştirilmiş sınıflandırılması (Anık ve Alkan, 2004)

Özellikler “F” tipi “C” tipi SiO2 + Al2O3+ Fe2O3 (en az %) 70 50 Sülfür trioksit (SO3) (en fazla %) 5 5 Nem içeriği (en fazla %) 3 3 Kızdırma kaybı (en fazla %) 6 (12) 6 Alkali içeriği N2O (en fazla %) 1.5 1.5 CaO içeriği (%) <10 >10 MgO içeriği (%) <5 <5 Özgül ağırlık <2.4 2.4 – 2.8 Alkali eşdeğer (N2O eşdeğeri) (%) <5 5 – 10

- SiO2 (%25-60), Al2O3 (%10-30) ve Fe2O3 (%5-25) arasında değişmektedir. - Sınıf F’de, karbon zenginliğinden dolayı kızdırma kaybı %12’ye kadar çıkabilir. Betonda genel

olarak %6’dan düşük değer aranır. - CaO miktarı %10’dan düşükse uçucu kül F tipi, %10’dan büyükse uçucu kül C tipidir. Ancak F

tipi için, (SiO2+Al2O3+Fe2O3) içeriğinin de %70’ten yüksek olması gerekir.

• Enjeksiyonda Kullanılan Uçucu Küllerin Özellikleri

Tane Şekli: Uçucu küller, yandaki resimde görüldüğü üzere küresel tane şekline ve 1µm -150µm arasında tane boyutuna sahiptir (UKQAA,2002).

Bileşimi: Uçucu küllerin bileşimlerini silisyumoksit, alüminyum-oksit, kalsiyumoksit ve demiroksit oluşturur. Bileşimindeki oranlar, elde edildikleri karbonlu yakıtların kimyasal bileşimlerindeki oranlarına bağlı olarak değişim gösterir. Bunun dışında, uçucu küllerin kimyasal bileşimi, kömür yatağının değişmesi, üretilen elektirik enerjisi miktarı, termik santralin kısa zamanlı zorunlu duruşları, yakma sıcaklığının değişmesi, uçucu kül toplama sistemlerindeki farklılıklar gibi bir çok parametreye bağlıdır.Tokyay ve Erdoğdu, (1998) “Uçucu Küllerin Karakterizasyonu” isimli çalışmalarında Türkiye’de bulunan termik santrallerden beşer örnek almışlar ve kimyasal analizleri Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği laboratuvarlarında yapmışlardır. Bu analiz sonuçlarına göre uçucu küllerin ortalama değerleri Çizelge 3.9’da verilmiştir.

Özgül ağırlık: Ortalama çimento özgül ağırlığı 3.12 g/cm3 rağmen uçucu küllerin ortalama özgül ağırlıkları 2.15 g/cm3’dür (UKQAA,2002). Enjeksiyon çalışmalarında uçucu küller, kuru halde karışıma katılırlar.


H.ÖZKAN,2006

36

Çizelge 3.9: Bazı uçucu küllerin ortalama kimyasal bileşimleri

Termik Santral SiO

2 (%)

Al2O

3 (%)

Fe2O

3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

SO3

(%) K

2O

(%) Na

2O

(%) Özgül Ağırlık

Özgül Yüzey

(Blaine) cm2/g

Afşin-Elbistan (C tipi) 17.10 8.96 3.85 49.17 1.73 14.78 0.44 0.20 2.72 2704

Çatalağzı (F tipi) 59.36 25.78 5.78 2.01 0.60 0.13 3.82 0.44 2.02 2897

Çayırhan (C tipi) 47.08 17.42 8.34 13.98 1.86 4.65 1.81 2.45 2.28 2754

Kangal (C tipi) 38.34 16.69 5.11 27.62 1.60 4.44 1.29 0.61 2.50 1343

Kemerköy (C tipi) 23.22 12.90 4.56 43.64 1.62 11.08 1.19 0.32 2.33 1764

Orhaneli (C tipi) 44.98 19.57 8.11 16.55 2.07 5.73 1.41 0.21 2.30 4475

Seyitömer (F tipi) 53.14 20.77 11.36 4.44 1.19 0.55 1.56 0.75 2.10 2371

Soma 1-4 Üniteleri (C tipi) 46.08 26.91 4.37 15.26 0.60 2.40 2.03 0.30 2.20 5263



Tunçbilek (F tipi) 58.59 21.89 9.31 4.43 1.41 0.41 1.81 0.24 2.08 3019

Yatağan (C tipi) 49.24 21.75 6.67 15.64 0.83 2.11 2.42 0.56 2.44 2131

Yeniköy (C tipi) 21.86 9.55 3.60 46.25 1.69 14.46 1.01 0.26 2.92 1818

İngiltere (F tipi) 51.00 25.50 10.10 4.20 - - - - - -

Türkiye’deki termik santral uçucu kül değerleri Tokyay ve Erdoğdu (1998)’den, İngiltere uçucu kül ortalama değerleri UKQAA (2002)’den alınmıştır.

• “F” Tipi Uçucu Küllerin Enjeksiyonda Kullanım Yararları

Enjeksiyon karışımlarında puzolanik madde olarak “F” tipi uçucu kül kullanılır. “F” tipi uçucu küllerin enjeksiyonda kullanım yararları aşağıdaki gibi sıralanabilir (UKQAA,2002).

- Çimento ve suyun, karışım içinde birbirlerinden ayrılmasını (su kusmasını) azaltır.

- Enjeksiyon şerbetinin işlevlerinin ve özelliklerinin (duraylılığının) uzun zaman boyunca korunmasına yardım eder.


H.ÖZKAN, 2006

37

- Enjeksiyon karışımının geçirimlilik değerini daha da düşürür ve sülfaltlı sular gibi korozif sulara karşı dayanıklılığını artırır.

- Çimento (katı madde)/su oranını azaltır ve karışım içine giren diğer bileşenlerin miktarlarında verimi artırır.

- Ekonomi sağlar.

Akman ve Yıldırım (2002) yaptıkları araştırmada, normal portland çimentosu (PÇ-42.5), silisli dere kumu, F tipi uçucu kül, sodyum naftalen sülfonat formaldehit bazlı süper akışkanlaştırıcı kullanılarak harçlar üretmişlerdir. Hazırlanan harçlar üzerinde bir seri deney yapmışlar ve sonuçlarını şu şekilde açıklamışlardır.

- Uçucu kül katılımı fiziksel olarak betonun su ve hava boşluğunu etkiler, kimyasal olarak da bağlayıcı fazının karakterini değiştirir. Bu araştırmada her iki etki de negatif bulunmuş ve bağlayıcı içinde uçucu kül oranının artması basınç dayanımlarını düşürmüştür.

- Uçucu kül miktarı artıkça çimentonun bağlayıcılık niteliğini bozduğu varsayılmıştır.

- Süper akışkanlaştırıcı katılımı, uçucu külün dayanım üzerindeki negatif etkilerini tamamen tersine çevirmiştir. Süper akışkanlaştırıcı – çimento oranı sabit kalmakla beraber uçucu külün artışı, su+hava boşluğunu azaltmış, daha iyi bir yerleşme sağlamış, basınç dayanımları değerlerini yükseltmiştir, böylece süper akışkanlaştırıcı içeren harçlarda uçucu kül katılımı, fiziksel ve kimyasal yönden olumlu bir parametreye dönüşmüştür.

- Uçucu küllerin etkinlik katsayılarını belirlemek üzere dayanım katsayıları sabit varsayılarak yapılan yaklaşımlar anlamsızdır. Çünkü bu katsayılar sabit değildir. Sadece bu katsayıların değişimine dayanılarak yapılacak bir etkinlik etüdü düşünülebilir, ancak bu da yetersizdir, çünkü bu durumda da uçucu külün fiziksel etkisi ihmal edilmiş olacaktır.

- Uçucu küllü betonların erken dayanımları katkısız betonlara oranla yaklaşık %20 oranında düşük olabilmektedir. Süper akışkanlaştırıcı içeren uçucu küllü betonlarda bu sakınca büyük ölçüde azaltılmakta hatta tamamen etkisiz bırakılmaktadır.

UKQAA (United Kingdom Quality Ash Association) 2002 tarafından yayınlanan teknik broşürde uçucu küller ile yapılan enjeksiyon karışımları ve enjeksiyon tipleri verilmiştir.

• Sadece Uçucu Kül Enjeksiyonu: Sadece boşluk doldurmak için kullanılan ve düşük dayanımlı enjeksiyonlardır. Su / Katı madde oranları 0.35 – 0.50 arasında değişir. Eğer ortamda yeraltısuyu akışı yok ise, uçucu kül enjeksiyonu düşük dayanımlı ve yumuşak olarak uzun zaman boyunca kalır.

• Uçucu Kül / Çimento Enjeksiyonu: Uçucu kül / portland çimentosu oranlarının değiştirilmesiyle çok çeşitli dayanım ve yoğunluk değerleri elde edilebilir. İstenilen dayanım ve elastik özelliklere göre uçucu külün portland çimentosuna oranları 1:1’den 20:1’e kadar değişebilir.

• Uçucu Kül / Kireç Enjeksiyonu: Uçucu kül enjeksiyonlarına kireç eklenmesi, enjeksiyon dayanımının ve pompalama kapasitesinin yükselmesini sağlar. Ancak kirecin normal portland çimentosu ile ekonomik açıdan büyük farklılığı olmadığından dolayı kireç pek tercih edilmemektedir.

• Uçucu Kül / Çimento / Kil Enjeksiyonu: Uçucu kül çimento karışımına bentonit eklenmesi enjeksiyon karışımında su – katı madde ayrılmasını düşürür. Karışımdaki katı madde miktarının ağırlıkça %8’i kadar veya daha fazla oranlarda bentonit eklenir.


H.ÖZKAN,2006

38

• Uçucu Kül / Çimento / Kum Enjeksiyonu: Tane boyutlarının önemli olmadığı durumlarda örneğin büyük boşlukların doldurulması için uçucu kül - çimento enjeksiyonlarına kum hatta ince çakıl eklenebilir. Bu durumda enjeksiyon karışımının yoğunluğu artırılmış da olur .

3.1.1.4.2. Silis Dumanı (Silica Fume)

Kuvarsın saflaştırılması için elektrik ark fırınları ile silis (silikon) elemanı ve ferro-silikon alaşımı elde edilirken yan ürün olarak çıkan dumanın yoğunlaştırılması ile elde edilir. Silis dumanı %85-95 şekilsiz (amorf) silis içerir ve küresel olan tanelerin çapı 0.05-0.5 mikron arasındadır. Bunun anlamı, silis dumanındaki en büyük tanelerin çapı çimentonun en küçük tane çapından daha küçüktür. Silis dumanının özgül yüzey (Blaine) değeri, özgül yüzey değeri 280-350 m2/kg olan çimentodan 50 kat daha büyük olabilir. Çok aktif bir puzolan olan silis dumanı, betondaki sönmüş kireçle (çimento içindeki yüksek CaO, betonda Ca(OH)2’e dönüşür) birleşmesinin ötesinde, çimento danelerinin arasına da girerek, yüksek dayanımlı beton elde edilmesine de katkıda bulunur. Silis dumanı çimento ağırlığının en fazla %10’una kadar kullanılabilir. Silis dumanı karışım suyu miktarını artıracağı için, Büzülme (rötre) çatlağı kontrolü bakımından su azaltıcı katkı maddesi ile kullanılmalıdır (Anık ve Alkan, 2004).

Başka sanayi dallarında da kullanıldığı için Türkiye’de oldukça pahalı bir üründür. Üretim fazlası olan ülkelerde silindirle sıkıştırılmış beton (SSB) barajlarda kullanılmıştır. Silis dumanını, silis pudrası (silica powder) ile karıştırmamak gerekir. Silis pudrası doğal puzolan olup, kuvarsın öğütülüp toz haline getirilmesi ile elde edilir.

3.1.1.5. Enjeksiyon Karışım Suyu Kalitesi

Enjeksiyonda kullanılacak olan su, temiz – berrak olmalı ve sülfat ile diğer çözünmüş kimyasalları içermemelidir. Eğer içme suyu niteliğinde değil ise kimyasal analizleri yaptırılmalı ve içeriğinde organik maddelerin, sülfat, sülfit, karbonat, klorit oranlarının toplamı en fazla 100 – 500 mg/l arasında olmalıdır (McMahon& Mann Cons. Eng. 2001).

Enjeksiyon karışım suyu ile yapılan karışımların basınca dayanımları ile içme suyu ile yapılan aynı oranlardaki karışımların basınç dayanımları arasında en fazla % 10’luk fark bulunmalıdır (DSİ, 1987).

3.1.1.6. Enjeksiyon Karışımı İçin Priz Hızlandırıcılar

Enjeksiyonun çabuk katılaşması istenilen yerlerde kimyasal katkı maddeleri, priz hızlandırıcılar kullanılır. Bu tür katkı maddeleri, su ile çimento arasında meydana gelen hidratasyon reaksiyonu sonucu açığa çıkan ısıyı daha kısa sürede açığa çıkartarak, enjeksiyon şerbetinin hızlı bir şekilde katılaşmasını ve erken dayanım kazanmasını sağlar.

Priz hızlandırıcılarının enjeksiyon uygulamalarında kullanım alanları olarak, soğuk hava koşullarında yapılacak enjeksiyon işleri, enjeksiyon şerbetinin fazla uzağa gitmemesinin istenildiği durumlar, alüvyon enjeksiyonları sayılabilir.

Hızlandırma etkisi, çimentonun cinsine-dozajına, çimento-hızlandırıcı etkileşimine, ortam sıcaklığına-nemine, enjeksiyon şerbetinin kıvamına ve eğer akışkanlaştırıcı ile beraber kullanılırsa onun dozajı ve tipine bağlı olarak değişir.

Priz hızlandırıcılardan, enjeksiyon şerbetinin priz aldıktan sonra son dayanımlarında düşme yapmaması, bütün akışkanlaştırıcı katkılar (lignin, naftalin/melamin sülfonat bazlılar) ile uyumlu olması, çökelme ve jel yapma gibi olumsuzluk yaratmaması istenir.


H.ÖZKAN, 2006

39

SİKA (2003) tarafından verilen yayında, bu firma tarafından üretilen priz hızlandırıcıların dozajı, enjeksiyon karışımına giren çimentonun % 0.5 - 4.0 'i kadar ağırlıkta (100 kg çimento için 500 gr – 4kg) arasındadır olduğu belirtilmektedir. Bu alt ve üst sınırlar bu firmanın ürünleri için geçerlidir. Başka firmaların ürünlerinde bu oranlar değişebilecektir. Bunun yanı sıra kullanılan çimento tipine göre priz hızlandırıcıların oranları değişiklik göstereceği için ön deneyler yapılması önerilir.

3.1.1.7. Enjeksiyon Karışımına Akışkanlık Sağlayıcılar

Enjeksiyonun ortama daha rahat ve hızlı bir şekilde yayılımının sağlanabilmesi için bazı kimyasal akışkanlaştırıcılar enjeksiyon karışımına eklenir. Enjeksiyonlarda, akışkanlığın yükseltilmesi, dolayısıyla viskozitenin düşürülmesi için, karışımında yer alan çimentonun ağırlıkça % 0.5 – 1’i kadar genellikle naftalin sülfonat bazlı katlılar eklenir. (Mining Life, 2003).

Akışkanlık sağlayıcılara bir örnek olması bakımından SİKA firması tarafından üretilen ve piyasada “Intraplast-Z” isminde pazarlanan genleşme özellikli çimento (harç) katkısının bazı özelliklerine burada değinilmiştir. Bu katkı maddesi, karışımda mikro baloncuklar oluşturarak yaş hacmi genleştiren ve ayrıştırma yapmaksızın akışkanlığı artırıcı özellik taşımaktadır. Akıcılığı artırmasının yanı sıra kohezyonu ve karışımın katılaşması anında taneciklerin yapışmasını artırmaktadır. Dona karşı dayanıklılığı yüksek, gri toz şeklindeki bu katkı maddesi, ön germe kablolarının kılıf borularının doldurulması, kaya ve toprak ankrajı çalışmalarında, enjeksiyon işlerinde, karşımdaki çimento ağırlığının %2’si kadar ağırlıkta kullanılır. Birim ağırlığı kuru halde 0.7 gr/cm3’dür (SİKA, 2003).

Priz hızlandırıcılar, akışkanlık sağlayıcılar gibi karışıma giren katkı maddesinin uygunluğunun ve özellikle miktarlarının deneyler sonucunda belirlenmesi gereklidir.

3.1.2. Tanecikli Enjeksiyonlarda Karışım Oranları

Tanecikli enjeksiyonların karışım oranlarını belirleyen en önemli etken, enjeksiyon yapılacak ortamı oluşturan gereçlerin (kil - kum - çakıl) özelliklerine ve kayaların çatlak açıklıklarına bağlı olarak enjeksiyonun nüfuz edebilme özelliğidir. Nüfuz edebilme özelliğini, enjeksiyon karışımının akışkanlığı, duraylılığı, dayanımı v.b ölçütler denetler. Gerekli ölçütlerin elde edilebilmesi için tanecikli (çimento) enjeksiyon karışımlarına kimyasal akışkanlaştırıcılar, duraylaştırıcılar (pozolanik maddeler, bentonit), katılaşma zamanı geciktirici veya hızlandırıcı kimyasallar, şişme özelliği kazandırıcılar (bentonit), korozyon önleyiciler (örneğin klorit ve kalsiyum nitrit’in korozyon etkisine karşı - Ganz ve Vildaer, 2002) eklenir. Bu ek maddelerin bir tanesinin kullanılmasının yanı sıra bir kaçı da bir arada karışıma eklenebilir.

Çatlaklı ve kırıklı kayaların enjeksiyonları için tanecikli enjeksiyon karışım oranları ve karışıma katılan başlıca kimyasal katkı maddeleri Çizelge 3.10’da ve uçucu kül – çimento karışım oranları Çizelge 3.11’de verilmiştir.

3.2. Taneciksiz (Duraylı - Kimyasal) Enjeksiyonlar

Kullanım yerlerindeki çeşitliği göre birçok değişik özelliklere sahip kimyasal (taneciksiz, solüsyon, çözelti) enjeksiyon türü bulunmaktadır. Çizelge 3.12’de verilen sodyum silikat, akralit, odun özü (lignin), üretan ve reçineler kimyasal enjeksiyon türlerinden en sık kullanılanlarıdır.

Kimyasal enjeksiyonlar, çimento enjeksiyonlarına göre çok pahalı olmalarının yanı sıra, bir çok türü çok zehirlidir. Buna rağmen çimentodan daha fazla özelliklere sahiptir. Geniş viskozite


H.ÖZKAN,2006

40

aralığında bulundukları gibi, çok küçük açıklıklara sokulumu için inceltilmiş sıvı haline getirilebilir. Kimyasal enjeksiyonlarda, karışımına sonradan eklenen çeşitli çözeltiler ile katılaşma zamanının kontrolü yapılabililir ve amacına göre çok yüksek basınç dayanımları elde edilebilir.

Çizelge 3.10: Tanecikli enjeksiyon karışım oranları (DSİ, 1987)

Bentonit (Çimento

ağırlığının)

Kum (Çimento

ağırlığının)

Ağırlıkça Su – Çimento

Oranı (S/Ç)

Çimento (kg)

Su (litre)

(%) (kg) (%) (kg)

Karışımın Hacmi (litre)

3 / 1 50 150 5 2.5 - - 167

3 / 2 50 75 4 2 - - 92

1 / 1 50 50 3 1.5 - - 67

5 / 7 50 36 2 1 - - 53

HARÇ KARIŞIMLARI

5 / 7 50 36 2 1 25 12.5 59

5 / 7 50 36 2 1 50 25 67

5 / 7 50 36 2 1 100 50 81

5 / 7 50 36 2 1 200 100 108

5 / 7 50 36 2 1 >200 >100 >108

GEREKTİĞİNDE KARIŞIMLARDA KULLANILAN KİMYASALLAR

Kalsiyum klorür (CaCl2), Sodyum silikat (Na2SİO3), Sodyum fosfat (Na2PO3), Alüminyum klorür (AlCl3), Demir klorür (FeCl3), Baryum klorür (BaCl2)

Kimyasal enjeksiyonlar, organik polimerler, akralamitler (AM - 9), krom - odun özü (krom – lignin), epoksi ve polyester reçinelerinden oluşmaktadır. Akralamitler organik monomerlerin karışımıdır. Polimeriye olması için su, tepkime hızlandırıcılar (katalizör) ve tepkime başlandırıcılar (oksitlendirici) gereklidir. Katılaşma zamanı, başlandırıcıların çözeltiye ilave edilmesiyle başlar ve çözeltide katalizör veya engelleyici maddelerin oranlarının değiştirilmesi suretiyle kontrol edilir. Akralamitler çok çok ince tane boyuna sahip zeminlerde enjeksiyonlarının yapılabilmesiyle, büyük avantajları olmasına rağmen, pahalı ve çok zehirlidir. Krom - odun özü (lignokrom), sos kıvamında çözelti olup bikarbonat ilavesiyle jel duruma geçmektedir. Krom - odun özünün, 10 dakikadan - 10 saate kadar değişebilen aralıkta katılaşma zamanları kolayca kontrol edilebilmesine rağmen pahalı ve zehirlidir. Epoksi ve polyester reçineleri, reçinenin kendisi ve katalizör madde bileşiminden oluşan iki bileşenli sistemlerdir. Bunlar, tüm enjeksiyonlar arasında en fazla dayanıma sahip olan enjeksiyonlardır. Katılaşma zamanlarının kolayca kontrol edilebilmesine rağmen, yüksek viskoziteye sahip olmalarından dolayı enjeksiyonda zorluklara neden olmaktadır. Birçok kimyasal enjeksiyon örneğinde olduğu gibi pahalı ve zehirlidir.


H.ÖZKAN, 2006

41

Çizelge 3.11: Uçucu kül – çimento karışım oranları ve yaklaşık dayanımları (UKQAA,2002).

1m3 enjeksiyon karışımı içinde yer alan maddelerin ağırlıkları (kg)

Ağırlıkça Uçucu Kül /

Portland Çimento Oranı

(UK/Ç) Uçucu Kül Portland

Çimentosu Su

Bulk Yoğunluğu

kg / m3

28 günlük Tipik Sıkışma

Dayanımları N / mm2

1:4 1:3 1:2 1:1

285 355 465 675

1140 1095 930 675

500 500 490 475

1925 1920 1885 1825

20 – 30

2:1 3:1 4:1 5:1

870 965

1020 1055

435 320 255 210

455 450 445 445

1760 1735 1720 1710

4 – 13

6:1 7:1 8:1 9:1 10:1

1080 1100 1115 1125 1135

180 155 140 125 115

440 440 440 440 440

1700 1695 1695 1695 1680

2 – 4

11:1 12:1 13:1 14:1 15:1

1140 1150 1155 1160 1165

105 96 90 85 80

435 435 435 435 435

1680 1680 1680 1680 1680

< 2

Çizelge 3.12: Başlıca kimyasal enjeksiyonların uygulama alanları (CECW-EG, 1995)

Kimyasal Enjeksiyon Türleri

Uygulama Alanı Sodyum Silikat Akralit Odun Özü

(Lignin) Poliüretanlar Reçineler

Dayanım artırma Sık kullanılır Sık kullanılır Sık kullanılır Ender kullanılır

Ender kullanılır

Su akımını azaltma / kesme Sık kullanılır Sık kullanılır Sık kullanılır Kullanılır Ender kullanılır

Beton onarımı Kullanılır Kullanılır Kullanılır Sık kullanılır Sık kullanılır

Kanalizasyon onarımı Kullanılır Kullanılır Kullanılır Sık kullanılır Sık kullanılır

Yük iletimi ve destekleme Kullanılır Kullanılır Kullanılır Sık kullanılır Kullanılır

Ankrajların yerleştirilmesi Ender kullanılır

Ender kullanılır

Ender kullanılır Kullanılır Sık kullanılır


H.ÖZKAN,2006

42

3.2.1. Sodyum Silikat Enjeksiyonu

Çevresel etkilerinin diğer kimyasal enjeksiyonlara göre hemen hemen olmaması ve zehirleme etkisi açısından güvenli olmaları nedeniyle sodyum silikat enjeksiyonları, en yaygın uygulanan kimyasal enjeksiyon türüdür. Ayrıca uygulanan kimyasal enjeksiyonlar arasında silikat enjeksiyonları, en ucuz enjeksiyon türüdür. Çizelge 3.13’de silikat enjeksiyonlarının fiziksel özellikleri verilmiştir.

Çizelge 3.13: Silikat enjeksiyonların fiziksel özellikleri (CECW-EG, 1995)

SINIF Örnek Viscozite (cP)

Jelleşme Zamanı

Aralığı (dk) Özgül Ağırlık Dayanım

(kPa)

Silikat (Düşük konsantrasyonlu) Silikat -bikarbonat 20 0.1 - 300 1.02 >345

4 - 40 5 – 300 1.10 > 3450 Silikat (Yüksek konsantrasyonlu) Silikat-klorit

30 - 50 0 --- > 3450

Sodyum silikat enjeksiyonları ince kum boyutuna kadar tane boyutuna sahip ve permeabilite katsayısı 5x10-4 cm/s veya daha büyük olan ortamlarda uygulanır. Sodyum silikat, kumun ve sodyum karbonatın (soda külü) 1200 – 1400 derecede elektrikli ısıtıcıların bulunduğu potalarda birlikte eritilerek, birleştirilmesinden oluşur. SiO2 / Na2O karışımından elde edilen bir çok cam bulunmasına rağmen, sadece ağırlıkça 4(SiO2)/1(Na2O) oranından daha az oranlarda hazırlanmış olan karışım suda çözülebilir. J.N. von Fuchs’un 1825 yılında yaptığı çalışmalarda, sodyum silikat çözeltilerine “su camı” deyimini kullanmıştır. Ticari olarak sodyum silikat çözeltileri ağırlıkça 3.22(SiO2)/1(Na2O) oranlarında üretilir. Bu oranlardaki karışımda %8.9 (Na2O) ve %28.7 (SiO2) bulunur ve karışımın pH=11.4 iken özgül ağırlığı 1.394 gr/cm3, viskozitesi ise 180 santipoise ‘dur (Lenzini ve Bruss,1975).

Silikat enjeksiyonları, esas olarak sodyum-silikat çözeltisi ve su karışımı içermektedir. Silika, çözelti bazik olduğunda (pH>10), silikat iyonları halindedir. Çözeltinin pH'nın düşürülmesi veya çözeltiye kalsiyum klorit gibi elektrolitik tuz eklenmesi durumunda silikat iyonları çözeltinin jel haline gelmesini hızlandırır. Ayrıca çözeltiye asit eklenmesi de, çözeltinin jel haline gelmesine neden olur. Fakat enjeksiyon kalitesi düşmektedir. Çünkü jel haline geçmesi yavaş olmakta ve buna bağlı olarak basınç dayanım özelliklerinde önemli düşüşler olmaktadır. Sulandırılmış asit - sodyum silikat enjeksiyonları (örneğin silikat - bikarbonat) büyük çoğunlukla geçici enjeksiyon uygulamalarında kullanılır. Etil-asetat gibi organik esterler ile sodyum silikat bileşimi geliştirilmiştir. Bu esterler kontrol edilmiş oranda asit üretir ve asit silikatı jel haline dönüştürür.

a. Tepkime sağlayıcılar

Tepkime sağlayıcılar, sodyum silikatın alkalinitesini değiştirerek jel haline getirirler. Sodyum bikarbonat, hidroklorik asit, bakır sülfat ve formamitler sık kullanılan tepkime sağlayıcılardır.

Sodyum silikat çözeltisi alkalindir. Hacimce yüzde 1 veya 2 oran ında sodyum silikat bulunan bir çözeltide, alkali olan bu çözelti nötrleştirildiğinde, çözeltide askılı halde bulunan silikat parçacıkları jel haline dönüşmektedir. Bu nötrleşmeyi sağlayan üç tür tepkime sağlayıcı bulunmaktadır (CECW-EG, 1995). Bunlar;

• Asitler (fosforik asit, sodyum hidrojen sülfat, sodyum fosfat, karbondioksit çözeltisi),


H.ÖZKAN, 2006

43

• Alüminyum tuzları (kalsiyum klorit, magnezyum sülfat, magnezyum klorit, alüminyum sülfat) ve

• Organik katkılardır (glioksal, asetik ester, etil karbonat formamit).

Etil asetat ile sodyum silikat çözeltisi tepkimesinden ürün olarak asetik asit ve etil alkol çıkar. Çözeltiye glioksal eklenmesi glikolik asitin oluşmasını sağlar. Bu asitler jelleşmeyi başlatır. Çözeltiye bir miktar sodyum alüminat veya kalsiyum klorit katılması, çözeltinin jelleştikten sonra katılaşma zamanının kontrol edilmesini sağlar. Formamit, çözeltide bulunan silikatın (Si2O) ağırlığının % 5 – 20’si kadar oranlarda çözeltiye katılır. Benzer şekilde jelleşmeyi yapıcı ve hızlandırıcı olarak sodyum alüminat, çözeltide bulunan silikatın (Si2O) ağırlığının % 0.6 – 10’u kadar oranlarda çözeltiye katılır (Lenzini ve Bruss,1975).

Silikat enjeksiyonlarının viskozitesi, çözelti içinde bulunan silikatın miktarına bağlıdır. Yüksek silikat oranları çözeltiyi daha viskoz, yoğun yapmaktadır. (Çizelge 3.14).

Çizelge 3.14: Silikat konsantrasyonlarının viskoziteye göre değişimleri (CECW-EG, 1995)

Sodyum Silikat Konsantrasyonu (%) Viskozite Faktörü (Su ile karşılaştırmalı)

10 20 30 40 50 60 70

2.5 3.2

3.5 – 4.5 4.0 – 6.0 5.2 – 12.0 8.0 – 20.0

82

b. Dayanıklılık

Silikat enjeksiyonlarının, soğuk havada katılaşmaya, sıcak havada erimeye, ıslanmaya veya kurumaya karşı dayanıklı olabilmesi için, enjeksiyon karışımı, karışıma giren gereçlerin hacmine göre % 35 veya daha fazla oranlarda silikat içermelidir. Eğer enjeksiyonda hacimce %30 veya daha az oranlarda silikat olması durumunda, bu karışıma sahip enjeksiyonlar, sürekli su teması olmayan veya geçici duraylılık istenilen yerlerde kullanılmalıdır (CECW-EG, 1995).

3.2.1.1. Silikat Sistemleri

Çok yaygın olarak silikat enjeksiyonlarında tepkime sağlayıcı olarak formamit ve az oranlarda ise kalsiyum klorit, sodyum alüminat veya sodyum bikarbonat jelleşmeyi hızlandırıcı olarak kullanılır. Tepkimeyi hızlandırıcılar, jelleşme zamanının kontrolü, dayanımın artırılması ve enjeksiyonun jelleşmesi için kullanılırlar. Ancak hep birlikte karışıma katılmazlar, karışımda ayrı ayrı kullanılır. 37°C’nin altında kullanımları, tepkime hızlandırıcılarının etkilerini artırır ve ısının düşmesi ile etkileri daha da artar. Aşırı hızlandırıcı miktarları, enjeksiyon karışımında arzu edilmeyen yığınlaşmalara, yersel jelleşmelere neden olur. Bunun sonucunda da enjeksiyonun bütünün içinde farklı zamanlarda jelleşme ve katılaşma ile enjeksiyon takımlarında tıkanıklar yaratabilir.


H.ÖZKAN,2006

44

Diğer tepkime sağlayıcıların karışıma katılmasından önce, tepkime hızlandırıcılar genellikle istenilen konsantrasyon oranlarını sağlayacak şekilde suda çözünürler. Daha sonra karışıma sıvı durumda iken katılırlar. Tepkime sağlayıcılar ve hızlandırıcılar eş zamanlı olarak görev yaparlar fakat her birinin tepkimesi, kullanıldıkları ısı derecesine göre farklılık gösterir. 34°C’nin altında hızlandırıcıların işlevi, tepkime sağlayıcıların işlevinden daha fazladır. 37°C’nin üzerindeki durum ise bu olayın tam tersidir. Daha önceki deneyimler, yüksek sıcaklılarda tepkime hızlandırıcılara gerek duyulmadığını göstermiştir (CECW-EG, 1995).

• Silikat – klorit – amit sistemi : Silikat-klorit-amit sistemi, temel gerecinin taşıma kapasitesinin artırılması için kullanılır. Zemin içindeki tanelerin pekiştirilmesi için yeraltısuyu düzeyinin altında da başarı ile uygulanmaktadır. Eğer enjeksiyonun hacimce % 35 veya daha fazla oranlarda silikat içermesi durumunda, soğuk havada katılaşmaya, sıcak havada erimeye, ıslanmaya veya kurumaya karşı dayanıklı olarak enjeksiyon sürekliliğini korur.

• Silikat – alüminat – amit sistemi: Silikat-alüminat-amit sistemi, basınç dayanımının artırılması ve geçirimsizlik için kullanılır. Silikat-klorit-amit sistemi ile aynı davranışları göstermesine karşın geçirimsizlik açısından su sızmaların ve su akışının kesilmesi çalışmalarında daha iyi sonuçlar elde edilmektedir. Asidik zeminlerde kullanılan bu sistemin maliyeti, silikat-klorit-amit sistemi maliyetine göre çok az pahalıdır. Eiswirth ve diğ. (1997) yaptıkları çalışmaya göre, hacimce %2 sodyum alüminat (Na2OmAl2O3 18.9H2O), hacimce %18 sodyum silikat gel (Na2O(SiO2)n 27.7H2O) ve hacimce %80 su kullanılan karışımda aşağıdaki kimyasal tepkime oluşmaktadır.

Na2O(SiO2)3.3 + 0.16 (Na2O)1.72 Al2O3 + 1.11 (H2O) → 0.04Na8(Al02)8(Si02)82.5 + 2.23 Na+OH-

• Silikat – bikarbonat – amit sistemi: Silikat-bikarbonat-amit sistemi yüzey veya yüzeye çok yakın zeminlerde kısa zaman aralığında duraylılık sağlanılması istenilen yerlerde kullanılır.

• Zayıf asitin silikat tuzu (Malmberg Sistemi):

- Malmberg sistemi, zayıf asitin silikat tuzu ile sodyum silikat çözeltilerinin karışımından oluşan silisik asit jeli üretimi temeline dayanır. Zemine önce sodyum-silikat ve arkasından genellikle kalsiyum klorit çözeltisi enjekte edilmesi temeline dayanan ve Joosten yöntemi de denilen iki çözelti sistemlerine göre bu sistem, çökelme ve alkali pH sağlanılması açısından farklıdır.

- Bu sistemde, alkali veya amonyum tuzlarının zayıf asitlerini (sülfürik, borik, karbonik asit gibi) içeren tepkime sağlayıcılar kullanılır. Özel tuzlar, sodyum bisülfit, sodyum tetraborat, sodyum bikarbonat, potasyum hidrojen oksalat, potasyum tetraoksalat ve sodyum alüminat içerir. Bu tuzlar, enjeksiyonun etkinliği için değişik oranlarda verimli olurlar. Ancak tüm bu tuzlar, dayanım artırılması ve geçirimsizlik açısından etkindirler.

- Bu sitemde enjeksiyon karışımının hacim olarak % 10 - %70 oranı aralığında sodyum silikat kullanılır. Ancak uygulamalarda genellikle bu oran aralığı %20 - %50’dir.

- Bu sistemdeki karışımın, alüminyum gibi metallere karşı korozyon etkisinin düşük olmasına rağmen enjeksiyon ekipmanlarına (pompa, karıştırıcı vb.) karşı etkisi konusunda garanti bulunmamaktadır.

- Bu sitemdeki çözelti, karbondioksit ile tepkime yapacağından dolayı, basınçlı hava ile köpürterek ve hava ile teması artırıcı şiddetli karıştırma yapılmaması gereklidir.


H.ÖZKAN, 2006

45

- Jelleşme zamanı diğer sistemlerde olduğu gibi çözeltinin konsantrasyonunun değiştirilmesi ile kontrol edilebilir. Sodyum silikat konsantrasyonun azaltılması jelleşmeyi geciktirir, asit – tuz miktarlarının ve/veya ısının artırılması jelleşmeyi hızlandırır. Benzer şekilde enjeksiyon yapılan ortamda jips gibi tuzların bulunması veya asidik zeminler jelleşmeyi hızlandıracağı gibi, alkali zeminler jelleşmeyi yavaşlatır hatta önler.

- 10 - 8 cm/s arasında değişen permeabilite katsayılarına sahip kumlu zeminlerin duraylılığını artırıcı yönde Malmberg sistemin uygulandığı görülmüştür. Bu sistem, kumlu zeminlerde suyun kesilmesi için uygun olmasına rağmen, kaya ortamının açık çatlaklarından gelen suyun kesilmesi için kullanılmamaktadır.

- 75 µm elek açıklığından %10 gereç geçen ince kumlarda dayanım için hacimce %50 sodyum silikat kullanılmadır. Ancak bir projede 75 µm elek açıklığından %22 gereç geçen kumlarda, hacimce %25 sodyum silikat kullanılarak istenilen başarı düzeyi sağlanmıştır.

- Bu sistemde, akışkanlığı kolaylaştırıcı yağlama ve viskozite yayılım yönünden iki önemli etkendir. Örneğin; uygun karışım hazırlanması durumunda, 10 cP viskoziteye sahip Malmberg sistemi, 3 cP viskoziteye sahip olanına göre daha az yayılım özelliği göstermiştir (CECW-EG, 1995).

3.2.1.2. Yayılım Özelliği

Uygulamada hacimce %30 silikat çözeltisi bulunan bir karışımın yayılım özelliği, 106 µm elek açıklığından geçebilen gereçler için sınırlandırılmıştır. Ancak enjeksiyon yapılacak olan zemindeki gereçlerin, 106 µm elek açıklığından gereç miktarına, daha sonra bu geçen gereçlerin 150 µm elek açıklığından geçenlerinin oranı %50 veya 75 µm elek açıklığından geçen gereç miktarının %10 olması diğer sınırlayıcı özelliktir.

Sodyum silikat enjeksiyonlarında jelleşme zamanı, katılaşma ısısı ile 21oC ısı aralığında birkaç dakikadan saatler boyunca kontrol edilebilir. Silikat enjeksiyonları duraylı olarak toprak donma düzeyi ve yeraltısuyu düzeyi altında başarılı bir şekilde uygulanır ancak soğuk havada donduğunda, sıcak havada eridiğinde, ıslandığında veya kuruduğunda dayanıklılıkları zayıftır. Yayılım özelliği ;

- Enjeksiyon yapılan düzeyden itibaren üzerinde kalan zemin yüküne, - Uygulanan basınç değerine, - Zeminin boşluk oranına, - Enjeksiyon öncesi zeminin permeabilite değerine, - Zeminin tane boyu dağılımı gibi etkenlere bağlıdır.

Çoğu düşük viskoziteli ve akışkan silikat enjeksiyonu (örneğin, düşük silikat konsantrasyonlu), 75µm elek açıklığından geçen tane boyuna sahip zeminlerde uygulanır. Diğer yönden %70 gibi silikat konsantrasyonlarına sahip viskoz silikat enjeksiyonları ise 300 µm elek açıklığına yakın tane boyuna sahip zeminlerle sınırlandırılmıştır. Fakat aynı zeminde bu sınır koşulu, 106 µm elek açıklığından geçen gereç miktarının %25’den ve 75 µm elek açıklığından geçen gereç miktarının da % 25’den fazla olmaması durumunda geçerlidir (CECW-EG, 1995) .


H.ÖZKAN,2006

46

3.2.1.3. Jelleşme Zamanına Etki Eden Özellikler

Şekil 3.2‘de değişken sodyum silikat konsantrasyonlarında ve tepkime sağlayıcı olarak hacimce %30 kalsiyum klorit kullanıldığında, tane boyu dağılımı bilinmeyen kumun iki çözelti sistemi ile enjeksiyonunun yapılmasından sonra basınç dayanımlarının değişimi görülmektedir.

Şekil 3.2: Silikat enjeksiyonlu kumun basınç dayanımının, silikat oranları ile değişimleri (CECW-EG, 1995)

Şekil 3.3’de içinde hacimce %20 silikat konsantrasyonu bulunan silikat-klorit-amit sistemi enjeksiyonunun sıcaklıkla değişimi ve Şekil 3.4’de ise hacimce %20 silikat konsantrasyonu bulunan silikat-klorit-amit sistemi içinde değişik oranlarda kullanılan tepkime hızlandırıcılarının jelleşme zamanı üzerine etkileri verilmiştir.

0 1 3 7 14

ZAMAN(gün)

0

1

2

3

4

5

BA

SIN

Ç D

AYA

NIM

I (M

Pa)

75% SİLİKAT, 25% SU




100% SİLİKAT


H.ÖZKAN, 2006

47

Şekil 3.3: Silikat-klorit-amit sisteminde jelleşme zamanının sıcaklıkla değişimleri (CECW-EG, 1995)

Silikatı jel haline getiren tepkime sağlayıcılarla sodyum silikat karışımının aynı anda, birlikte enjeksiyonu olan tek çözelti yöntemine göre jelleşme zamanına etki eden etmenler aşağıda verilmiştir.

- Eğer karışıma giren diğer maddeler sabit tutulursa, silikat konsantrasyonundaki artış, jelleşme zamanını uzatır.

- Tepkime sağlayıcının miktarının artması jelleşme zamanını azaltır. - Tepkime hızlandırıcıların, yukarıda verilen sınır değerlerin üzerindeki miktarlarda

kullanılması jelleşme zamanını kısaltır. - Isının artması jelleşme zamanını azaltır. - Ortamda büyük miktarlarda asit olmaması dışında, enjeksiyonu yapılan ortamdaki

gereçlerin pH değeri jelleşme zamanına etkisi düşüktür. Ortamda asit olması durumunda alüminat içeren silikat enjeksiyonu kullanılmalıdır.

- Enjeksiyon yapılan ortamda,klorit, sülfat, fosfat gibi çözünebilir tuzlar ın varlığının olması durumunda, bu tuzların konsantrasyonlarına bağlı olarak jelleşme hızlanarak, zaman kısalır.

10

100

1000

1 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0

SICAKLIK ( oC)

JELL

EŞM

E ZA

MA

NI (

Dak

ika)

4%

6%

8%

10%

12%

14%

- Hacimce % 20 SİLİKAT - Eğrilerde gösterildiği oranlarda hacimce % AMİT TEPKİME SAĞLAYICI - Kalan % 100 için Hacimce % SU


H.ÖZKAN,2006

48

- Tuz ile kirlenmiş veya içinde çözünmüş tuz bulunan suların enjeksiyonda kullanımının jelleşme zamanına etkisi olabilir. Kullanılan suyun kimyasal analizlerinin yapılması bundan dolayı gereklidir.

- Doğrudan güneş ışınlarının jelleşme zamanı üzerine etkisi bulunmamasına rağmen, güneş ışınları etkisinde kalan sodyum silikatın aşırı kuruması ile zayıflaması gündeme gelebilir.

- Silikat enjeksiyonu karışımına giren gereçler üzerinde, soğuk havanın/donun etkisi çok düşüktür. Ancak donma olayı enjeksiyon boyunca kaçınılması gerek bir durumdur.

- Bentonit, kil gibi bazı dolgu gereçleri jelleşme zamanını çok az etkiler. Eğer hacimce ortadan yükseğe konsantrasyonlarda dolgu gereci kullanılırsa, ısının değişimine neden olduğundan dolayı jelleşme zamanı etkilenir.

Şekil 3.4: Silikat-klorit-amit sisteminde jelleşme zamanının hızlandırıcı miktarlarına göre değişimleri (CECW-EG, 1995)

Sodyum silikatın ve bikarbonatın korozyon etkisi yoktur. Ancak amit ve onun sulu çözeltileri gibi tepkime sağlayıcılar, bakır ve pirinç üzerine korozyon etkisi bulunmasına rağmen alüminyum ve paslanmaz çelik üzerinde etkin değildirler. Klorit çözeltileri demir ve çelik üzerine korozyona sahip olmamasına rağmen ortamda tepkime sağlayıcı olarak asit bulunması durumunda bu metaller korozyona karşı duyarlılaşır. Eğer klorit çözeltisi içinde bulunan çelik aksamların hava ile temas eden kısımları korunmasız bırakılırsa, metalin çözelti ile hava sınırında olan kesimlerimde paslanmalar olacaktır.

ALÜMİNAT (100 litre enjeksiyon içinde kg olarak)

JELL

EŞM

E ZA

MA

NI (

Dak

ika)

12%

8%

14%

10

100

1000

1 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

6%

10%

4%

2%

- Hacimce % 20 SİLİKAT (21oC ‘ de) - Eğrilerde gösterildiği oranlarda hacimce % AMİT TEPKİME SAĞLAYICI Alüminat (kg) - Kalan % 100 için hacimce % SU


H.ÖZKAN, 2006

49

Genel olarak 75 μm elekten geçen gereçten daha kaba tane boyutuna sahip zeminlere silikat enjeksiyonu uygulanarak, zeminin dayanımı ve buna bağlı olarak yük taşıma kapasitesi geliştirilebilir. Çizelge 3.15’de sodyum silikat ile enjeksiyonu yapılmış çeşitli gereçlerden alınan örneklere ait tek eksenli basınç dayanım değerleri verilmiştir.

Enjeksiyonu yapılmış taneli zeminlerin basınç dayanımları, enjeksiyonun konsantrasyonlarına ve göreceli olarak yoğunluğuna birincil derecede bağlıdır. Yapılan deneylere göre hacimce %40 veya daha fazla oranlarda silikat bulunan ve bikarbonat içermeyen karışım enjeksiyonların dayanıklılığı, basınca dayanımı ve yayılım etkisi yüksektir. Deneyler ve gözlemler sonucuna göre silikat enjeksiyonları, donma ve erime koşullarında yayılım özelliğini yitirmeyen, sıcaklığa karşı duraylılığını koruyan ve asitliğe, alkaliniteye, tuzluluğa, bakterilere, mantarlara karşı dayanımlı enjeksiyon türüdür.

Çizelge 3.15: Çeşitli gereçlerin silikat enjeksiyonu uygulandıktan sonra tek eksenli basınç dayanımları (CECW-EG, 1995’den)

Gereç Türü

Silikat Enjeksiyonundan sonra Gerecin Basınç Dayanımı (kPa)

Silikat enjeksiyonu ile doygun hale getirilmiş çok gevşek taneli gereç (kuru olarak kürde bırakılmış) 4000 – 7000

Silikat enjeksiyonu ile doygun hale getirilmiş çok gevşek taneli gereç (% 80 – 100 göreceli nemli ortamda kürde bırakılmış) 2800 – 3500

Silikat enjeksiyonu ile doygun hale getirilmiş çok gevşek taneli gereç (su altında kürde bırakılmış) 700 – 2800

Silikat enjeksiyonu ile doygun hale getirilmiş sıkı ve orta tane boyutunda taneli gereç (ıslak zemin altında) 200 – 4000

3.2.1.4. Portland Çimentosu – Sodyum Silikat Enjeksiyonu

Portland çimentosu, sodyum silikat enjeksiyonlarında dolgu gereci olarak kullanılmasına rağmen tepkime hızlandırıcı görevi de görür. Portland çimentosu kullanılması durumunda jelleşme zamanında aşırı kısalma olduğu gözlenmiştir. Bu özellik basınçlı yeraltısuyu akımının kesilmesi için kullanışlıdır. Enjeksiyon karışımındaki gereçlerin birbirlerine yüksek oranlarda kaynaşmasını, yapışmasını, portland çimentosu – silikat birleşimi sağlayabilir. Bu karışım sistemi yüksek dayanım gerektiren ve yeraltısuyu düzeyi altındaki çalışmalarda kullanılmaktadır. Jelleşme veya katılaşma (priz) zamanı 10 saniyeden yaklaşık 600 saniyeye kadar değişen kısa aralıkta, 7000 kPa basınç dayanımlarına kadar kontrol edilebilir. Jelleşme zamanının kısaltılması için karışım içindeki portland çimentosunun miktarı artırılmalıdır (CECW-EG, 1995). Sodyum silikat – portland çimentosu karışımı, sodyum silikat enjeksiyonuna göre daha zor enjekte edilebilmektedir. Ancak silikatın kayganlaştırıcı, yağlayıcı özelliği bulunmasından dolayı silikat – portland çimentosu karışımı içindeki çimento tanecikleri kaygan hale gelir ve silikat – portland çimentosu karışımı, sadece portland çimentosu enjeksiyonuna göre daha kolay enjekte edilebilir.


H.ÖZKAN,2006

50

Çizelge 3.16’da Minova (USA) firması tarafından üretilen Tetraset – A (sodyum silikat) ve jelleşmeyi sağlayan Tetraset – B (tepkime sağlayıcı) silikat enjeksiyonları için verilen karışım oranları sunulmuştur. Üretici firmanın önerisine göre, silikat enjeksiyonu karışımlarında, karışıma giren sodyum silikatın hacimce %10’u kadar tepkime sağlayıcı kullanılmaktadır.

Çizelge 3.16: Sodyum silikat enjeksiyonları karışım oranları (Minova, 2003)

Karışım Hacmi (litre)

Sodyum Silikat oranı (%)

Sodyum Silikat Hacmi (litre)

Tepkime Sağlayıcı Hacmi (litre) Su Hacmi (litre)

100

30 40 50 60 70

30 40 50 60 70

3 4 5 6 7

67 56 45 34 23

200

30 40 50 60 70

60 80

100 120 140

6 8 10 12 14

134 112 90 68 46

300

30 40 50 60 70

90 120 150 180 210

9 12 15 18 21

201 168 135 102 63

3.2.2. Organik Polimer Enjeksiyonları

3.2.2.1. Akralamit ve Akralit Enjeksiyonları

Akralamit ilk olarak 1893 yılında Almanya’da üretilmiş ve 1964 yılından itibaren ticari olarak kullanımına başlanılmıştır. Akralamitin erime sıcaklığı 84.5oC, 30oC’de yoğunluğu 1.122 gr/cm3, 25oC’de buharlaşma basıncı 0.9 Pa, ve kimyasal formülü C3H5NO’dir (NICNAS, 2002). Akralamit enjeksiyonu, tane boyu 0.01mm ve permeabilite katsayısı 1x10-5 cm/s sınır değerlerine sahip olan zeminlerde ve genellikle suyun kesilmesi için uygulanır. Viskozitesi 1.5 santipoise (suyun viskozitesine yakın bir değer) olduğundan dolayı kolaylıkla zemine yayılım özelliği gösterir (Lenzini ve Bruss,1975).

Ticari adı AM-9 olan akralamit enjeksiyon sisteminde temel madde olarak , akralamit ve metilen bisakralamit organik monomer bulunmaktadır. Bu iki madde pudra görünüşlü toz olarak karışım halindedir. Suda çözünen bu karışım, katalizör ve tepkime başlandırıcılar yardımıyla polimerize olur ve jelleşmeye başlar. Tepkime şiddetini artıran katalizör madde olarak genellikle dimetil amino propionitril (DMAPN) ve tepkime başlatıcı (oksitlendirici) olarak da amonyak persülfat kullanılır. Karışıma katılan amonyak persülfat ile DMAPN tepkimeye girerek, organik monomer olan akralamit karışımının polimerize olmasını sağlar. Amonyak persülfat karışıma en son katılır ve karışıma katıldıktan sonra jelleşme zamanı başlar.

Çözeltiye, AM-9 ağırlığına göre %0.001 – %0.04 arasında değişen oranlarda potasyum ferrisiyanit katılması ile jelleşmenin geciktirilmesi sağlanır. Akralamit enjeksiyonlarında, AM-9 ağırlığının %0.8 - %1.6 arasında değişen oranlarda DMAPN ve %0.5 - %1 arasında değişen oranlarda da amonyak persülfat katılmaktadır.

Asitik suyun bulunduğu ortamlarda akralamit çözeltisinin pH değerinin 8’e getirilmesi için bazen disodyum fosfat heptahidrit kullanılır. Çünkü akralamit çözeltisinin pH değerinin 7-11 arasında


H.ÖZKAN, 2006

51

olması jelleşme açısından gereklidir. Eğer pH değeri 7’den düşük ise jelleşme zamanı çok çok uzamaktadır. Çözünebilir tuzlar jelleşmeyi artırıcı yönde rol oynamasına rağmen killer tam tersi olarak jelleşmeyi geciktirir ve bu durumda daha fazla tepkime hızlandırıcı (katalizör) madde kullanmak gereklidir (Lenzini ve Bruss,1975).

1970’li yıllarda Japonya’da pis su atık projelerinde sızdırmazlığın sağlanması amacıyla yapılan akralamit enjeksiyonları sırasında, akralamitin jelleşmeye başlamadan yeraltısuyuna karıştığı, yeraltısuyu sondaj kuyularından alınan örneklerde belirlenmiştir (Lenzini ve Bruss,1975). A.B.D. Sağlık ve Güvenlik Bakanlığı (OSHA),1990 yılında yayınladığı bültende, Amerika’da yaklaşık 250 ton akralamitin kanalizasyon sistemlerinden sızmaları önlemek için kullanıldığını vurgulamış ve bu enjeksiyon uygulamalarında çalışan 600 – 1000 arasında değişen sayıdaki işçinin, gerek akralamitin buharından solunumla ve gerekse temas yoluyla sağlık açısından etkilendiğinin tahmin edildiğini belirtmiştir. Aynı bültende akralamitin A.B.D’de üretilmediği ve Japonya ile Fransa’dan ithal edildiğine değinildikten sonra, işçi sağlığı açısından poliüretandan imal edilmiş elbise, lastik eldiven, gözlük, lastik çizme gibi koruyucu donanım kullanılması istenmiştir. Avustralya devlet kuruluşu NICNAS (2002) tarafından akralamitler üzerinde yapılan ayrıntılı araştırmada, akralamitlerin Avustralya’da üretilmediğini, fakat 2000 yılında olarak

yaklaşık 5000 ton akralitin tekstil, boya, yapışkan madde, kağıt, kozmetik ve deri sanayinde ve enjeksiyon çalışmalarında tüketildiğini ve sağlık açısından sakıncalarını açıklamıştır. Çevre – işçi sağlığı ve maliyet açısından bakıldığında akralamit enjeksiyonlarının kullanım için seçilmesi en son sırada yer almalıdır.

• Akralit Enjeksiyonları

Akralit, akralamite göre daha az zehir etkisi olduğundan dolayı, zeminde suyun kesilmesi ve kanalizasyon sistemleri sıvı sızmalarının önlenmesi için akralamitlerin yerini almıştır. Akralitler de alkralamitler gibi polimerizasyon sonucu jelleşir. Metal akralitlerde (genellikle magnezyum akralit kullanılır) kristalleşerek jelleşmeyi sağlamak için trietinolamin ve amonyum veya sodyum persülfat kullanılır. Katılaşma zamanını geciktirmek için karışıma potasyum ferrisiyanit katılır (OSHA,1990).

Akralitlerin tipik görünüşleri yumuşak jeldir. Akralitle enjeksiyonu yapılmış standart kumun

basınç dayanımı 1.5 MPa’dan daha fazla ve viskozitesi 1cP civarında olarak belirlenmiştir. Düşük viskozite ve uzun jelleşme zamanı (120 dakikadan daha fazla), akralitleri ince tane boyutundaki gereçlerin enjeksiyonunda kullanışlı hale getirir (CECW-EG, 1995).

3.2.2.2. Poliüretan (Köpük) Enjeksiyonları

Tek bileşenli poliüretan enjeksiyon reçineleri suya karşı yalıtım ve gevşek kaya kütlelerinin sağlamlaştırılmasında kullanılmaktadır. Poliüretan reçineleri su ile birlikte tepkimeye girerek azdan çok miktara kadar değişen derecelerde köpürerek hacmi artan bir ürüne dönüşmekte ve değişik işlevlere sahip gereç özellikleri gösterebilmektedir. Poliüretan reçineleri bir yandan yüksek bir köpürme derecesiyle çatlakların doldurulmasında ve diğer yandan da düşük köpürme derecesi ile duraysız, kayan zeminlerin sağlamlaştırılmasında kullanılabilmektedir.

Koruyucu ekipmanları ile tünelde kimyasal enjeksiyon çalışması yapan işçi


H.ÖZKAN,2006

52

Poliüretan enjeksiyonları çok değişik türlerde bulunabilir fakat hepsinde de üretanların, kauçuk – lastik köpük haline gelebilmesi için karışıma katılan isosiyenitler ile çapraz bağlanma (cross-linking) tepkimesi yapmalıdır. Bir grup poliüretan enjeksiyonu prepolimer biçimindedir. Prepolimer, karışıma katılan isosiyenitlerin kısmi tepkimesi ile oluşur ve tepkimeye katılmayan isosiyenitlerle birlikte enjeksiyonda bulunur. Diğer bir grup poliüretan enjeksiyonu ise polimerizasyonu tamamlamak için su ile tepkimeye girer. Poliüretan enjeksiyonları karışıma katılan suyun miktarına göre jel veya lastik köpük görüntüsündedir. Viskoziteleri 50 - 100 cP aralığında değişir. İki bileşenli enjeksiyonlarda isosiyenit sıvıları ile üretan arasında doğrudan tepkime yaptırılır ve sonucunda karışım oranlarına göre katı veya esnek davranışlı ürün ortaya çıkar. Bu tür tepkimeleri veren poliüretan enjeksiyonlarının viskozitesi 100 – 1000 cP arasında değişir (CECW-EG, 1995). Poliüretan enjeksiyonların avantajları ;

• Esneklik ve plastiklik,

• Köpürme sırasında hacmindeki artış,

• Köpürürken oluşan basınç ile kendi başına enjekte edilmesi yeteneği,

• Katılaşma zamanının kısa zamanda ayarlanabilir olması,

• Enjeksiyon yapılan zemin veya kaya ortamında çok iyi kaynaşması- bağlanması,

• Düşük viskoziteli olmasıdır. Tek bileşenli poliüretan enjeksiyonunun su ile karışımından sonra viskozite değerinin zaman içindeki değişiminin temel davranışı Şekil 3.5’de sunulmuştur.

Şekil 3.5: Bogdanoff (1990)’a göre poliüretan enjeksiyonlarda viskozitenin zamanla değişimi

(Andersson, 1998)

Tepkime başlamadan poliüretan enjeksiyonu Newton sıvısı davranışı gösterir ve çatlak sistemlerinde yayılım etkisi viskozite ve jelleşme zamanı ile belirlenebilir. Viskozite, çatlak açıklığı, uygulanan enjeksiyon basıncı değerlerine bağlı olarak, çatlaklardaki suyun etkisinin giderilmesi için poliüretan enjeksiyonu ön-enjeksiyon çalışmaları için kullanılır. Yeraltısuyu hidrolik eğimine ve enjeksiyon basıncına bağlı olarak, yeraltısuyu akımı olan ortamlarda, poliüretan enjeksiyonu ya kısmen ya da tamamen çatlakları doldurur. Hidrolik eğimin büyük olduğu ve çatlaklarda yeraltısuyu akımı olan yerlerde, poliüretan enjeksiyonu yeraltısuyu akımı ile akışa geçerek, jelleşme olmadan enjeksiyon yeraltısuyu ile yıkanabilir ve ortamdan uzaklaştırılabilir.

Su ile temas

Tepkime başlangıcı

Karıştırma

Viskozite

Zaman

Tepkime zamanı

İlk tepkime zamanı

Jelleşme zamanı


H.ÖZKAN, 2006

53

Poliüretan ve suyun tepkimeye girmesi ile köpük oluşumu sırasında üre türevleri ve karbondioksit (CO2) gazı açığa çıkar. Bu gazın basıncı dikkate alınarak enjeksiyon basıncının değeri belirlenmelidir (Andersson,1998).

Şekil 3.6’da değişik poliüretan enjeksiyonlarının su içeriklerine göre basınç altında olmaksızın, serbest halde köpürerek genleşme oranlarının ve jelleşme zamanlarının değişimi görülmektedir. Bu deneysel çalışmaya göre su oranı düşük ise veya çok fazla ise genleşme oranı düşük olmaktadır. Su içeriğinin %15 olması durumunda, poliüretan enjeksiyonlarında (A,C,D,F karışımları) en fazla genleşme oranı elde edilmiştir. Benzer şekilde, su oranı artıkça karışımın konsantrasyonuna bağlı olarak jelleşme zamanında artış gözlenmekte ve genleşme oranında olduğu gibi değişik poliüretan enjeksiyonlarında en düşük jelleşme zamanında su içeriğinin %15 olduğu belirlenmiştir. Bir başka değişle, poliüretan enjeksiyonlarında su içeriklerinin değiştirilmesi ile jelleşme zamanı ve genleşme zamanı kontrol edilebilir. Köpürerek yayılımın daha zor olduğu dar çatlaklarda ve ince taneli zeminlerde genleşme basıncı düşük olmaktadır. Aksi durumda kaba taneli ve geniş çatlak ortamlarında genleşme basıncı yüksek olmaktadır.

Şekil 3.6: Poliüretan enjeksiyonlarında genleşme oranlarının ve jelleşme zamanlarının su içeriği ile değişimi (Andersson,1998)

Enjeksiyonun karıştırılması, çalkalanması, ısı, su içeriği, kullanılan tepkime hızlandırıcıların ve poliüretanın miktarları, poliüretan enjeksiyonlarında köpürme tepkimesine etki eden etmenlerdir. Çok yönlü amaçlar taşıyan poliüretan enjeksiyonları yeraltısuyu akışı olan ortamlarda suyun kesilmesi için 0.01mm açıklıklara kadar doğrudan uygulanabilir. Katı köpük biçimine geldikten sonra yeraltı yapılarına gelen yüklerin dağıtılmasına uygundur.

Tepkime sağlayıcı olarak kullanılan isosiyenitler zehirlidirler ve zehirlilik dereceleri kimyasal formüllerinde yer alan elementlerin miktarlarına bağlıdır. Poliüretan enjeksiyonlarında viskozitenin kontrolü için çözelti su ile seyreltilebilmektedir. Su ile seyreytilebilme özelliği, olası yeraltısuyu kirliliğinin nedenlerinden sayılabilir. Katılaşma zamanın sonunda bu tür enjeksiyonların yanabilirlik özelliğinde olmaları, güvenlik sorunu olarak ortaya çıkar.

Su İçeriği (hacimce%)

Jelle

şme

zam

anı (

daki

ka)

0 10 20 30 0

4

8

12

16

20

Su İçeriği (hacimce%)

Gen

leşm

e or

anı

0 10 20 30 0

5

10

15

20

25

A

C D

F

D C

F

A


H.ÖZKAN,2006

54

3.2.2.3. Odun Özü (Lignin) Enjeksiyonları

Kağıt sanayinde sülfit kullanımı sırasında yan ürün olarak elde edilen odun özü (ligno sülfat – lignin) , okside etme özelliği bulunan tepkime sağlayıcı olarak bikromat veya sodyum dikromat ile birlikte sos kıvamında ve jelleşme süresi kısa olan enjeksiyon maddesini oluşturur.

Odun özü sosu, 100 mikron etkin çapı olan kumla veya kaba silt ile 1:4 veya 1:5 oranlarında seyreltilerek viskozitesi ayarlanır ve enjeksiyonda kullanılır. Karışıma tepkime sağlayıcı olarak odun özü sosu ağırlığının %15 – 25’i kadar sodyumdikromat katılır. Karışımın katılaşma zamanını kontrol etmek için ferri-klorit kullanılır. Karışımın pH değerinin asitlerle ayarlanarak 4-3.5 değerlerine getirilmesi, enjeksiyonu işlevleri açısından en iyi sonuçları verdirmektedir.

Karışımda kullanılan dikromat zehirlidir. Amerikan Halk Sağlığı Servisi içme suyu içinde bulunan kromu % 5x10-6 olarak sınırlandırmıştır. Dikromat pudra tozlarının solunması insan sağlığı açısından tehlikelidir (Lenzini ve Bruss,1975). Su Kirliliği Yönetmeliği (1989)’da yer alan kıta içi su kaynaklarının sınıflandırma ölçütlerine göre toplam krom, I.Sınıf sularda ölçülemeyecek kadar az, II.Sınıf sularda 20 μg/litre, III. Sınıf sularda 50 μg/litre ve IV.Sınıf sularda ise >50 μg/litre olarak verilmiştir.

Temeli odun özüne dayalı enjeksiyonlarda, tek çözelti sistemi yöntemi uygulanır. Buna göre tepkime sağlayıcı veya sağlayıcılar enjeksiyon işleminden önce dışarıda karıştırılır. Karışımda yer alan suyun miktarları değiştirilerek jelleşme zamanı (1 dakikadan – 10 saate kadar) kolaylıkla kontrol edilebilir. Odun özü enjeksiyonu karışımına giren maddeler suda çok çabuk çözünebilir olmasına rağmen mekanik karıştırma yapılması tavsiye edilmektedir. Normal enjeksiyon konsantrasyonunda odun özü jeli düşük olarak lastiksi kıvamdadır ve suya karşı düşük permeabilite değeri sağlar. Odun özü enjeksiyonlarının, 2 yıla yakın zaman içindeki gözlemlerine göre, kurumaya ve bozunmaya karşı dayandığı belirlenmiştir (CECW-EG, 1995).

Odun özü enjeksiyonlarının öncelikli kullanım alanı, ince taneli zeminlerde su akışını kesmek ve zeminin taşıma kapasitesinin yükseltilmesi için yapılan çalışmalardır. Bunun dışında ince çatlaklı kaya ve betonlarda da çatlakların kaynaşması için kullanılır. Zeminlerde kullanımı 75μm elek açıklığından geçen gereçten daha ince gereçler içeren zeminlerde kullanımı uygun olmadığı belirtilse bile düşük viskozite ile orta – yüksek basınçlar altında ince gereçlerin enjeksiyonun da etkin olabilir.

• Tepkime sağlayıcıları

Sodyum bikromat, potasyum bikromat, ferri-klorit, sülfirik asit, alüminyum sülfat, alüminyum klorit, amonyum persülfat ve bakır sülfat odun özlü enjeksiyonlarda tepkime sağlayıcılar olarak kullanılır. Bikromatlar en çok kullanılan tepkime sağlayıcısı olmalarına karşı yeraltısuyunun potansiyel kirleticileridir. Aynı zemininin odun özü ile enjeksiyonunda amonyum persülfatın tepkime sağlayıcı olarak kullanılması durumunda , bikromat tepkime sağlayıcısı kullanımına göre yaklaşık %40 daha az basınç dayanım değeri elde edilir (CECW-EG, 1995).

3.2.2.4. Epoksi Reçine Enjeksiyonları

Reçine enjeksiyonları, reçine görünüşündeki kimyasallar ve katalizör ile sertleştiricilerin birleşiminden oluşur. Bazı reçine enjeksiyonları su bazlı veya su ile çözünebilen özelliklere sahiptir. Reçine enjeksiyon uygulamalarında olarak tek çözelti yöntemi kullanılır. Genel olarak reçine enjeksiyonlarında epoksi ve polyester reçineleri kullanılır. Epoksi ve polyester değimleri, bazı benzer yanları olmasına rağmen, değişik özellik gösteren bir çok reçine için kullanılır.


H.ÖZKAN, 2006

55

Reçineler, düşük viskozite değerlerine göre enjeksiyon çalışmalarında hesaba katılmalarına rağmen, diğer kimyasal enjeksiyonlara göre daha viskozdur. Akışkan halinde bulundukları süre boyunca viskozitelerini korurlar ve tamamen sertleşmelerinden hemen önce jelleşirler. Jelleşmeden sertleşmeye geçiş zamanının ayarlanması, sertleştiricilerin miktarı ve ısı kontrolü ile sağlanır.

Epoksi reçineleri, yapıştırma özellikleri çok iyi olan sentetik reçinelerdir. Suya, aside ve alkaliniteye dirençleri çok iyidir. Zamanla özelliklerini yitirmezler. Çatlağa doldurulmuş epoksi yapıştırıcısı, çatlağın yarattığı süreksizlik ortamını sürekli duruma dönüştürür. Çatlağın her iki yüzünü çatlak boyunca sürekli olarak birbirlerine bağlar ve gerilme birikimlerini önler. Epoksi enjeksiyon yöntemi 0.2-0.5 mm genişliğindeki çatlakların doldurulması için uygundur. Epoksi ile doldurulmuş çatlak ara yüzeyinde oldukça yüksek bir çekme dayanımı sağlanmaktadır. Basınç altında eski ve yeni beton arasındaki yüzeyde kaynaşma hemen hemen %100 etkilidir (Bayülke, 2002). Çizelge 3.17’de Sauereisen firması tarafından üretilen epoksi reçinesinin fiziksel özellikleri verilmiştir. Zemin ve kaya ortamlarının enjeksiyonularının dışında epoksi reçineleri, yapı elemanları içerisindeki boşluk ve çatlakların doldurulması ve izole edilerek kapatılması için köprülerde, endüstriyel yapılarda, kolonlar, kirişler, temeller, döşemeler ve suyla ilgili istinat duvarları ile ankraj enjeksiyonlarında kullanılır. Yalnızca etkili bir su geçirimsizlik sağlamakla kalmaz, aynı zamanda zemin taneleri ile kaya çatlak – kırık kesitlerini yapısal olarak dayanımını artırarak yapıştırır.

Çizelge 3.17: Epoksi reçinelerinin fiziksel özellikleri (Sauereisen, 2001)

Fiziksel Özellikler Deney değerleri

Sıcaklıkla genleşme katsayısı 13.3 x 10-6 / oC

En yüksek kullanım sıcaklığı (ASTM D-648) 85oC

Yoğunluk (ASTM C-905) 2.052 g/cm3

1 günlük 7 günlük

Sıkışma dayanımı (ASTM C-579) 808 kg/cm2 932 kg/cm2

Bükülme dayanımı (ASTM C-580) 492 kg/cm2 527 kg/cm2

Gerilim dayanımı (ASTM C-307) 183 kg/cm2 190 kg/cm2

Elastisite modülü (ASTM C-580) 8.03 x 103 kg/cm2 1.52 x 104 kg/cm2

Hacim değişimi % (-0.02) % (-0.03)

Bu özelliklerin belirlenmesinde ASTM (American Society of Testing and Materials) standartları kullanılmış ve deneyler laboratuvar ortamında örnekler üzerinde yapılmıştır. Arazi koşullarında bu değerler değişim gösterebilir.


H.ÖZKAN,2006

56

Epoksi reçine enjeksiyonlarının genel özellikleri;

- Hızlı dayanım kazanma, - Kimyasal etkilere (asitlere, alkalinlere, organik kimyasallara) karşı iyi dayanıklılık, - Yüksek bükülme, kesme, gerilme ve sıkışma basınç değerleri ile yüksek tutunma–yapışma, - Akıcılık, - Tepkime ve sonrasında özelliklerini kazanınca bünyesinde hava kabarcığı, boşluk gibi

unsurların bulunmaması, - Nemden etkilenmeme ve aşırı nemli yüzeylere uygulanabilme yeteneği, - Düşük viskozite, - Büzülmeden sertleşebilmedir.

Bu tür enjeksiyonlarda iyi sonuç alabilmek için çalışma ortamının sıcaklığı 10 – 27oC arasında olmalıdır. Epoksi enjeksiyonlarında, enjeksiyon karışımından sonra 24oC sıcaklıkta 30 dakika çalışma zamanı bulunmaktadır. Bu zaman sonucunda sertleşme başlamaktadır (Sauereisen 2001). Ticari olarak üretilen epoksi reçinesi enjeksiyon gereçleri, +5 oC ile + 30 oC arasında kuru ortamda depolama koşulları altında, açılmamış orijinal ambalajında 12 ay raf ömrüne sahiptir (SİKA, 2003 ve Sauereisen, 2001).

Epoksi enjeksiyonları genel olarak organik iki bileşenden oluşur ve uygulanır. Normal olarak, bu iki bileşen temel olarak reçineden ve bu reçineye eklenen katalizör veya sertleştirici kimyasaldan oluşur. Genel olarak epoksi enjeksiyonlarının gerilme dayanımları, kum katkılı veya sade durumda 28 MPa’dan daha fazladır. Karışıma katılan kumum etkisi ile epoksi reçinenin katılaşmasından sonra sade haline göre, esnekliğinde ayrıca %15 civarında bir artış gözlenmiştir. Bükülme dayanımları, kum katkılı veya sade durumda 40 MPa’dan daha fazladır ve kum katkılı durumda bu değerin daha fazlasının da elde edildiği belirlenmiştir. Basınca dayanım değeri, 70 MPa’dan daha fazladır ve kum katkılı epoksi reçinelerinde 270MPa’a kadar basınç dayanımı elde edilmiştir. Su emmesi yaklaşık hacimce %0.2 veya daha azdır. Büzülmesi ise hacimce %0.001 veya daha azdır (CECW-EG, 1995).

Epoksi reçine enjeksiyonlarında dolgu gereçleri olarak, esnekliğini artırıcı özellik kazandırması amacıyla alüminyum silikat, baryum sülfat, kalsiyum karbonat , kalsiyum sülfat, kaolin killeri, kayganlaştırıcı, yağlayıcı özellik sağlaması amacıyla grafit, radyasyonlu ortamlarda koruyucu olarak kurşun kullanılır. Dolgu gereçlerinin karışıma katılması, epoksi reçinesindeki ana bileşenlerin miktarını azaltması ve dolayısıyla maliyetin de düşmesini sağlar. Dolgu gereçleri oluşum ısısını düşürür, sertleştikten sonra büzülmeyi artırır, enjeksiyon karışımının viskozitesini yükseltir. Basınç dayanımı, gerilim dayanımını ve uzama değerlerinin yükseltilmesi için kum gibi taneli gereçler, dolgu gereci olarak karışıma katılır. Epoksi reçineleri sertleştikten sonra, yeniden ısıtıldıklarında sıvı hale geri dönüşümde bulunmaz, sadece yumuşama özellikleri gösterebilir.

3.2.2.5. Su Bazlı Reçine Enjeksiyonları

Karışımdan hemen sonraki viskosite değerleri yaklaşık 10 cP olan su bazlı reçine enjeksiyonları ticari olarak pazarlanmaktadır. Bu tür reçine enjeksiyonları silikatlarla yakınlık gösterir. Deneyler sonucunda, 0.5 – 1 mm arasında tane boyutuna sahip, temiz orta – ince kumlara bu tür enjeksiyonların uygulanması ile yaklaşık 8 MPa sıkışma basınç dayanımı değeri elde edilmiştir. İçinde 0.04 mm tane boyutunda en fazla %15 kaba silt bulunan kumlu zeminlerin iyileştirilmesinde bu tür enjeksiyonlar kullanılır. Kireçli ortamlarda bu enjeksiyonlar gereği gibi katılaşma özellikleri göstermez. Katkısız su bazlı reçine enjeksiyonlarının 3 saat içinde sıkışma dayanımları 5.5 MPa’dır ve su, gaz ve yağ gibi akışkanlara karşı düşük permeabilite değeri gösterir. Ancak bünyesindeki karışım suyunun çeşitli etkilerle azalması, daha az basınç dayanımlarına sahip olmasına neden olacaktır. Laboratuvar çalışmaları sonucunda tu tür enjeksiyonun uygulandığı kumların özelliklerinde, nemli ortam koşullarında 1


H.ÖZKAN, 2006

57

yıl sonunda herhangi bir değişim gözlenmemiştir (CECW-EG, 1995).

• Yoğunlaştırılmış su bazlı reçine enjeksiyonları

Bu tür reçine enjeksiyonları, basınç dayanımı ve su etkisinin giderilmesi için tasarlanmıştır. Kumlu, çakıllı zeminler ile kırıklı ve çatlaklı kayalarda uygulanmaktadır. Bunun dışında çatlamış betonların tamirinde de uygulama alanı bulmaktadır.

Laboratuvar koşullarında %50 ve %80 reçine konsantrasyonu (hacimce reçine/su oranı 50/50 ve 80/20) kullanılarak hazırlanan karışımların 0.05mm gibi küçük çatlaklara etkin olmuştur. Bu deney aralıkları hassas olarak ayarlanabilen iki metal yüzeyin arasına uygulanmıştır. Yukarıdaki oranların kullanılarak yapılan enjeksiyon karışımının katılaşma sonunda basınç dayanımları yaklaşık olarak 7 MPa olarak ölçülmüştür. 0.05 mm açıklıktan daha düşük açıklıklarda deney yapılamamıştır. Arazi koşulları dikkate alınarak ısı durumu ayarlanmış olan karışımların viskoziteleri reçine/su oranı 50/50 olan karışımda 10 cP ve diğerinde 20 cP’dir. Reçine su ile sıvılaştırılmış ve tepkime sağlayıcı olarak bisülfat çözeltisi kullanılmıştır. Karışımların temiz kuma enjeksiyonundan sonra, 24 saat katılaşma zamanı için beklenmiş ve enjeksiyonlu kumun basınç dayanımları 3 – 35 MPa olarak bulunmuştur (CECW-EG, 1995). Basınç dayanımı, su miktarının fonksiyonudur ve az su yüksek dayanım, fazla su düşük dayanım değerleri vermektedir. Taneli zemin ile kırıklı ve çatlaklı kaya ortamlarında uygulanması durumunda, enjeksiyon sonrası bu uygulama ortamlarında 1×10-7 cm/s permeabilite değerine ulaşılabilir. Jelleşme zamanı çözeltinin ısısına ve tepkime sağlayıcıların miktarlarına bağlıdır. Enjeksiyon ekipmanının paslanmaz çelikten olması gerekmektedir.

• Polyester reçine enjeksiyonu

Polyester reçine enjeksiyonu temel olarak polyester reçinesi ve peroksit katalizöründen oluşmaktadır. Polyester reçinesi, katalizör olarak kullanılan peroksit maddesine göre hacimce 15/1 oranında kullanılır. Katılaşmış (donmuş) olan karışımın basınç dayanımı epoksi reçine enjeksiyonlarının basınç dayanımlarına hemen hemen yakındır veya daha düşüktür ve epoksi enjeksiyonlarına göre daha pahalıdır (Lenzini ve Bruss,1975).

3.2.3. Diğer Kimyasal Enjeksiyonlar

Yukarıda değinilen 5 grup kimyasal enjeksiyonun yanı sıra, resorsinol-formaldehit, epoksi-zift sistemi, asit çözeltisinde üre-formaldehit, polifenolik polimer sistem diğer kimyasal enjeksiyonlar arasında sayılabilir.

Yukarıda sayılan diğer kimyasal enjeksiyon grubuna giren enjeksiyonlar, zehirleme etkilerinin açığa çıkmasından sonra fazla kullanım alanı bulamamışlardır. Ankraj ve beton yapılarının tamirinde çok değişik amaçlara hizmet eden özel kimyasal enjeksiyon karışımları geliştirilmiştir.


H.ÖZKAN,2006

58

BÖLÜM 4

4. ENJEKSİYON UYGULAMALARI VE UYGULAMA SINIRLARI

Enjeksiyon çalışmalarında, uygulamaları sınırlayıcı etkenler iki türlüdür (CECW-EG, 1984). Bunlar;

1- Enjeksiyon karışımına giren gereçler ile enjeksiyon uygulamasının yapıldığı ortamın fiziksel ve kimyasal özellikleri ile

2- Enjeksiyon uygulaması için seçilen yöntem ve çalışmanın getirdiği sınırlayıcı etkenlerdir.

• Fiziksel ve Kimyasal Sınırlamalar

- Zeminde en büyük ve en küçük tane boyu ve boşlukların geometrisi

- Kayalarda çatlak sıklığı ve çatlak genişliği

- Enjeksiyon karışımına giren çimento, bentonit ve diğer katı maddelerin tane boyu,

- Enjeksiyon karışımının basınç dayanımına, katılaşma zamanına etki edebilecek şekilde, enjeksiyon ortamında veya yeraltısuyunda minerallerin varlığı,

- Enjeksiyon karışımı içinde birbiriyle uyumsuz gereçlerin bulunması,

- Enjeksiyon ortamında kil ve diğer aşındırıcı gereçlerin bulunmas,

- Enjeksiyon karışımında çimento çökelimi,

- Enjeksiyon çalışmalarını aksatabilecek yeraltında bilinmeyen koşullar.

• Yöntem ve Çalışma Sınırlamaları

- Aşırı basınçlardan dolayı zeminin yukarı kalkması ve temele zarar verilebilmesi,

- Uygun olmayan delgi ve enjeksiyon donanımı kullanılması,

- Ortamda boşlukların, enjeksiyonunun daha büyük boyutlarda tanecik içeren karışım ile yapılmaya çalışılarak, boşlukların tıkanması,

- Uygun olmayan delik aralıklarının seçilmesi,

- Delgi ve enjeksiyon uygulamalarında jeolojik açıdan deneyimsiz ve uygun olmayan personel çalıştırılması.

Bu bölümde, enjeksiyon karışımlarının enjekte edildiği ortamlara göre uygulama yöntemleri ile uygulanabilirlik sınırları bir bütünlük içinde anlatılmıştır. Değişik türdeki enjeksiyon uygulamalarının temel amacı sağlamlaştırma ve/veya geçirimsizliğin sağlanmasıdır (Şekil 4.1). Bu amaçlar doğrultusunda enjeksiyon uygulamaları;

• Pekişmemiş gereç (taneli zemin) enjeksiyonları, • Yarıklı – çatlaklı ve kırıklı kayaların enjeksiyonları, • Boşlukların doldurulması için yapılan enjeksiyonlar olarak sınıflandırılabilir.


H.ÖZKAN, 2006

59

Bunlardan pekişmemiş gereç enjeksiyonları ve kaya ortamlarında uygulanan kırık-çatlak- yarık enjeksiyonları geçirimsizlik ve sağlamlaştırma (sıkıştırma - pekiştirme) amacına yönelik olarak yapılır. Boşluk enjeksiyonları ise mağara veya eski maden ocaklarının, göçüklerin vb. doldurulmasında uygulanır. Sağlamlaştırma enjeksiyonları yapı temellerinden tünellere kadar geniş uygulama alanlarında, pekişmemiş toprak zeminlerin sıkıştırılmasında yüksek basınç altında uygulanır.

Şekil 4.1: Enjeksiyon uygulama alanları (Parchem, 2003’den alınmıştır)

Avrupa Standart Komisyonu - CEN (1998)’e göre enjeksiyonların uygulama alanları ve uygulanma sınırları Çizelge 4.1’de verilmiştir. Lenzini ve Bruss (1975) ve Mining Life (2003) enjeksiyon malzemelerinin enjekte edilebileceği zeminleri, permeabiliteleri bakımından sınıflandırmışlardır (Çizelge 4.2). Şekil 4.2’de geçirimli ve taneli gereçlere uygulanan çeşitli enjeksiyonların zemin özelliklerine göre uygulama sınırları verilmiştir.

Enjeksiyonların uygulandığı alanlar ve enjeksiyon türleri, zeminin fiziksel özellikleri, enjeksiyonun yapılma amacına ve enjeksiyon gereçlerinin maliyetleri dikkate alınarak belirlenir. Örneğin çimento enjeksiyonlarında yüksek basınç dayanımları elde edilmesine karşın, kimyasal enjeksiyonlara göre daha az geçirimlilik değeri sağlanmaktadır. Buna karşın maliyetler göz önüne alındığında, çimento enjeksiyonları kimyasal enjeksiyonlara göre daha ucuzdur. Benzer şekilde kimyasal enjeksiyonlara göre, çimento enjeksiyonu tanecikli olduğundan dolayı zeminlerde ve ince çatlaklı ortamlarda yayılım etkisi düşüktür, fakat yanıcılık ve zehirleme etkisi bulunmamaktadır.

UYGULAMA ALANLARI

Taşıma dayanımının artırılması

Suyun önünü kesmek

Şevlerde duraylılığı sağlamak

Oturmaları önlemek

Hava geçirimsizliğini

sağlamak

Sızdırmazlığı sağlamak

Kaldırma kuvvetini önlemek

• Zayıf zeminlerde inşaa edilecek olan yol ve seddelerde oturmayı önlemek

• Batordo ve seddelerde kaldırma kuvvetini önlemek

• Heyelan alanlarında zeminin duraylı hale getirilmesi.

• Büyük yakıt tanklarının yer aldığı zeminlerde oturmanın önüne geçmek

• Tünel inşaatları sırasında kırık bölgelerinden gelen yeraltısuyunu önlemek

• Barajlarda ve seddelerde geçirimsizlik perdesi enjeksiyonu

• Büyük yakıt tanklarının etrafındaki zayıf bölgelerin sağlamlaştırılması

• Tünel ve boru yerleştilmesi için açılan çukurlarda zemin duraylılığının sağlanması

• Çatlaklardan ve pis su borularından olabilecek suyun durdurulması

• Baraj göl alanlarından, baraj tabanlarından, tünel duvarlarından gelen suyun kesilmesi

• Yeraltı yakıt depolarında kolay çalışma için enjeksiyon

• Nehir seddelerinden olan su sızmalarını önlemek

• Islah edilmiş zeminlerden olabilecek su sızıntılarını önlemek

• Kumlu zeminlerde sıvılaşma sorununu önlemek


H.ÖZKAN,2006

60

Çizelge 4.1: Avrupa Standart Komisyonu – CEN (1998)’e göre enjeksiyonların uygulama ortamları ve türleri (Leca ve diğ., 2000)

ENJEKSİYON TÜRLERİ ORTAMLAR ve DEĞER ARALIKLARI GEÇİRİMSİZLİK ve

SAĞLAMLAŞTIRMA ENJEKSİYONU

ÇATLAK VEYA KONTAK

ENJEKSİYONU

BOŞLUK DOLDURMA

ENJEKSİYONU

Çakıl, kaba kum ve kumlu çakıl k > 5*10-3 m/s

Sadece çimento ve çimento bazlı enjeksiyonlar

Kum 5*10-5 < k < 5*10-3 m/s

Çok ince çimento enjeksiyonları, kimyasal çözeltiler

Taneli Zemin

Orta – ince kum, 5*10-6 < k < 1*10-4 m/s

Çok ince çimento enjeksiyonları, kimyasal çözeltiler, özel kimyasallar

Faylar, kırıklar ve karst c > 100 mm

Çimento bazlı harçlar ve enjeksiyonlar (killi doldurucular)

Harçlar, kısa zamanlı katılaşma sağlayan çimento bazlı karışımlar, genleşen poliüretan, suya tepkime veren diğer ürünler

Çatlak ve kırıklar 0.1 mm < c < 100 mm

Çok ince ve normal çimento bazlı enjeksiyonlar

Çatlaklı Kırıklı Kaya

Mikro çatlaklar c < 0.1 mm

Çok ince çimento bazlı enjeksiyonlar, silikat jelleri ve özel kimyasallar

Boşluk Geniş Boşluklar

Harçlar, kısa zamanlı katılaşma sağlayan çimento bazlı karışımlar, genleşen poliüretan, suya tepkime veren diğer ürünler

c = çatlak genişliği; k = zemin permeabilitesi


H.ÖZKAN, 2006

61

Çizelge 4.2: Geçirimlilik değerlerine göre uygun enjeksiyon seçimi

Lugeon Değeri Permeabilite katsayısı (k) Enjeksiyon gereci

Mining Life, 2003’e göre (1 lugeon = 1.33x10-5 cm/s olarak alınmıştır)

4 5.2 x 10-5 cm/s Çok ince çimento enjeksiyonu



30 3.9 x 10-4 cm/s Katkı maddeleri ile çimento enjeksiyonu

60 7.8 x 10-4 cm/s Katkı maddeleri ile çimento enjeksiyonu

120 1.6 x 10-3 cm/s Bentonit ile çimento enjeksiyonu

Lenzini ve Bruss, 1975’e göre (1 lugeon = 1.33x10-5 cm/s olarak alınmıştır)

0.75 1 x 10 -5 cm/s Akralamit (AM - 9) enjeksiyonu

37.5 5 x 10 -4 cm/s Silikat enjeksiyonu

6000 8 x 10 -2 cm/s Kil enjeksiyonu

7500 1 x 10 -1 cm/s Çimento enjeksiyonu

Şekil 4.2: Pekişmemiş zeminlerde enjeksiyon uygulanabilirlik aralıkları (Lenzini ve Bruss, 1975)

0.1 0.001 0.01 1 10

TANE BOYUTU (mm)

KUM

Kaba

ÇAKIL

İnce İnce Orta Kaba Silt

KİL(Toprak)

Silt (Plastik olmayan)

Akralamit

Akralamit

Krom - Lignin

Odun özü (Lignin)

Reçine

Reçine

Silikatlar

Portland çimentosu

Amer. Cyanamid Co. ‘den

Haliburton Co.’den


H.ÖZKAN,2006

62

Çizelge 4.3’de Tallard’a göre enjeksiyon türlerinin basınç dayanımları ile çimento+kil enjeksiyonunun maliyeti [1] birim alınarak, bu enjeksiyon türüne göre diğer enjeksiyon türlerinin maliyet katsayılarının karşılaştırılması verilmiştir. Şekil 4.3’de çeşitli tür enjeksiyonların uygulama amaçları ve uygulama sınırları verilmiştir.

Çizelge 4.3: Enjeksiyonların basınç dayanım ve maliyet karşılaştırması (Whittaker ve Frith,1990)

Enjeksiyon Türü Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa)

Enjeksiyon Gereci Maliyet

Oranı Uygulama Alanı veya Sınırı

Çimento enjeksiyonu (su/çimento oranı = 10:1) Beton özelliklerinde 4.2 Kırıklı ve çatlaklı kayalarda

Çimento+Kil (+Kum) enjeksiyonu < 5 [ 1 ]

Geniş çatlaklı kayalarda ve yüksek permeabilite değerine sahip kumlu ve çakıllı zeminlerde

Katı jeller 1 – 2 6.5 – 11 Permeabilitesi (k) > 5x10-3 cm/s olan zeminlerde

Plastik jeller 0.01 – 0.05 1.8 – 4 Permeabilitesi (k) > 5x10-3 cm/s olan zeminlerde

Organik reçineler > 100 10 – 500 Permeabilitesi (k) > 10-5 cm/s olan zeminlerde

Hidrokarbon temelli enjeksiyonlar 0.01 - 1 6 – 12 Permeabilitesi (k) > 10-3 cm/s olan

zeminlerde

Şekil 4.3: Zayıf zeminlerde enjeksiyon uygulama sınırları ve amaçları (Whittaker ve Frith,1990)

Zeminin İlksel Permeabilite Değeri, (k) m/s

Organik Polimerler

D

G

G

D+G

G

D

D

D

D

G

D

10-4 10-5 10-6 10-7 10-2 10-3 1 10-1

Çimento Enjeksiyonu

Kil + Çimento Enjeksiyonu

Kil Jeli (Bentonit) Enjeksiyonu

Krom-Odun Özü (Lignokromat) Enjeksiyonu

Zift Enjeksiyonu

Yoğun

Yoğun

Çok seyreltik

Akralamit

Fenolik

Düşük Viskoziteli

Dayanım için

Geçirimsizlik için Si

likat

Jel

leri

D = Dayanımı artırmak,

G = Geçirimsizliği sağlamak

için uygulanır.


H.ÖZKAN, 2006

63

4.1. Pekişmemiş Gereçlerin Enjeksiyonları

Bu tür enjeksiyonlar taneli gereçlere (örneğin alüvyona) uygulanır ve çimento şerbeti, birbiriyle bağlantılı olan boşluklar aracılığıyla iletilerek bu gereçlerin boşlukları doldurulur. Çimento şerbeti ile bu tür gereçlere uygulanan enjeksiyon, küçük boşluklara ulaşması açısından az yeteneklidir. Çimento şerbeti enjeksiyonu, çakıl ve kaba taneli kumlar arasındaki limitler içerisinde etkili olmaktadır (Çizelge 4.4).

Çizelge 4.4: Yaklaşık zemin parametre değerleri (CECW-EG, 1995)

Zemin türü Tane Boyutu (mm) Yaklaşık

Permeabilite (cm/s)

Boşluk Oranı1 Porozite2

Çakıl ve kaba kum > 0.5 > 10-1 0.6 - 0.8 0.375 - 0.45

Orta ve ince kum 0.1 - 0.5 10-1 - 10-3 0.6 - 0.8 0.375 - 0.45

Çok ince kum ve kaba silt 0.05 - 0.1 10-3 - 10-5 0.6 - 0.9 0.375 - 0.5

Kaba ve ince silt < 0.05 10-5 - 10-7 > 0.6 > 0.375

1 Gerecin boşluk hacminin, gereç hacmine oranı 2 Boşluk hacminin toplam hacime oranı

Taylor (1948) tarafından, çimento veya çimento + kum + kil karışımı enjeksiyonlarında kullanılan enjeksiyon gereci çapı ile, enjeksiyonun uygulandığı yerde depolanmış gereç çapı arasında, aşağıdaki bağıntı kurulmuştur (Richardson,1978).

de = 0.15 x d Burada;

d = en küçük depolanmış gereç çapı ve de = enjeksiyon gerecindeki en büyük tane çapını göstermektedir. Attewell ve Farmer (1976) ise poroz ortamlarda akışkan akımı prensiplerine göre, en büyük çimento enjeksiyon gereci çapı ile uygulama alanlarında gereç çapı arasında aşağıdaki eşitliği vermiştir (Richardson,1978).

1/2

0P nνgkη1.8

nn1d0.1d

⋅

⋅⋅⋅

−

=⋅= Bu eşitlikte ;

dp = Çimento enjeksiyon taneciği çapı d0 = Uygulama alanındaki en büyük gereç tane çapı n = Porozite k = Permebilite katsayısı η = Çimento enjeksiyonu karışımının viskozitesi υg = Çimento enjeksiyonu karışımının yoğunluğu’dur.

Yukarıdaki eşitliğe göre enjeksiyon karışımındaki gerecin en büyük tane çapının seçimi, zeminin porozitesi ve geçirimlilik katsayısına bağlıdır. Bu nedenle uygulama alanının ölçülmüş permeabilitesine bağlı olarak enjeksiyon gerecinin türü belirlenmelidir.


H.ÖZKAN,2006

64

Alüvyonlarda, değişik tane boyutlarında depolanmalar görülür. Bundan dolayı değişik düzeylerde, geçirimlilik katsayıları arasında farklılık olması doğaldır. Bu durumda ortalama zemin tane çapı, ortalama zemin permeabilite değerleri kullanılabilir. Kaba taneli gereçlerde enjeksiyon yayılım etki uzaklığı fazla olmasına rağmen, ince taneli gereçlerde ise bu uzaklık daha düşük olacaktır.

Şekil 4.4: Enjeksiyonun yayılım etki çapı ilkesi (Harris,1983)

( vAq ⋅= ) eşitliği, drdhkrq e ⋅⋅⋅⋅−= 24 π veya dr

krqdh

R

r eH

⋅⋅⋅⋅

=− ∫∫0

2

0

4 π şeklinde

yazılabilir. İntegral alınırsa; Ckr

qhe

+⋅⋅⋅

=−π4

olur.

(r = r0) olduğunda (h = H) olur. Bu durumda eşitlik, Hkr

qCe

−⋅⋅⋅

−=04 π

olarak yazılabilir.

Eğer (h = 0) olarak enjeksiyon yayılım etki yarı çapı sınırlandırıldığında (r = R) olmaktadır. Bu durumda eşitlik;

ekR

qC⋅⋅⋅

−=

π4 olur. “C” olarak elde edilen iki eşitlik yardımıyla

ee kr

qHkR

q⋅⋅⋅

+=⋅⋅⋅ 044 ππ

veya,

−

⋅⋅⋅=

0

114

rR

Hkq π ........................(1) olarak yazılabilir.

(dt) birim zamanı içinde (dr) kadar etki yarı çapının artması durumunda ve (n) zeminin porozitesi ise;

Newton sıvıları için, enjeksiyon yapılan ortamda permeabilite katsayısının her yönde eşit olması durumunda, enjeksiyon yapılan noktadan itibaren enjeksiyonun yayılımı sırasında oluşan şekil küresel olacaktır (Şekil 4.4). Bu oluşumun matematiksel analizi Maag (1938) tarafından aşağıdaki gibi verilmiştir (Harris,1983).

vAq ⋅= Burada; q = akım A = “r” yarı çapına sahip kürenin yüzey alanı ν = Enjeksiyonun akış hızıdır. Darcy kanuna göre hız;

drdhkv e ⋅−= olacaktır. Burada;

ke = Enjeksiyon akışına göre zeminin permeabilite katsayısı - dh/dr = Akışkan yükündeki değişim oranıdır.

EN

JEK

SİY

ON

Y

ÜZE

Yİ

H Yeraltısuyu düzeyi

t = 0 zamanında etki yarı çapı (r0) t zamanında etki yarı çapı (r) Donma zamanında (td) etki yarı çapı (R)

r0

r

R

A


H.ÖZKAN, 2006

65

ndtdrrq ⋅⋅⋅⋅= 24 π olur. İntegral alınırsa; ∫∫ ⋅

=⋅⋅TR

r

dtqdrrn0

2

40

π ve Ctqrn

+⋅⋅

=⋅

π43

3

olacaktır. (r = 0), (t = 0) olduğunda;

3

30rnC ⋅

= olur. Eğer (r = R) ve (t = T) olursa eşitlik π⋅

⋅−

⋅=

43

3 TqRnC olacaktır. “C” olarak

elde edilen iki eşitlik yardımıyla

( )30

3

34rRnTq

−⋅=⋅⋅π

.....................................(2) yazılabilir. (1) ve (2) nolu eşitliklerin, akım (q)

cinsinden çözülmesiyle,

( )30

3

0

3114 rRn

rR

Hk−=

+

⋅⋅⋅π eşitliği elde edilir.

0

1r

oranı yanında R1

oranı sayısal değer

olarak önemsiz kabul edilebilir. Enjeksiyon akışına göre zeminin permeabilite katsayısı (ke) ile

su akışına göre aynı zeminin permeabilite katsayıları (ks) arasında,

⋅⋅=

s

e

e

sse kk

γγ

ηη

eşitliği

bulunmaktadır. Burada;

ks = Su akışına göre zeminin permeabilite katsayısı,

ηs , ηe = Enjeksiyon çalışmasında kullanılan suyun ve enjeksiyon şerbetinin dinamik viskoziteleri (Newton-saniye/m2) ( 1 N-s/m2= 0.1cP -santipoise) ve

γs , γe = Enjeksiyon çalışmasında kullanılan suyun ve enjeksiyon şerbetinin birim ağırlıkları (N/m3) (1 N/m3 = ∼10 kgf/m3)’dir.

Yukarıdaki tanımlamalara ve eşitliklere göre enjeksiyonun katılaşma zamanında yayılım etki yarıçapı aşağıdaki eşitlikle bulunabilir.

31

30

03

1

30

0 33

+⋅⋅⋅⋅

⋅=

+⋅⋅⋅⋅⋅

⋅= rTH

vvk

nrRveyarTHk

nrR

e

ss

s

e

e

ss γ

γηη

Burada;

νs , νe = Enjeksiyon çalışmasında kullanılan suyun ve enjeksiyon şerbetinin kinematik viskoziteleridir.

Yukarıdaki eşitliklerde yer alan etkenlerden zeminin porozitesi ve permeabilite katsayısı sabittir ve uygulamada değişmeleri beklenemez. Viskozite, enjeksiyon basıncı (hidrolik yük), zaman, enjeksiyon delik çapı, birim ağırlıklar enjeksiyon uygulaması sırasında kontrol edilebilir değerlerdir. Uygulamada enjeksiyon şerbetinin viskozitesi zaman içinde değişir ve sonunda şerbet, jel haline dönüşür ve donar. Yukarıdaki ilk eşitlikte enjeksiyon şerbetinin viskozitesi dışındaki diğer tüm etkenlerin değerleri sabit olarak tutulunca, viskozite değerinin artması ile enjeksiyon etki yarı çapı değeri düşmektedir. Buna karşın, enjeksiyon basıncının (hidrolik yük), zamanın ve enjeksiyon delik çapının artırılması sonucunda enjeksiyon etki yarı çapı değeri artmaktadır. Kuramsal olarak enjeksiyon yapılan ortamda permeabilite katsayıları tüm yönlerde eşit olarak kabul edildiğinden enjeksiyonlu zeminin geometrik şekli küre olmaktadır. Ancak genelde yatay yöndeki permeabilite katsayıları, düşey yönde olan permeabilite katsayılarına göre daha az değişen değerlere sahip olduğundan dolayı, enjeksiyonlu zeminin geometrik şekli silindire yakındır (Şekil 4.5).


H.ÖZKAN,2006

66

Şekil 4.5: Enjeksiyonun yayılım şekline permeabilite etkisinin şematik gösterimi

Yukarıdaki açıklamalara benzer şekilde, Raffle ve Greenwood’a göre gözenekli ortamlarda teorik olarak bazı varsayımlarla elde edilen enjeksiyon akım değerinin eşitliği aşağıda verilmiştir (Whittaker ve Frith,1990).

( )

−−

⋅⋅⋅=

rN

rN

PkQ e

14

0

π

Bu eşitlikte : Q = Enjeksiyon akım değeri k = Zeminin permeabilite değeri Pe = Etkin (efektif) enjeksiyon basıncı N = Enjeksiyonun viskozite değeri r = Enjeksiyon yayılım etki (nüfuz etme) yarıçapı r0 = Enjeksiyon borusu yarı çapıdır.

Eğer enjeksiyonun viskozitesi saf suyun viskozitesine yani N=1 olarak alınırsa eşitlik,

04 rPkQ e ⋅⋅⋅⋅= π haline gelir.

Enjeksiyon delgisi

Uygulamadaki Şekil

Kuramsal Şekil

Enjeksiyon delgisi

1 Ka

dem

edek

i uyg

ulam

a

k1

k2

k3

k4

k5

k6

Enjeksiyon delgisi

r

2r0

Taneli Zemin

Q


H.ÖZKAN, 2006

67

Birim zamanda yarı çapı (r) kadar olan küreyi enjeksiyon dolduran enjeksiyon hacmini sağlayan enjeksiyon akımı;

trn

tnVQ

⋅⋅⋅⋅

==3

4 3π ..................... (2) olur. Burada;

n = Zeminin porozitesi t = Zaman V = Enjeksiyon yapılan zeminin hacmidir.

Yukarıdaki (1) ve (2) nolu eşitlikler kullanılarak enjeksiyon yayılım etki yarı çapı aşağıdaki gibi olur.

( )3

0

1

3

−−

⋅⋅⋅=

rN

rNn

tPkr e Eğer N =1 alınırsa eşitlik ; 3/1

03

⋅⋅⋅⋅

=n

rtPkr e olacaktır.

4.1.1. Pekişmemiş Zeminlerde Ön-Enjeksiyon Uygulamaları

Pekişmemiş zeminlerdeki temellerin, tünellerin ve benzeri yapıların güvenli olarak oluşturulabilmesi için bu yerlerde zeminin sağlamlaştırılması ve yeraltısuyunun etkisinin giderilmesi amacıyla kazı öncesinde ön-enjeksiyon uygulamaları yapılır.

4.1.1.1. Püskürtmeli Enjeksiyon (Jet Grouting) Sistemi

İlk olarak Japonya’da geliştirilen püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) sistemi, daha önceden açılan sondaj kuyusuna indirilen ve 3600 sürekli döndürülerek geri çekilen bir boru takımı içinden çok yüksek basınçlarla enjeksiyon karışımı basılarak, kil – silt gibi ince tane boyutuna kadar zeminlerde ve çok zayıf, bozunmuş kaya ortamlarında enjeksiyon yapılmasını sağlayan bir tekniktir (Şekil 4.6). Boru takımı etrafındaki gereçler enjeksiyon karışımı ile karıştırılarak zeminin türüne ve uygulanan yüksek basınca göre 2 m’ye kadar enjeksiyonlu zemin sütunları oluşturulabilir.

Püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) sistemi, kullanıcıya büyük ekonomik yararlar sağlayan ve çok hızlı sonuç veren bir tekniktir. Kullanımda iyi sonuç alınabilmesi için, boru takımının geri çekilme ve döndürülme hızları, kullanılan hava, su, enjeksiyon miktarları ve basınçları çok önemlidir.

Yaklaşık 90–120 mm çapındaki kılavuz delgi sonrasında, püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) sisteminde uygulama yöntemleri üç türlüdür (Şekil 4.7).


H.ÖZKAN,2006

68

Şekil 4.6: Püskürtmeli enjeksiyon uygulaması (Keller,1992 ve Şekercioğlu,1998)

Şekil 4.7: Püskürtmeli enjeksiyon uygulama sistemleri (Keller,1992’den uyarlanmıştır)

Enjeksiyon

Tekli Sistem (sadece basınçlı

enjeksiyon)

Enjeksiyon Hava

İkili Sistem (basınçlı enjeksiyon

ve hava)

Hava Su Enjeksiyon

Üçlü Sistem (basınçlı enjeksiyon ve

hava+su)

50 cm

Çimento Silosu

Karıştırıcı (Mikser)

Pompa

30 - 50 bar SU

Teknik Bilgiler (Hercules Comp., 2000’den) DELGİ Delgi Çapı: 90 - 120 mm ENJEKSİYON Bulamaç (Slurry), Viskozitesi = 0.7 – 1.7 Enjeksiyon Basıncı : 50 - 500 bar Sütun Çapı : Ø = 0.6 – 2.0 m Gürültü Düzeyi : 65 - 75 dBA Basınç Dayanımı: Kum – Çakılda, 15 - 25 MPa Kilde, 3 - 8 MPa

a – Delgi işlemi

400 - 500 bar ENJEKSİYON

b – Püskürtmeli enjeksiyon işlemi


H.ÖZKAN, 2006

69

• Tekli sistem (CCP Yöntemi)

Bu sistemde, boru takımından sadece çimento/su karışımı 300 – 400 bar basınç altında bir veya birkaç püskürtme memesinden enjekte edilir. Sonuçta elde edilen enjeksiyonlu sütunun çapı 60 – 80 cm arasındadır (Kasktaş, 1993 ve Keller,1992). Bu sistem ince çakıl ve kumlu zeminlerde uygulanır.

• İkili sistem

Tekli sisteme göre daha ince gereçler içeren zeminlerde ve enjeksiyonlu zemin sütunu çapı daha büyük istenildiği zaman uygulanır. Bu sitemde boru takımı içinde enjeksiyon karışımının püskürtüldüğü iç boru sistemi vardır. Dış borudan hava, iç borudan enjeksiyon karışımı püskürtülür (Keller,1992).

• Üçlü sistem (Kajima Yöntemi)

Zemindeki toprak, kil, silt gibi gereçler enjeksiyon karışımı ile uygun dayanım değerlerine sahip

enjeksiyon sütunları oluşturmayabilir. Bu durumda uygun olmayan gereçler hava – su karışımı ile püskürtme yapılarak temizlenir ve kuyu dışına atılan bu gereçlerin yerine enjeksiyon karışımı doldurulur. Kajima Yöntemi olarak da bilinen bu sistemde, su, hava ve enjeksiyon karışımı iç içe borularla ayrı ayrı kuyu içine uygulanır. Hava – su püskürtme memesi enjeksiyon karışımı püskürtülen memeden yaklaşık 50 cm daha yukarıdadır. Altta bulunan enjeksiyon memesinin çapı 7 mm, yukarıda bulunan hava-su püskürtme memesini çapı 1.8 mm’dir. Basınçlı hava-su karışımı, enjeksiyon karışımının zeminle karışmasından önce zeminde yer açar ve geniş alanda enjeksiyon yapılması sağlanır. Zemin hava – su karışımının etkisiyle parçalanır ve boşta kalan tanecikler, basınçlı hava- su karışımı ile kuyu dışına atılır. Bu sistemde hava basıncı 5-6 bar, su basıncı 100-200 bar ve enjeksiyon basıncı 50 bar civarındadır. Sonuçta, Kajima yöntemi ile 150 – 200 cm çapında enjeksiyon sütunları elde edilir (Kasktaş, 1993, Keller,1992 ve Harris,1983). Bu sistem daha çok katı halde killi, siltli zeminlerde uygulanır.

Şekil 4.8’de ise püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) sisteminin farklı alanlarda ve farklı amaçlar için kullanımı verilmiştir. Püskürtmeli enjeksiyon sistemi oturmadan dolayı risk oluşacak yerlerde, örneğin mevcut binaların yanında kazılar öncesinde, üzerinde yeterli zemin olmayan ve zayıf zeminlerde tünel açılmasından önce sık sık uygulanan bir sistemdir (Şekil 4.9).

Püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) sisteminde ekipman olarak, delgi donanımı, karışım hazırlama ekipmanları, enjeksiyon için yüksek kapasiteli pompalar, basınçlı hava ve su için kompresörler kullanılır.

İsveç Dışişleri Bakanlığı binası yanındaki kazı öncesinde yapılan püskürtmeli enjeksiyon uygulaması (Hercules, 2002)

Püskürtmeli enjeksiyon yöntemi ile açılmış sondaj kuyusu (Keller,1992)


H.ÖZKAN,2006

70

Şekil 4.8: Püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) uygulama alanları (Keller, 1992)

Yeraltısuyu düzeyi

Püskürtmeli enjeksiyon uygulaması

Kazı Tabanı

Zemin Ankrajı

Geçirimsizlik perdesi

Tünel


Şaft Püskürtmeli enjeksiyon uygulaması

Tünel


Giriş bölgesi Çıkış bölgesi

Püskürtmeli enjeksiyon engeli /

duvarı

Atık çöp alanı

Geçirimli birim

Püskürtmeli enjeksiyon

geçirimsizlik perdesi

Geçirimsiz birim Püskürtmeli enjeksiyon sütunları

Zeminin Duraylılaştırılması

Yeraltısuyu kontrolü



H.ÖZKAN, 2006

71

Şekil 4.9: Tünel inşaatında püskürtmeli enjeksiyon uygulaması (Hercules, 2002)

4.1.1.1.1 Püskürtmeli Enjeksiyon Parametrelerinin Seçimi

Değişik zeminlerde püskürtmeli enjeksiyon sütununun çapı, uygulamanın hızı, ekonomisi, enjeksiyon sütununun basınç dayanımı gibi özelliklerinin belirlenmesi için çalışma öncesinde püskürtmeli deneme enjeksiyonu çalışmaları yapılır. Proje değerlerine ulaşabilmek için yapılan bu deneme çalışmalarının öncesinde uygulamanın yapılacağı ortamın fiziksel özelliklerinin tanımlanması gereklidir. Bu tanımlama için aşağıdaki parametreler, deneylerle incelenir (Jet-grouting.com,2004).

- Zemin türü - Standart penetrasyon deneyi (SPT) ile zemin kıvamlılığı - Zeminin bulk yoğunluğu - Zeminin tane boyu dağılımı - Doğal su / nem içeriği ve - Atterberg limitleri

Parametrelerin yaklaşık hesaplanmasında izlenecek işlem sırası aşağıda verilmiştir (Jet-grouting.com, 2004).

1. Uygulama öncesinde karar verilmesi gereken ilk parametre, zeminin türüne göre enjeksiyon sütununun uygulama sonrasındaki basınç dayanımının ne olacağıdır. Bu basınç dayanımını sağlamak için 1 m3 enjeksiyon karışımında kullanılacak olan çimento miktarının bilinmesi gereklidir. Bunun için çeşitli zeminlerin çimento enjeksiyonu sonrasındaki basınç dayanımları ilişkisini veren Şekil 4.10’daki abak kullanılarak istenilen basınç dayanımını sağlamak için kullanılacak çimento miktarı konusunda yaklaşım yapılabilir.

2. Proje için istenilen enjeksiyon sütunu çapının seçimi ve bu çapa ulaşmak için sütünun 1m derinliğine harcanacak çimento miktarının hesaplanması ikinci işlem sırasıdır.

1) Yüzeye yakın kesimde, tünel açmak için üzerinde yeterli kalınlığı olmayan zayıf zeminlerde püskürtmeli enjeksiyon uygulanabilir.

2) Ana kayaya kadar püskürtmeli enjeksiyon uygulanarak zemin sağlamlaştırılır.

3) Sağlamlaştırılan zeminde ve ana kayada tünel açılarak tamamlanır.

Tünel Geçkisi

1

Tünel Geçkisi

2

Tamamlanmış Tünel

3


H.ÖZKAN,2006

72

Şekil 4.10: Çeşitli zeminlerde istenilen basınç dayanımı için çimento miktarları (Jet-grouting.com, 2004)

3. Bu işlem sırasında enjeksiyon karışımı bileşenlerinin seçimi yapılır. Karışıma girecek bileşenlerin su ile karışımından sonra, pompalanabilir özellikte olması istenir. Yüksek su/çimento oranlarında, karışımın pompalanma özelliğinin artmasına rağmen basınç dayanımı düşük olur. Bu durumun tersinde de düşük su/çimento oranları, karışımın pompalanma özelliğini azaltmasına rağmen basınç dayanımının artmasına neden olur.

Aynı zamanda karışıma girecek bileşenlerin oranları, püskürtmeli enjeksiyon uygulamasının yapılacağı zeminin tane boyu dağılımına, permeabilite değerine ve doğal su içeriğine bağlıdır.

Geçirgen taneli (kumlu – çakıllı) zeminlerde yer alan su ve karışımdan gelen su, sütunun oluşturulduğu yerden içsel akış ile gidebilir. Bu durumda su/çimento oranının artırılması gerekir. Tersi olarak kohezif, düşük permeabiliteli killi – siltli zeminlerde içsel akış çok yavaş olacağından dolayı yüksek basınç dayanımlarına ulaşmak için düşük su/çimento oranının kullanılması gerekebilir. Dayanımın ikici planda olduğu ve yüksek permeabilite değerine sahip zeminlerde yeraltısuyu akımı etkilerini azaltmak için karışıma bentonit de eklenebilir. Genel olarak karışımın su/çimento oranı 1.0 – 1.5 arasında değişir. Doğal olarak en iyi karışım oranları arazide yapılacak deneme enjeksiyonları ile bulunabilir.

4. (1), (2) ve (3) nolu işlem sıralarında elde edilen verilerle oluşturulacak olan enjeksiyon sütununun 1 m’si için kullanılacak karışım miktarı hesaplanır.

5. Enjeksiyon püskürtme basıncının seçimi yapılır. Genel olarak 40 – 50 MPa basınç seçilmesine rağmen, en iyi seçim başka yerlerde yapılan daha önceki deneyimlerden elde edilir. Bu etken aynı zamanda yüksek basınçlı pompanın kapasitesine ve zeminin doğasına bağlıdır. Enjeksiyon karışımının yüksek basınçlı olması, püskürtme enerjisinin yüksek olması ve daha yüksek kapasite ile daha kısa zamanda ve daha geniş çaplı sütun oluşturulması anlamına gelir.

6. Şekil 4.11‘deki basınç/akım grafiği kullanılarak püskürtme memelerinin sayısı, çapı ve enjeksiyon karışımının akımı seçilir.

100

150

200

250

0

50

150 200 250 300 350 400 450 500

Kum ve Çakıl Siltli Kum

Silt

Siltli Kil

Kil

Çimento ( kg/m3)

Bas

ınç

Day

anım

ı ( k

gf/c

m2 )


H.ÖZKAN, 2006

73

Şekil 4.11: Sıkıştırılamayan akışkanlar için basınç-akım grafiği (Jet-grouting.com, 2004)

AK

IM (litre/dakika)

Ø m

m

Ø m

m

1.8 2.0

2.5 3.0

3.5 4.0

4.5 5.0

6.0 7

8 9

10

1.5 2.0

Ø m

m

2.5 3.0

3.5 4.0

5 6

7

Ø m

m

1.5 1.8

2.0 2.5

3.0 3.5

4 5

6

Ø m

m

1.5 1.8

2.0 2.5

3 4

5

1.5 1.8

2.0 2.5

3.0 3.5

Ø m

m

1.5 1.8

2.0 2.5

3.0

200

250

300

350

400

500

600 700

150 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

BASINÇ (bar) PÜSKÜRTME MEMESİ ÇAPI

(mm)

Çimento

Su oranı 30

40 50

60 80

100 150

200 300

400 500

1000

1 2 3 4 6 8

PÜSKÜRTME MEMESİ SAYISI BASINÇ (psi)

10000 9000

8000

7000

6000

5000

3000

2000

4000 KARIŞIM YOĞUNLUĞU

500 HP

300 HP


H.ÖZKAN,2006

74

7. (4) ve (6) nolu işlem sıralarında elde edilen verilerle enjeksiyon sütununun 1 metresinin oluşturulması için geçen zaman hesaplanır.

8. Püskürtmeli enjeksiyonda geri çekilme kademe boyu belirlenir. Bu kademe boyu genellikle 3 – 8 cm olmaktadır. Enjeksiyon takımları yukarı çekilirken uygun enjeksiyon sütunu çapına ulaşabilmek için seçilen kademe boyunda işlem için bekleme zamanı hesaplanır.

9. Püskürtmeli enjeksiyon takımlarının geri çekilirken dönüş hızı saptanır. Bu dönüş hızı her kademede en az 1 veya 2 turu sağlayacak şekilde olmalıdır.

Yukarıdaki işlem sıralamasında hesaplanan parametrelerin kullanılması ile uygulama alanında/yerinde deneme enjeksiyonları yapılır. Bu deneme enjeksiyonları en az 3 ayrı kuyuda ve her kuyuda en az 4 veya daha fazla kademede yapılır. Her kademede yapılan deneme enjeksiyonlarında istenilen değerlere ulaşmak için değişik karışım oranları, enjeksiyon – su veya hava akımları ve kademede bekleme zamanları zeminin farklılıklarına göre değişik olacağı kesindir.

Yapılan deneme enjeksiyonlarının sonunda öngörülen katılaşma (priz alma) zamanı beklenir ve yapılan kazı ile enjeksiyon sütunları açığa çıkartılır ve sütunun ulaştığı çap kontrol edilir. Sütundan alınan örnekler üzerinde yapılan deney ile basınç dayanım değeri belirlenir. Bu çalışmalar sonunda proje ölçütlerine uygun parametrelere karar verilir. Çizelge 4.5’de deneme enjeksiyonları öncesinde bazı parametrelerin seçimini kolaylaştırması açısından sistemlerde kullanılan değer aralıkları verilmiştir.

Çizelge 4.5: Püskürtmeli enjeksiyon parametreleri (Jet-grouting.com, 2004)

I. Sistem II. Sistem III. Sistem Püskürtmeli enjeksiyon parametreleri En

az En

fazla En az

En fazla

En az

En fazla

Enjeksiyon karışım basıncı (MPa) 20 60 30 60 3 7

Enjeksiyon karışım akımı (litre/dakika) 40 120 70 150 70 150

Hava Basıncı (MPa) - - 0.6 1.2 0.6 1.2

Hava akımı (litre/dakika) - - 2000 6000 2000 6000

Su basıncı (MPa) - - - - 20 50

Su akımı (litre/dakika) - - - - 70 150

Enjeksiyon püskürtme memesi çapı (mm) 1.5 3 1.5 3 4 8

Su püskürtme memesi çapı (mm) - - - - 1.5 3

Hava püskürtme memesi çapı (mm) - - 1 2 1 2

Takım dönüş hızı (devir /dakika) 10 25 5 10 5 10

Takım yukarı çekilme oranı (cm/dakika) 10 50 8 30 3 30

I.Sistem : Sadece enjeksiyon karışımı püskürtmeli (CCP yöntemi) II.Sistem : Enjeksiyon karışımı ve su püskürtmeli III.Sistem : Enjeksiyon karışımı ve su + hava püskürtmeli (Kajima yöntemi)


H.ÖZKAN, 2006

75

4.1.1.2. Süren (Forepoling) Sistemi

Kentsel alanlarda zayıf özellik gösteren zeminlerde ve trafik planlamalarında, genellikle yeraltı çalışmalarında (taşıt, metro tüneli gibi) sığ derinliklerde yapılır. Bu tip tüneller, çevrelerinde bulunan bina gibi yapılara en az etkiyi yapacak şekilde inşaa edilmelidir. Kentsel alanların dışında da sık sık zayıf ve güç zeminlerde çeşitli amaçlara hizmet eden tüneller açılmaktadır. Zayıf zemin ve kayada açılan tünellerde güvenlik açısından ve tünel açılımı sırasında olabilecek deformasyonların engellenmesi için destekleme sistemi olarak, süren (forepoling) uygulaması kabul görmeye başlamıştır.

Süren (forepoling) yöntemleri, açılacak olan tünelin üstünde az örtü kalınlığı olduğu durumlarda, tünel açılımı nedeniyle yüzeyde olabilecek oturmaların engellenmesi ve zayıf zemin ve kayalarda açılacak tünellerde uygulanır.

Uygulamada, tünel açılımına başlamadan önce kazı aynasında ve tavandan yanlara doğru şemsiye gibi açılan geometrik şekilde ve tünel tavanı ile belirli bir açı yapacak şekilde delgiler yapılır. Delgi içlerine çelik boruların yerleştirilir ve çevreleri normal enjeksiyon basınçları altında enjeksiyonla doldurulur (Şekil 4.12). Böylece tünel üst kısımlarında destekleme yapılmış olur. Üç tür süren (forepoling) uygulaması bulunmaktadır (Rotex, 2002). Bunlar,

- Yarı yatay püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) yöntemi,

- Delgi ile boru çakma (spiling) yöntemi,

- Borulu çatı (boru sürme) yöntemidir.

Şekil 4.12: Tünelde süren (forepoling) uygulaması (Rotex, 2002)

Çelik borular Enjeksiyonlu

bölge

TÜNEL


H.ÖZKAN,2006

76

Süren yöntemlerinden olan püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting), özellikle kumlu - çakıllı zayıf zeminlerde ve sığ derinliklerde açılan tünellerde yüzeyden uygulanır (bkz. Şekil 4.8). Borulu çatı veya boru sürme yöntemi olarak bilinen diğer bir yöntem ise, daha çok killi zeminlerde tünel tavanından yanlara doğru açılan şekilde boruların sürülmesi şeklinde uygulanır. Bu yöntemler tünel tavanında kiriş gibi görev yapar. Boru çakma (spiling) yönteminde çelik borularla delgi yapılır ve bu borular kuyu içinde bırakılır. Boruların içi ve dışında bulunan boşluklar enjeksiyonla doldurulur. Daha sonra zeminin veya çatlakların enjeksiyonu yapılarak, tünel açılan ortamın duraylılığı, dayanımı artırılmış ve ortamın permeabilite değeri düşürülmüş olur.

Zayıf zeminlerde veya kayalarda açılan tünelde 11-12 m ilerleme yapılacak ise, delgi ile boru çakma (spiling) yönteminin uygulanmasında, tavan ve yanlara doğru 14 m uzunluğunda 40-45 delik açılmaktadır. Jumbo türü delicilerle 40 deliğin açılması 10-12 saat sürmekte ve bu deliklerin enjeksiyonlarının tamamlanması da yine 10-12 saat zaman almaktadır. Bu durumda tüm işlemlerle birlikte 12 m’lik kazı 2 gün zaman almaktadır (Rotex, 2002). Delgi ile boru çakma (spiling) yöntemi, delme-patlatma yöntemi ile açılan tünellerde, örneğin fay hatları ile karşılaşıldığında ve ayrıca destek gerektiren yerlerde de kısmen uygulanabilir.

4.1.1.3. Zemin Dondurma (Ground Freezing) Sistemi

Suya doygun zayıf zeminlerde tünel ve diğer yeraltı kazılarında ön destekleme sistemi olarak zemin dondurma sisteminin kullanılması çözüm yollarından birisidir (Şekil 4.13). Bu sistemde kazının yeraldığı zemin içindeki su dondurularak, kazı alanına su akışının önüne geçilmiş ve zayıf zeminin dayanım özellikleri artırılmış olur. Ancak bu sistemde kullanılan teknik pahalı ve uygulaması yavaştır.

Sistemin temeli, amacına uygun derinlikte suya doygun zemin içinde açılmış olan sondaj kuyusuna indirilen soğutucu sıvı dolaşımlı boru sistemi yardımıyla, zeminin delgi boyunca ısısının alınarak, sonucunda zemin içinde bulunan suyun dondurulmasına dayanır. Bu şekilde zemin içinde Şekil 4.13’deki planda verildiği üzere, donmuş zeminden oluşan sütunlar oluşturulur. Bu sütunlar zeminin taşıma gücünü artırdığı gibi daha sonra yapılacak kazı alanına yeraltısuyunun gelmesi önleyerek duraylılığın artmasına yardımcı olur. Zemin dondurma sisteminde 2 yöntem uygulanır. Bunlar, tek aşamalı sistem (Şekil 4.14) ve iki aşamalı sistemdir (Şekil 4.15).

• Tek aşamalı zemin dondurma sistemi

Bu sistemde kaynama noktası (-196) oC olan nitrojen gazı kullanılır. Dondurma borusundan nitrojen geçirilir ve dondurma borusu boyunca bir süre sonunda zemin dondurularak, sonuç elde edilir. Dondurma borusundan geri dönen nitrojen buharlaşarak atmosfere katılır. Tuzlu su kullanılan iki aşamalı siteme göre yaklaşık %50 daha pahalı olan sistemde sonuç çabuk alındığı için kullanım alanı bulmaktadır. Ayrıca bu sistem ile oluşturulan dondurulmuş zemin sütununun yaklaşık 1 hafta boyunca etkisini koruduğu gözlenmiştir (Harris, 1983).

• İki aşamalı zemin dondurma sistemi

Bu sistemde, dondurma işlemini sağlayan glikol veya kalsiyum klorit tuzları içeren su karışımı ve bu karışımı soğutan freon, amonyak veya metanol gazlarının kullanıldığı soğutucu sistem bulunmaktadır. Dondurma işlemi için kullanılan santralin şematik gösterimi Şekil 4.15’de verilmiştir. İç içe geçmiş boru sistemi ile kuyuya 3.5 m/s hızla tuzlu su karışımı pompalanır. Kuyudan geri dönen tuzlu sıvı soğutularak, tuzlu su kayıpları olmadan kuyuya yeniden pompalanır. Dondurulmuş zeminde istenilen dayanım değerlerine ulaşabilmek için ve zemin türüne göre, tuzlu su (- 40) oC’nin altında soğutularak 3 – 10 hafta boyunca uygulanır (Harris, 1983). Uygulamada delik aralıkları 0.50 – 1.5 m arasında değişir (Lenzini ve Bruss, 1975).


H.ÖZKAN, 2006

77

Şekil 4.13: Zemin dondurma (freezing) örnekleri (Harris,1983)

Şekil 4.14: Zemin dondurma için tek aşama yöntemi (Harris,1983)

Geri dönüşten sonra buharlaşarak atmosfere atılan gaz

BUZ SÜTUNU

60 – 70 mm çapında iç boru

Sıvı Nitrojen Tankı

80 – 90 mm çapında dış boru sistemi

Dondurulmuş zeminden oluşan

duvar

Dondurma Tüpleri

Dondurma Boruları

Dondurulmuş zeminden oluşan

duvar Tünel

Dondurulmuş zeminden oluşan duvar planı

Geç

irim

li S

uya

Doy

gun

Zem

in

Donmuş Zemin

A) AÇIK KAZILARDA UYGULAMA B) TÜNELDE UYGULAMA


H.ÖZKAN,2006

78

Şekil 4.15: Zemin dondurma için iki aşama yöntemi (Harris,1983)

• Zemin dondurma işleminin sayısal açıklaması

Zemin dondurma işlemi için zemin sıcaklığının (t1)’den (t2)’ye düşürülmesi aşağıdaki eşitlikle açıklanır (Harris,1983).

( )[ ] ( )[ ]0212 −⋅⋅+−⋅⋅= tLMttSMQ Burada ;

Q = (t2) ısı değerine ulaşmak için zeminden alınması gereken ısı, M = Isısı alınan zemin kütlesi, S = Isısı alınan zemin kütlesinin özgül ısısı, L = Buzun gizil ısısıdır.

Kompresör

Giriş Çıkış

Yüksek Basınıçlı Freon Gazı

Ayar Vanası

Tuzlu Su Soğutucusu

Düşük Basınıçlı Freon Gazı

Su Soğutmalı Yoğunlaştırıcı

Freon Gazı

Tuzlu Su Çıkışı

Tuzlu Su Girişi

Ø 50 – 60 mm

Ø 150 – 200 mm

Dondurma Boruları

Tuzlu Su

3 1 2

TUZLU SU TANKI VE POMPASI


H.ÖZKAN, 2006

79

Yukarıdaki eşitliğin zemin ve buz için açılımı;

( )[ ] ( )[ ] ( )[ ] [ ]iwiiwwss LdVtSdVtSdVttSdVQ ⋅⋅+−⋅⋅⋅+−⋅⋅⋅+−⋅⋅⋅= 22212211 00 ..................1

Burada ;

Q = Zeminden alınan ısı (kcal), V1 = Zemin içindeki katı kısmın hacmi (m3), ds = Zemin taneciklerinin yoğunluğu (yaklaşık 2500 kg/m3 alınabilir), V2 = Zemin içindeki suyun hacmi (m3), dw = Zemindeki suyun yoğunluğu = 1000 kg/m3 alınabilir), Ss = Zemindeki taneciklerin özgül ısısı (yaklaşık 0.2 kcal/kg - oC alınabilir), Sw = Zemindeki suyun özgül ısısı = 1 kcal/kg - oC alınabilir), Li = Buzun gizil ısısı = 80 kcal/kg, di = Buzun yoğunluğu = 900 kg/m3 alınabilir), Si = Buzun özgül ısısı (yaklaşık 0.5 kcal/kg - oC alınabilir), t2 = Dondurma işleminden sonra zeminin ve buzun son ısısı (oC), t1 = Dondurma işleminin başladığı andaki zeminin ısısı ve zemindeki suyun ısısı (oC)’dır. Ayrıca (V) = Dondurma işleminin yapılacağı zeminin toplam hacmi ve (n) = porozite ise, [V1 = (1-n). V] ve [V2 = Vn] olacaktır.

Zemin dondurma işleminde kullanılan bu yöntem, ısı kayıplarından dolayı %50-%70 oranlarında etkilidir. Bu nedenle ısı kayıplarını karşılayacak şekilde, soğutma işleminin yapıldığı santral kapasitesi, zeminden alınacak ısının (Q) 1.5–2 katı ısı alabilecek şekilde olmalıdır. Zemin dondurma işleminin sayısal açıklamasında verilen eşitlik dikkate alındığında, 1m3 suya doygun zeminin dondurulması için son ısı ve çevre (zemin) ısısı arasındaki farka göre, zeminden alınması gereken ısı (Q) yaklaşık 40.000 – 60.000 kcal arasındadır (Harris, 1983). Teorik olarak donma zamanı;

AhQt⋅

= olarak açıklanır. Burada;

Q = (1) nolu eşitlikten hesaplanan zeminden alınan ısı (kcal),

h = Kuyu içindeki zemin dondurma borusu tarafından alınan ısı (örneğin, 200 mm çapındaki boru zeminden ısıya bağlı olarak 300 – 500 kcal / h – m2 ısı alabilir)

A = Zemin tarafından çevrili borunun yüzey alanı (m2)’dir.

Çizelge 4.6’de dondurulmuş zeminlerin ısıya bağlı olarak yaklaşık basınç dayanımları verilmiştir.


H.ÖZKAN,2006

80

Çizelge 4.6: Dondurulmuş zeminlerin basınç dayanımları (Harris, 1983)

Son Isı Değerleri Gereç Türü

-10oC -15oC -20oC

Buz 1 1.5 2

Suya doygun kil 5 7 9

Suya doygun ince kum 8 13 15

Suya doygun orta kum

Dondurulmuş zemin basınç dayanımları

(N/mm2) 8 13 20

• Zemin dondurma işleminde karşılaşılan olumsuzluklar

- Zemin içinde tuzlu suyun olması dondurma işlemini zorlaştırmaktadır.

- Yeraltısuyu akışı, ısı iletilmesine neden olduğundan dolayı, dondurma işlemi daha zor yapılmaktadır. 1-2 m/gün akış hızına sahip yeraltısuyu akışı olan zeminlerde, zemin dondurma işlemi yapmak pratik değildir.

- Zemin içindeki suyun donmasıyla, buz haline gelen su genleştiği için uygulama yapılan zeminin yüzeyinde kabarmalar, yükselmeler olmaktadır. Boston (A.B.D)’da tren yolu altında yapılan (I-90) tünelinin zemininde yapılan dondurma işlemi sonrasında Şekil 4.16 ve 4.17’de verildiği gibi zeminde yükselmeler olmuştur.

Tren yolu altında yapılan (I-90) Tüneli için yüzeyden yapılan zemin dondurma uygulaması (Powderham ve diğerleri, 2001)


H.ÖZKAN, 2006

81

Şekil 4.16: (I-90) Batı Birleşim tüneli üstünde zemin dondurma uygulaması ile zeminin yükselme konturları (Powderham ve diğ., 2001)

Şekil 4.17: (I-90) Batı Birleşim tüneli üstünde zemin dondurma uygulamasında öngörülen ve gerçekleşen zemin yükselme değerleri (Powderham ve diğ., 2001)

75 100

125

125

25 25

50

50

75

100

50 25

75

75

50 25

25

0 0

(I-90) DOĞU BİRLEŞİM TÜNELİ

(I-90) BATI BİRLEŞİM TÜNELİ

25

125 Tren yolu hatları

Zemin yükselme konturları milimetre ölçüsündedir.

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

0 50 100 150 200 250

Zemin dondurma işleminin yapıldığı gün sayısı

Zem

in y

üzey

inde

n öl

çüle

n yü

ksel

me

değe

rleri

(mm

)

ÖNGÖRÜLEN

GERÇEKLEŞEN


H.ÖZKAN,2006

82

4.1.1.4. Balon Mini Kazık (Pin Pile) Yöntemi

Balon (alt ucu genişletilmiş) mini kazık yöntemi aynı zamanda mikro-kazık olarak da bilinmektedir. Kazık boyutları ve zemin koşullarına göre yaklaşık 60 m derinliğe kadar, 180 tonun üzerinde yük taşınan yerlerde mini kazık yönteminin kullanıldığı bilinmektedir. Bu kazık yönteminde destek elemanı olarak çevresi enjeksiyon ile doldurulmuş çelik çubuklar veya borular kullanılır. Enjeksiyon işlemleri basınçsız, basınçlı veya derinliğe bağlı olarak kademeli yapılır (N.C.C., 2002). Bu yöntem ile temel altındaki zemine zarar vermeden en az titreşimle zeminde oturmaların önüne geçilerek, zeminin basınç dayanımı, kesme gerilim değerleri ve yanal yüklere karşı direnci artırılır. Yöntemin diğer bir kolaylılığı ise, dar alanlarda uygulanabilmesi ve yapılı veya yapılacak olan yapıların temellerinin zemine basit ve ekonomik şekilde bağlanabilmesidir (Şekil 4.18). Şekil 4.19’da yöntemin uygulama aşamaları verilmiştir.

Şekil 4.18: Balon mini kazık yönteminin köprü ayaklarına uygulanması (N.C.C., 2002)

Şekil 4.19: Balon mini kazık yönteminin uygulanma aşamaları (N.C.C., 2002)

Delgi İşlemi Kuyu Doldurma

Enjeksiyonu

Destek Çubuğunun

Yerleştirilmesi

Enjeksiyon İşlemi ve Muhafaza

Borusunun Çekilip Alınması

1 2 3 5 4

Kazığın Tamamlanması

Rotary delgi başlığı Basınçlı

su girişi Basınçlı su çıkışı

Muhafaza borusu

Kesme papucu

Sondaj borusu

Matkap

Doldurma enjeksiyonu

girişi Sondaj

suyu çıkışı

Muhafaza borusu

Metal Destek Çubuğu

Basınçlı enjeksiyon uygulaması

Geri alınan muhafaza

borusu

Not : Kuyuda dayanımı güçlendirmek için genelde

muhafaza borusu kuyu içinde bırakılır.

Sıkışabilir tabaka

Taşıyıcı tabakaya bağlanma uzunluğu E

njek

siyo

n

Enj

eksi

yon


H.ÖZKAN, 2006

83

4.1.2. Pekişmemiş Zeminlerde Enjeksiyon Uygulama Örnekleri

4.1.2.1. Bjorøy Yol Tüneli (Norveç)

Projenin Tanıtımı

1965 m uzunluğunda olan Bjorøy yol tüneli, güney batı Norveç’de bulunan Bergen şehrinin yakınındaki Vatlestraumen Boğazı altından (deniz yüzeyinden en fazla 80 m derinlikte) geçmektedir. 1993 yılında ada kesimden başlayan kazılar, 1995 yılında ada kesiminde 840 m ve anakara kesiminde 1125 m olarak tamamlanmış ve tünel 1996 yılında kullanıma açılmıştır (MBT,1998).

Tünelde Yaşanılan Sorun

Bjorøy kesiminde yapılan kazıların yaklaşık 700 metresine gelindiğinde öngürülmeyen

koşullar yaşanmıştır. Kazı aynasında olağan delgi işlemleri yapılırken, tünel aynasından 7 bar basınç ile 8–10 m ileriye fışkıran, kum/silt ile birlikte su patlaması olmuştur. Birkaç dakika içinde 51mm çapındaki sondaj deliğinden metreküplerce kum ve su tüneli doldurmaya başlamıştır. Gelen suyun verimi 200 litre/dakika olarak belirlenmiştir. Bu kesimde ana fay hattı nedeniyle Jura yaşındaki kumtaşları ve sedimanter breşler paralanarak konsalide olmamış ve kalınlığı birkaç cm’den 2.5 m’ye ulaşan kum ve silt haline dönüşmüştür (Şekil 4.20) . Su gelişi olan bu kesim üzerinde, yaklaşık 30 m örtü kalınlığı bulunmakta ve deniz düzeyinden 72 m altta yer almaktadır.

Tüneldeki bu sorunun giderilmesi için zemin dondurma, yatay püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting), boru sürülmesi (forepoling), mini kazık yerleştirilmesi gibi çözümler düşünülmüş ve suyun kesilmesi ve ortamın duraylılığının artırılması için basınçlı enjeksiyon uygulamasına karar verilmiştir (MBT,1998).

Sorunun Çözümü

Çimento ve akralit kullanılarak hazırlanan karışımla ile basınç altında hidrolik kırıklar oluşturarak sağlamlaştırma ve su gelişini önlemek amacıyla enjeksiyon yapılmıştır. Tünel aynasını sağlamlaştırmak için de delgi ile boru çakma (spiling) süren uygulaması yapılmıştır. Tünelin bu kesimine yerleştirilen ölçüm aletleri ile duraylılık sürekli olarak gözlenmiştir.

Çabuk katılaşma ve yüksek dayanım özelliği bulunan, ticari adı Rheocem-900 olan çok ince çimento ve yine ticari adı MEYCO-MP-301 olan akralit reçinesi, çözümde kullanılan enjeksiyonların karışımına katılmıştır. Homojen bir yapı elde etmek için önce çok ince çimento ile enjeksiyonlar yapılmıştır. Daha sonraki aşamada, uygulanan akralit reçinesi enjeksiyonu, ince kum ve silt içine çok kolay nüfuz etmiş ve enjeksiyon yapılan yerlerde basınç dayanımının artırılması ve suyun kesilmesinde etkin olmuştur. Enjeksiyon tünel çevresine yerleştirilmiş çelik borulardan uygulanmıştır. Bu borular aynı zamanda süren (forepoling) uygulamasına yönelik olmuştur. Enjeksiyon işleminden sonra kazı, bekho (backhoe) kepçelerle ile kısa aralıklarda yapılmış ve kazılan kesim çelik telli ankrajlar ve püskürtme beton (shotcrete) ile desteklenmiştir.

Bjorøy Tüneli Giriş Portalı


H.ÖZKAN,2006

84

Şekil 4.20: Bjorøy yol tüneli jeolojik planı (MBT,1998)

Sonuç

Bu uygulama, faydan etkilenen yaklaşık 30 m’lik kesimde yavaş ve dikkatli bir şekilde yapılmıştır. Uygulama sonunda kontrol edilemeyen çökmeler ve su patlamalar ı yaşanmamış ve tünele bu kesimden su gelişi sadece sızma su şeklinde olmuştur. Daha sonra yapılan delgilerin verilerine göre;

• Karot örneklerinde %50 pekişmiş siltli kum gözlenmiştir.

• Yaklaşık %75 oranında karot verimi sağlanmıştır

• Silt ve kum gereçlerinin %10–15’ne akralit enjeksiyonu nüfuz etmiştir.

• Tünel etrafına delgi ile sürülen borulardan yapılan çimento enjeksiyonları %10–15 oranlarında zemine nüfuz etmiştir.

• Karot örneklerinden alınan ve MEYCO-MP-301 akralit enjeksiyonlu siltlerin tek eksenli basınç dayanımları 0.36 ve 0.39 MPa arasında değişmiştir.

Kazı Yönü

1490

1480

1470

1460

Çok kırıklı ve bozunmuş TEKTONİK BREŞ ( Klorit, Serizit, İllit)

Sert kuvars kumtaşı ve kırıklı konglomera mercekleri içeren KUM ve SİLT

Bozunmuş, çok zayıf, BİYOTİT GNAYS

Tünel uzunluğu (m)


H.ÖZKAN, 2006

85

4.1.2.2. Fessenheim Hidroelektrik Santralı (Almanya)

Hidroelektrik santral, Rhine nehrinin yanındaki Grand Alsace Kanalı (Almanya) üzerindedir. Fessenheim santrali, kalınlığı 200 m’den daha fazla, kum – çakıl düzeylerinden oluşan ve 1cm/s’den büyük permeabilite değerine sahip alüvyon üzerine oturmaktadır (Fang,1991). Santralin inşaası için 175 m eninde, 89 m boyunda ve 27 m derinliğinde kazıya gerek duyulmuştur. Kazının taban sınırı yeraltısuyu düzeyinin 23 m altında yer almaktadır (Şekil 4.21 ve Şekil 4.22).

Kazının duvarlarında kayma olmaması için, kil+çimento enjeksiyonu uygulamasının sonrasında, kazının düşey diyaframlarındaki basınç dayanımının 2 kg/cm2 olması öngörülmüştür. Düşey diyaframın oluşturulması için 2 sıra 3 m aralıklarla delgi yapılmıştır. Kazı tabanında yatay diyafram oluşturmak için ise 9 x 9 m’lik karelajdan delgiler yapılmış ve bu delgilerden düşük viskoziteli kil enjeksiyonu uygulanmıştır. Yatay diyaframın oluşturulması sırasında 60–70 kg/cm2 yüksek enjeksiyon basıncı uygulanmıştır. Böylelikle enjeksiyonun ayyılım etki çapı büyütülmüştür. Alüvyonun kum merceklerine denk gelen yerlerde ise silikat enjeksiyonu yapılmıştır.

Yatay ve düşey diyaframların toplam yüzey alanı 30 000 m2 olan kazı yerindeki enjeksiyon çalışmasında, toplam olarak 22 500 m derinliğinde enjeksiyon delgisi yapılmış ve bu delgilerden 42 500 ton katı madde basılmıştır. Bu çalışmalardan sonra kazı tamamlanmış ve yapılan

enjeksiyon sonucunda yeraltısuyundan kazı alanına, toplam debisi sadece 115 litre/saniye olan su gelmiştir. Çalışma öncesinde 1 cm/s’den büyük permeabilite değeri, enjeksiyon sonrasında 3.1-4 cm/s’ye düşürülmüştür (Fang,1991).

Şekil 4.21: Fessenheim hidroelektrik santralı enjeksiyon kesiti (Fang,1991)

Enjeksiyon uygulanmış zemin

Drenaj çukuru

176.70 m

168.00 m

160.00 m

214.50 m

204.00 m

Göl alanı su düzeyi

AKIŞ YUKARISI

Drenaj çukuru

170.00 m

Enjeksiyon çalışması öncesinde yeraltısu düzeyi

192.00 m

199.50 m

AKIŞ AŞAĞISI

Fessenheim Hidroelektirik Santrali inşaat alanındaki alüvyonun, kil - çimento enjeksiyonu sonrası görüntüsü


H.ÖZKAN,2006

86

Şekil 4.22: Fessenheim hidroelektrik santralı enjeksiyon delgileri dizgi planı (Fang,1991)

4.1.2.3. Durlassboden Barajı (Avusturya)

Durlassboden barajı, 70 m’ye yakın yüksekliğinde, 2.5 milyon m3 dolgu hacminde 1967 yılında inşaa edilen bir barajdır. Göl alanında 52.5 milyon m3 su depolanan, orta büyüklükdeki bu baraj, enerji amaçlıdır. Barajın gövdesi altında kum, çakıl, silt, siltli kum düzeyleri içeren alüvyon bulunmaktadır (Şekil 4.23). Baraj ekseninden alınan jeolojik kesitten de görüleceği üzere silt oranlarına göre değişen permeabilite değerlerine sahip alüvyon, üç kısma ayrılmıştır. Enjeksiyon çalışmaları öncesinde, 7 adet delgiden deneme enjeksiyonu yapılmış ve yaklaşık 50 m derinliğindeki siltli kum – çakıl düzeylerin enjeksiyonunun etkin olarak yapılabileceği anlaşılmıştır. Deneme enjeksiyonları ile siltli kum – çakıl düzeylerin 3x10-2 cm/s olan permeabilite değeri, 4x10-5 cm/s’ ye düşürülmüştür.

Yapılan enjeksiyon çalışmalarının amacı;

- Alüvyonun permeabilitesini 1x10-4 cm/s’ye düşürmek,

- Zemin oturmalarından dolayı geçirimsizlik perdesinde olabilecek hasarları önlemek olarak belirlenmiştir.

Barajda enjeksiyon perdesi talvegte silt düzeylerinin 5 m içine girecek şekilde, 5 sırası 15 – 21 m arasında ve ortadaki 3 sırası 60 m derinliğinde olan 8 sıra olarak oluşturulmuştur (Şekil 4.24). Enjeksiyon delgi sıraları arasındaki uzaklık, dış kısımlarda 3 m, iç kısımda yer alanlarında ise 2.5 m’dir. Sıralarda yer alan deliklerin ara uzaklığı ise 3 m’dir. Sağ ve sol yakada kayada yapılan enjeksiyon çalışmaları tek sıra halinde 3 m aralıklarla yapılmıştır. Alüvyonun enjeksiyonunda 1 ½ inç’lik (3.81 cm) manşetli boru kullanılmıştır.

AKIŞ AŞAĞISI

Akış aşağısı enjeksiyon santrali

80.80 m

AKIŞ YUKARISI

Akış yukarı pompa istasyonu

Kuyu Akış yukarısı enjeksiyon santrali

Drenaj çukuru

Jeneratör yerleşim ekseni

175.00 m


H.ÖZKAN, 2006

87

Alüvyon enjeksiyonu 4 aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci ve ikinci aşamada, marsh hunisi ile viskozitesi en az 38 saniye olan 500 kg bentonit, 150 kg çimento ve 1000 litre su ile hazırlanan karışım kullanılmıştır. Bu aşamalarının sonunda üçüncü aşamada ise yine marsh hunisi ile viskozitesi 38 saniyeyi geçmeyecek şekilde bentonit, sodyum monofosfat, sodyum silikat ve su karışımının enjeksiyonu gerçekleştirilmiştir. Dördüncü ve son aşamada da marsh hunisi ile viskozitesi 32 saniyeye yakın olan kimyasal algonit jeli (ana bileşeni sodyum alüminat) kullanılmıştır. Derinlerde en son enjeksiyon basıncı olarak 50 – 60 kgf/cm2’ye ulaşılmıştır.

Alüvyonda yüzey alanı 10 579 m2 olan enjeksiyon perdesini oluşturmak için 20 587 m delgi yapılmış ve toplam uzunluğu 15 777 m olan manşetli boru kullanılmıştır. Dört aşamada gerçekleştirilen çalışmalarda,

1. ve 2. aşamada : 22 540 m3 bentonit / çimento enjeksiyonu,

3. aşamada : 25 132 m3 bentonit jeli enjeksiyonu ve

4. aşamada : 6 724 m3 algonit jeli enjeksiyonu yapılmıştır.

290 deney ile belirlenen alüvyonun permeabilite değeri, üçüncü aşama sonunda 3x10-3 cm/s’ye, 4 aşama sonunda ise matematiksel ortalama olarak 0.8x10-4 cm/s’ye düşürülmüştür.

Şekil 4.23: Durlassboden barajı geçirimsizlik perdesi boy kesiti (Fang,1991)

ENJEKSİYON DELGİ PLANI

8 sıra enjeksiyon perdesi Ana kayada

perde enjeksiyonu

Deniz yüzeyinden yükseklik (m)

Ana kayada perde enjeksiyonu

3 sıra enj.

perdesi

Sol Yaka

Enjeksiyon perdesi alt sınırı

1450

1200

1400

1350

1250

1300

Sağ Yaka

Enjeksiyon perdesi alt sınırı

ANA KAYA

Enjeksiyon perdesi

Geçirimli alüvyon (kum ve çakıl) k = 10-2 cm/s

ANA KAYA

İnce kum ve silt k ~ 10-3 cm/s

ANA KAYA

Silt ve moren k = 10-3 -10-4 cm/s

Baraj kret kotu : 1411 m

Enjeksiyon perdesi Kontrol Galerisi Doğal yüzey


H.ÖZKAN,2006

88

Şekil 4.24: Durlassboden barajı geçirimsizlik perdesi en kesiti (Fang,1991)

4.1.2.4. Xiaolangdi Barajı (Çin) – Püskürtmeli Enjeksiyon Uygulaması

Zonlu toprak ve kaya dolgu tipindeki Xiaolangdi barajı, Çin’deki Henan eyaleti, Luoyang şehrinin 30 km kuzeyinde, Sarı nehir (Yellow river) üzerinde inşaa edilmektedir. Enerji ve taşkın koruma amaçlı olan barajın yüksekliği 154 m ve kret uzunluğu yaklaşık 1700 m’dir. Barajda geçirimsizliğin sağlanabilmesi için gövde altında diyafram duvar, yamaçlarda çimento enjeksiyonu ve akış yukarı batardosunda ise diyafram duvar ve püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) uygulaması yapılmıştır. Gövde altındaki alüvyonun kalınlığı en derin yerde yaklaşık 140 m’dir. Gövdede kil çekirdeğin tabanında 5 m derinliğinde 3x3m karelaj ile 120 m genişliğindeki bir alanda çimento, bentonit ve su karışımından oluşan şerbet ile sağlamlaştırma (konsolidasyon) enjeksiyonları yapılmıştır.

Akış yukarı batardosu altındaki kum, çakıl ve daha çok iritaş (cooble) içeren alüvyonda geçirimsizlik sağlamak için yapılan çalışmalar iki kısımdan oluşmaktadır. İlk çalışma 0.80 m kalınlığında cut – off diyafram duvarı yapımı ile başlanmıştır. Ancak duvar inşaasından vazgeçilerek, batardo geçirimsizlik perdesinin kalan kısmı (yaklaşık 10 500 m2) püskürtmeli enjeksiyon ile tamamlanmıştır (Şekil 4.25).

Püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting) uygulamasında oluşturulan enjeksiyonlu sütunların çapı en az 1.20 m, sütün aralıkları 1.0 m ve en fazla derinlik 55 m’dir. İşlem sırasında oluşturulan sütunların düşeyden sapması en fazla % 5 ile sınırlandırılmıştır. Püskürtmeli enjeksiyon uygulamasından önce yapılan delgi sırasında 127 – 168 mm çaplarında muhafaza (casing) borusu kullanılarak 89 mm ve 127 mm çaplarında delgi yapılmıştır. Muhafaza borularının yanı sıra delgi sırasında kuyularda olabilecek yıkıntıları önlemek için polimer çözeltisi sirkülasyonu sağlanmıştır.

1411 m (Baraj kreti) 1405 m - Göl alanı max. su düzeyi

1/1.75 1/1.75

1/3

1/2.5

1/2

1/2 Filtre gereci

Kil çekirdek

1290 m

Silt üst sınırı

Göl alanı min. su düzeyi 1360 m

Perde enjeksiyonu

1350 m

1/1.5


H.ÖZKAN, 2006

89

Püskürtmeli enjeksiyon uygulaması öncesinde, çalışma yapılacak alanda 5 adet deneme kuyusu açılmıştır. Bu kuyularda uygun enjeksiyon karışım oranlarının, püskürtme parametrelerinin belirlenmesi ve zeminin permeabilitesinin denetlenmesi için değişik enjeksiyon karışım oranları, enjeksiyon - hava basınçları ile dönüş hızları denenmiş ve su deneyleri yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda aşağıdaki özellik değerlerinin uygulanması ile hedefe ulaşılmıştır.

Püskürtmeli enjeksiyon basıncı : > 42 MPa

Hava basıncı : 1.4 MPa

Püskürtme takımlarının dönüş hızı : 12 devir/dakika

Çimento/bentonit karışım akış hızı : 3.5 – 4.0 litre/saniye

Enjeksiyon püskürtme memesi çapı : 3 mm

Takımlarının yukarı çekilme hızı : 4 cm / 14 saniye (alüvyonda), 4 cm / 9 saniye (dolguda)

Enjeksiyon sütunlarının 28 günlük tek eksenli basınç dayanımı : 1.5 – 2.2 MPa

Şekil 4.25: Xiaolangdi barajı akış yukarı batardosu püskürtmeli enjeksiyon çalışmaları (Richard ve Mazzieri, 1999)

Şekil 4.26 ve Şekil 4.27’de pekişmemiş zemin (alüvyon) üzerinde inşaa edilen bazı toprak ve kaya dolgu barajlardaki geçirimsizlik perdesi uygulamaları ve boyutları verilmiştir.

5.00 m 1.00 m

B - AYRINTISI

Püskürtmeli Enjeksiyon

Duvarı

Cut – off Beton Duvarı

A - AYRINTISI

1.20

m

Püskürtmeli Enjeksiyon

Duvarı


140

Ana Kaya

Ana Kaya Ana Kaya

Püskürtmeli Enjeksiyon Duvarı


150.00 m 152.60 m

A B

SOL YAKA SAĞ YAKA 180

160

80

60

100

120

Kot (m)


H.ÖZKAN,2006

90

Şekil 4.26: Serre-Ponçon ve Mattmark barajlarında geçirimsizlik perdesi (Fang,1991)

Şekil 4.27: Durlassboden ve Aswan barajlarında geçirimsizlik perdesi (Fang,1991)

DURLASSBODEN BARAJI (Avusturya) Enjeksiyon Perdesi

Boykesit Yüzey Alanı = 12 000 m2

0

+ 70

- 70

Yüzey düzlemi

Ana kaya Geç

irim

li A

lüvy

on

YÜKSEK ASWAN BARAJI (Mısır) Enjeksiyon Perdesi


- 208

+ 97 + 111

0 Yüzey düzlemi

Ana kaya

Geç

irim

li A

lüvy

on

+110

0 Yüzey düzlemi

SERRE – PONÇON BARAJI (Fransa) Enjeksiyon Perdesi


- 115 Ana kaya

Geç

irim

li A

lüvy

on

0

+ 97

Yüzey düzlemi

- 100

MATTMARK BARAJI (İsviçre) Enjeksiyon Perdesi


Ana kaya

Geç

irim

li A

lüvy

on


H.ÖZKAN, 2006

91

4.2. Yarıklı – Çatlaklı ve Kırıklı Kayaların Enjeksiyonları

Birçok kayacın permeabilite değeri, pekişmemiş gereçlerin permeabilite değerinden çok daha küçüktür. Kayaların permeabilite değerleri, kırık, çatlak, tabaka düzlemleri gibi oluşumlardan dolayı değişim gösterir. Attwell ve Farmer (1976), kaya permeabilitelerinin 10 -4 cm/s’ den küçük olmasına rağmen, çimento enjeksiyonunun etkili olduğu görüşündedirler. Buna rağmen Lenzini ve Bruss (1975), geçirimsizlik enjeksiyonlarında toprak zeminlerin çimento ile enjeksiyonu 10-1 cm/s permeabilite değeri ile sınırlandırılmıştır.

Enjeksiyon türünün seçiminde, kaya çatlak açıklıkları ve maliyetler birinci derecede rol oynar. Genel olarak geniş çatlakların doldurulmasında normal portland çimentosu kullanılır. Houlsby (1990)’a göre 500 mikron tane çaplı portland çimentosu özellik gerektirmeyen yerlerde, 400 mikron tane çaplı portland çimentosu daha özel yerlerde kullanılır. Snow (1968), düzlemsel iki çatlak takımı bulunan kaya kütlesinin permeabilitesinin belirlenmesi için aşağıdaki eşitliği vermiştir (Mining Life, 2003).

νγ

6

3bNK w

⋅⋅= Burada ;

K = Kayacın permeabilitesi (hidrolik iletkenliği) m/s γw = Suyun birim ağırlığı kN/m3 b = Çatlak açıklığı (m) υ = Suyun dinamik viskozitesi N = Metredeki çatlak sayısıdır.

Bu eşitliğe göre, basınçlı su deneylerinden elde edilen permeabilite değeri ve metredeki çatlak sayısı bilinirse, kaya ortamında çatlak açıklığı bulunabilir. Hesaplanan bu çatlak açıklığa uygun çimentodan ve/veya kimyasallardan yapılan karışım kullanılabilir.

Mitchell (1981) tarafından ince çatlaklı kayaların enjeksiyon yapılabilme oranı tanımlanmıştır Weaver (1991). Çatlak açıklığının (mm), çimento tanelerinin % 95’ni oluşturan tane çapına (D95 - mm) bölünmesi ile bulunan enjeksiyon yapılabilme oranı, 5’den büyük ise söz konusu çatlak açıklığına ve çimento tane boyutuna göre enjeksiyon yapılabilir, eğer 2’den küçük ise enjeksiyon yapılamaz anlamı taşımaktadır. Çatlak açıklıklarına göre enjeksiyon karışımında kullanılan çimento türleri Çizelge 4.7’de verilmiştir.

Çizelge 4.7:Çatlak açıklığına göre çimento türlerinin enjeksiyon uygulamaları (MiningLife,2003)

Çimento tipi Çimento tanelerinin % 95’ni oluşturan tane çapları (D95)

Pratik çatlak açıklığı

Normal portland çimentosu 0.08 - 0.1 mm > 0.40 mm

Erken yüksek dayanım kazanan çimento 0.04 – 0.06 mm > 0.20 mm

Çok ince çimento 0.01 – 0.12 mm > 0.05 mm


H.ÖZKAN,2006

92

4.2.1. Paris Metrosu (Fransa) – Auber İstasyonu Enjeksiyon Uygulaması

Yeraltısuyu düzeyi altında yer alan Paris, Auber İstasyonu inşaatından önce, ilk aşamada istasyonun üstüne denk gelen kesimde, kılavuz galeri açılarak kimyasal enjeksiyon çalışması yapılmıştır (Şekil 4.28). Bu çalışmanın amacı, istasyon kazısından önce zeminin enjeksiyon ile sağlamlaştırılması çalışmalarında kullanılacak olan galeriler zemininin sağlamlaştırılması ve daha önemlisi bu galerilere yeraltısuyu gelişininin önlenmesidir. Bu galeriden yapılan kimyasal enjeksiyon ile permeabilite değeri düşürülen alanda iki adet enjeksiyon galerisi açılmıştır. İstasyon kazısının duraylı olarak yapılabilmesi ve ayrıca istasyon kazısı üzerinde yeralan yapıların oturduğu temelin taşıma gücü artırılması için bu galerilerden Şekil 4.28’de görüldüğü gibi manşetli boru kullanılarak kimyasal enjeksiyon çalışması yapılmıştır.

Şekil 4.28: Paris Metrosu Auber İstasyonu enjeksiyon delgileri yerleşim planı (Fang,1991)

Kum + Çakıl ( Eski Alüvyon)

Kireçli Marn

Çatlaklı Kireçtaşı

(a) – 1. Aşama Enjeksiyon Uygulaması

- 2.00 m


+16.00 m

6 Katlı Bina

Temel

AUBER CADDESİ ~ + 34.27 m

ENJEKSİYON UYGULAMASI YAPILMIŞ ALAN

Enjeksiyon Galerisi

Deliksiz, Düz Boru

Manşetli Boru

3 nolu Tren Hattı

Kum + Çakıl ( Eski Alüvyon)

Kireçli Marn

Çatlaklı Kireçtaşı

(b) – 2. Aşama Enjeksiyon Uygulaması AUBER CADDESİ

~ + 34.27 m 6 Katlı Bina

Temel


+16.00 m

ENJEKSİYON UYGULAMASI

YAPILMIŞ ALAN

1. Aşama Enjeksiyon Uygulaması

ENJEKSİYON UYGULAMASI YAPILMIŞ ALAN

Enjeksiyon Galeri

3 nolu Tren Hattı

- 2.00 m


H.ÖZKAN, 2006

93

4.3. Boşluk Doldurma Enjeksiyonları

4.3.1. Kontak (Dolgu) Enjeksiyonları

Tünel açıldıktan ve kaplama betonları tamamlandıktan sonra tünelde ilk olarak yapılan işlem dolgu enjeksiyonlarıdır. Tünel beton çalışmaları sırasında gerek yerçekimi etkisi ve gerekse

demir donatılarının etkisi ile beton ve zemin arasında boşluklar kalabilir (Şekil 4.29). Beton ile zeminin kaynaşması için bu boşlukların doldurulması gereklidir.

Beton dökülürken kalıba monte edilen 76 mm’lik (3 inç) borular içinden kayaya 15 – 50 cm girilecek şekilde delgiler yapılır. Bu delgilere kuyu başından mekanik tıkaç (paker) bağlanarak tünel alt yarısında ağırlıkça 1/3 oranında çimento – su karışımı tünel üst yarısına ağırlıkça 1/1 oranında çimento – su karışımı enjekte edilir. Tünel boyunca 3 metrelik kesitlerde uygulanan dolgu (kontak) enjeksiyonlarında, enjeksiyonlar sırasıyla önce tabanında, sonra duvarlarında ve en son olarak tavanda yapılır. Kontak enjeksiyon-larının yapılması için tünel kaplama betonları-nın prizini alması ve 28 günlük basınç dayanım değerlerine ulaşması için beklen-melidir. Kontak enjeksiyonlarında uygulanan basınçlar, projeye ve tünel yüksekliğine göre değişkenlik gösterir.

Şekil 4.29: Tünellerde dolgu (kontak) enjeksiyonları

4.3.2. Derz Enjeksiyonları

Derz enjeksiyonları, tünel, galeri ve diğer yerlerde farkı zamanlarda dökülmüş betonların aralarında kalan boşlukların veya betona gömülü borular ile çevresindeki beton arasında kalan boşlukların, daha önceden yerleştirilmiş enjeksiyon kutuları/boruları ve bunlara bağlı enjeksiyon boruları aracılıyla doldurulması işlemidir. Şekil 4.30’da derz enjeksiyonunun bir uygulaması görülmektedir. İki beton kütlesinden en son dökülenini, 28 günlük dayanımının % 60'ına ulaştıktan sonra enjeksiyonlara başlanılmaktadır. Enjeksiyonlara, öncelikle alt ve yanlardaki beton dökülmeden önce bırakılmış boru sistemlerinden başlanır ve daha sonra üstteki boru sistemiyle devam edilir. Boru bırakılmamış ya da borunun tıkalı olduğu yerlerde, derzleri kesecek tarzda açılacak deliklerden tek kademede enjeksiyonlar yapılmaktadır.

Enjeksiyon yapılmadan önce, enjeksiyon için bırakılan boruların tıkalı olup olmadığı, borulara su basılarak kontrol edilir. Enjeksiyon boru sistemlerine su saati bağlanarak, 10 dakika zaman boyunca 3 kg/cm2 basınç altındaki su kaybı belirlenir. Eğer bu basınç altında su kaybı yok ise bu derzlerde enjeksiyon uygulaması yapılmamaktadır. Boru sistemiyle enjeksiyon yapılırken belirli bir zaman içinde (örneğin saatte bir) dönüş borusunun tapası açılarak enjeksiyonun boru içinde katılaşması engellenir.

Tünel Kaplama Betonu

Kaya

Püskürtme Beton

Destekler

Boşluklar

Mekanik Tıkaç

TÜNEL


H.ÖZKAN,2006

94

DSİ 1987’ye göre, bir boru sistemi için 3 kg/cm2‘lik basınç altında 10 dakikada 2 litre veya daha az alış olduğu zaman derz enjeksiyonuna son verilmektedir. İleride tamir veya yeniden enjeksiyon yapabilmek için boru sistemine su verilerek temizlenir ve boru sisteminin giriş ve dönüş ağızları kör tapalar ile kapatılır.

Şekil 4.30: Derz enjeksiyonu sistem ayrıntısı

4.3.3. Ankraj – Kaya Bulonu Enjeksiyonları

Ankrajlarda yapılan enjeksiyonlar, ankrajı zemine / kayaya bağlama ve ön gerilmeyi sağlayıcı (Çizelge 4.8) rollerinin yanı sıra ankrajı korozyona da karşı korur. Korozyon (aşındırma) etkisinde, zeminin resistivitesi (Çizelge 4.9), yeraltısuyunun pH değeri, sülfat (Çizelge 4.10) ve klorit içerikleri ile iklim koşulları etkindir.

Çizelge 4.8: Metal germe sistemleri ve bağlama tipleri (Mcmahon & Mann Cons. Eng., 2001)

Metal Germe Sistem Türleri Bağ Türü Bağlama Türü Korozyon Koruması

Zemin Ankrajları Çelik tel veya metal çubuk

Çimento enjeksiyonu ile zemine bağlama

Yapılan bağlama enjeksiyonu ile koruma

Kaya Bulonları Genellikle metal çubuk, fakat çelik tel de kullanılabilir

Mekanik bağlama, reçine veya çimento

enjeksiyonu ile bağlama

Epoksi kaplaması, tel veya çubuğun galvanize edilmesi, enjeksiyon ile

örtmek

Zemin Çivileri Metal çubuk

Bütün uzunluğu boyunca çimento enjeksiyonu ile

bağlama

Bağlama için kullanılan enjeksiyonun koruması, epoksi

kaplaması da kullanılabilir.

Delik

1 inç (2.54 cm) enjeksiyon borusu

5 mm konik saç

II. Aşama beton

I. Aşama beton

İki beton birleşimi (Derz)

Ölçüler mm’dir.


H.ÖZKAN, 2006

95

Çizelge 4.9: Zemin resistivitelerinin sınıflaması (BOTAŞ,2003)

Zemin Resistivitesi ρ (ohm.m)

Korozyon Özellikleri Zemin veya Kaya Ortamı

< 10 Çok korozyon etkili Sülfatlı ve hümik asitli zeminler

10 - 50 Korozyon etkili Kohezyon etkisi olan veya eğilimi olan zeminler

50 - 100 Orta korozyon etkili Batak alanlar, tarım alanları, killer, killi zeminler, marnlar, şeyller, şistler, kil çimentolu kumtaşları

> 100 Az korozyon etkili veya korozyonsuz

Siltler,kumlar, konglomeralar, kireçtaşları, kireç ve silikat çimentolu kumtaşları

Kaynak : BS (British Standard) 7361, 1991; Cathodic Protection Part 1, “Code of Practice for Site Investigations”

Çizelge 4.10: Xanthakos (1991)’e göre zemin veya kaya ortamında bulunan su özelliklerinin korozyona etkileri (Mcmahon & Mann Cons. Eng., 2001)

Korozyon Etkisi

Deney Zayıf Güçlü Çok Güçlü

pH 6.5 – 5.5 5.5 – 4.5 < 4.5

CO2 ile çözünmüş kireç (mg/l) 15 – 30 30 – 60 > 60

Amonyak (NH4+) (mg/l) 15 – 30 30 – 60 > 60

Magnezyum (Mg2+) (mg/l) 100 – 300 300 – 1500 > 1500

Sülfat (SO42-) (mg/l) 200 – 600 600 – 3000 > 3000

4.3.3.1. Ön Gerdirmeli Zemin Ankrajları

Sabatini ve diğ. (1998), ön gerilmeli ankrajları, uygulanan gerilim yüklerini zemine ileten yapı elemanları olarak tanımlamışlardır (Mcmahon & Mann Cons. Eng., 2001). Ankrajlar, gerdirmeden bağımsız bağlanmayan bölüm ve gerdirmeyi ileten enjeksiyonla bağlanan bölümden oluşur (Şekil 4.31).

Ankraj delgisi yapıldıktan sonra ankraj çubuğu veya çelik halat, deliği ortalayacak şekilde yerleştirilir ve gerek gerdirmenin iletilmesi gerekse zeminin korozyon etkisinin giderilmesi için basınçlı veya basınçsız (serbest halde) enjeksiyonları yapılarak zemine veya kaya ortamına tutturulur. Enjeksiyonda genellikle ağırlıkça su/çimento oranı 0.4 – 0.45 olan karışım kullanılır. Enjeksiyonun katılaşma zamanı sonunda basınç dayanım değeri en az 21 MPa olmalıdır (Mcmahon & Mann Cons. Eng., 2001).


H.ÖZKAN,2006

96

Şekil 4.31: Ankraj enjeksiyonu (Mcmahon & Mann Cons. Eng., 2001)

4.3.3.1.1. Ön Gerdirmeli Ankraj Uygulaması – Hauser Lake Barajı (ABD)

Hauser Lake barajı, Helena şehrinin (Montana – ABD) yaklaşık 22.5 km kuzey doğusunda Missouri nehri üzerinde 1909 – 1911 yılları arasında enerji amaçlı olarak inşaa edilmiştir. Baraj yeri ve yakın çevresinde kumtaşı, kireçtaşı, kuvarsit ve şeyllerden oluşmaktadır. Baraj gövde altında ise kuvarsitler bulunmaktadır.

Kret uzunluğu 213.40 m, temelden yüksekliği 38.50 m olan baraj, yapıldığı yıllardan sonra bir çok değişiklik ve onarım görmüştür. Ancak baraj güvenlik katsayısının artırılması ve duraylılık açısından en önemli onarım, 1979 – 1980 yılları arasında yapılmıştır. Beton baraj tipindeki barajın bu onarım için gövdesinde, 15 adet sondaj yapılmış ve çelik halatlardan oluşan ankrajlar yerleştirilmiştir (Şekil 4.32).

Yapılan çalışma aşağıdaki aşamaları içermektedir (Yen, 1984).

- Baraj dolusavak yapısının üzerinden ana kayada belirli bir derinliğe ulaşılıncaya kadar belirli aralıkla 228.6 mm (9 inç) çapında, derinlikleri 38 – 46 m arasında değişen 15 adet düşey delginin yapılmıştır. 3, 5, 6 ve 10 numaralı delgilerde ana kayanın ayrışmasıyla oluşmuş olan kum – çakıl ve silt mercekleri kesilmiştir. En fazla kalınlığı 3.35 m olan bu mercekler ön enjeksiyon sırasında sağlamlaştırılmıştır.

- Açılan delgilerden ana kayayı da içerecek şekilde ön enjeksiyon yapılmıştır. Ön enjeksiyon çalışması ile ölçüt olarak, 0.70 kg/cm2 basınç altında 1 metre için 1.9 litreden daha az su kaçakları dikkate alınmıştır. Enjeksiyon için 50.8 mm çapında çelik boru kullanılmıştır. Enjeksiyon çalışmasına ağırlıkça su/çimento oranı 1.33 ile başlanılmış ve daha sonra 0.50 oranındaki kalın karışıma geçilmiştir.

Ankraj Başlığı

Taşıma Plakası

Duvar

Boru

Ankraj Enjeksiyonu

Bağlanmayan Ankraj çubuğu

Bağlanan Ankraj Çubuğu Ankraj Çapı

Bağlanmayan Uzunluk

Bağlanan Uzunluk / Bağlanan Ankraj


H.ÖZKAN, 2006

97

Şekil 4.32: Hauser Lake barajının çelik halatlı ankraj uygulaması ile onarımı (Yen, 1984)

HAUSER LAKE BARAJI BOY KESİTİ

HAUSER LAKE BARAJI EN KESİTİ

Dolusavak kapakları

13 14

12 11 10 9 8 7 6

5 4

3

2 1 15

15 adet, ön gerilmeli çelik halatlı ankraj

1109

1103

1097

1091

1085

1079

1073

1067

1061

1055

1049

1042

Kot (m)

0 12 24 48 m

Köprü

Normal su düzeyi Kot: 1108 m

Köprü payandası

Ankraj delgisi

Dolusavak kapağı

0 3 15 m 9

Payanda yüzeyi

Çelik enjeksiyon borusu

Sabitleştirme ve doldurma enjeksiyonu

PLAN GÖRÜNÜŞÜ

Çelik halat başlığı

Doldurma betonu

Spiral şekilli destekler

Başlık betonu

228.6 mm (9 inç) çapında poliüretan

boru Çelik halat

Taşıma plakası

Bağlama enjeksiyonu

Ankraj plakası

6 metrelik ankraj bağlama

kısmı

ÇELİK HALATLI ANKRAJ DETAYI


H.ÖZKAN,2006

98

- Ön enjeksiyonun katılaşmasının beklenmesinden sonra kuyular, yeniden delinmiş, basınçlı su ile yıkanmış ve bu kuyularda basınçlı su deneyleri yapılmıştır. Basınçlı su deneylerinde ön enjeksiyon için alınan su kaçakları ölçütü sağlanmıştır.

- Bu işlemlerden sonra çelik halatlı ankrajlar, kuyu tabanına göre 10 cm havada kalacak şekilde kuyulara indirilmiştir. Bir ankraj, poliüretan boru içinde korunan, 7 telli 50 çelik halatın bir arada bağlanmasından oluşmaktadır. Bir ankrajın en fazla basınç dayanımı 160 kg/cm2 (15.7 MPa)’dır. Kuyulara indirilen çelik halatlı ankrajlar, basınç dayanımı 350 kg/cm2 olan başlık betonlarının dökülmesi ile baş kısmından sabit duruma gelmiştir. Daha sonra halatların ortasında yer alan 50.8 mm çapındaki borudan, ankrajın son 6 metresini kapsayan bağlama enjeksiyonları tamamlanmıştır. Bağlama enjeksiyonunu karışımında su/çimento oranı 0.44’dür ve karışıma çimento ağırlığının % 0.5’i kadar priz hızlandırıcı katılmıştır. Enjeksiyon işlemlerinde kapasiteleri 700 litre olan karıştırıcı ve çalkalayıcı kullanılmıştır.

- Bağlama enjeksiyonlarının katılaşması için en az 14 gün beklenmiş ve daha sonra ankrajlara 1000 ton kapasiteli kriko yardımıyla ön gerilme verilmiştir. Ön gerilme için kriko ile kademeli çekme uygulanmış ve krikonun %73 kapasitesinde ön gerilme işlemi yeterli görülmüştür.

- Bağlama enjeksiyonunda olduğu gibi, karışıma aynı tür gereçlerin katılması ile delgi boyunca ankraj sabitleştirme ve kuyuda kalan boşlukları doldurmak için enjeksiyonlar yapılmıştır. Bu enjeksiyon karışımında, su/çimento oranı 0.49 olarak seçilmiştir.

- Tüm bu işlemlerden sonra, ankraj başlığı için barajın dolusavak eşik yapısında açılan çukurlar yeniden betonla doldurulmuş ve böylelikle barajın duraylılığının artırılması için yapılan tüm işlemler tamamlanmıştır.

4.3.3.2. Kaya Bulonları (Saplamaları)

Gerdirmeli kaya bulonları (saplamaları) yüzey ve yeraltı yapılarında ve kazı çalışmalarında kaya destekleme elemanları olarak kullanılır. Kaya bulonları tel, çelik halat veya metal çubuklardan yapılmıştır. Bazı kaya bulonları ucu yarık olur ve bu yarığa bir metal kama yerleştirilerek deliğe çakılır. Kama yarık olan yeri genişleterek açar ve açılan bu kısım kayaya tutunmayı sağlar. Bu tür kaya bulonları mekanik ankrajlar sınıfına girer. Diğer bir bulon türü de çubuğunun son kısmına monte edilmiş içe dönük tırtıklı yarık yüzeyden oluşmuş bir hücre ve bu hücreyi yararak delik duvarlarına tutunmasını sağlayıcı pimden oluşan bulondur. Yüzeyden civata ile gerilince pim hücre içine girmeye başlar ve tırtıklı yüzey kaya yüzeyine tutunur.

Enjeksiyonlu bulonlar, reçine enjeksiyonlu yada çimento enjeksiyonlu bulonlardır (Şekil 4.33). Kaya bulonunun son kısmında, ankrajın kayaya tutunabilmesi için en az 1 metre uzunluğunda reçine kapsüller vardır. Çubuğun döndürülmesi ile bu kapsül veya kapsüller patlayarak, çubuğun sonunun kaya yüzeyine yapışması sağlanır. Bu bulon sisteminden başka bir de iki aşamalı enjeksiyon yapılabilen sistem bulunmaktadır. Bu sistemde tüm delik boyunca reçine kapsülleri vardır. Delik başında çok kısa zamanda (birkaç dakika) donabilen karışım, delik sonunda ise daha geç katılaşma zamanına (bir saat kadar) sahip reçine bulunmaktadır. Uygulamadan sonra germe işlemi yapılır, ilk reçine germe işlemini sabitler ve diğer geç donan reçine de gerilmiş bulonu kaya yüzeyine sabitler. Bulonların uzunlukları en fazla 4-5m’dir (DSİ,1985)


H.ÖZKAN, 2006

99

Şekil 4.33: Enjeksiyonlu kaya bulonları (saplamaları) (Harris, 1983)

4.3.3.3. Zemin Çivileri

Byrne ve diğ. (1996) tanımına göre, zemin kütlesinin duraylılığının sağlanması amacıyla zemine yerleştirilen uzun metal çubuklardır (Mcmahon & Mann Cons. Eng., 2001). Zemin çivilerinin yerleştirileceği düzeye kadar kazının kendini tutabileceği zeminlerde uygulanması önerilmektedir. Bu şekildeki bir zeminde yapılacak uygulamada, öncelikle zemin çivilerinin yerleştirileceği ilk düzeye kadar kazı yapılır, belirli sayıda delik delinir ve deliklere zemin çivileri yerleştirilir ve çimento enjeksiyonları yapılır, delik etrafı tel kafes ile kaplanır ve püskürtme beton ile desteklenir, katılaşma süresinden sonra diğer kazı düzeyinin çalışmaları başlar. Zemin çivileri sadece kazı boyunca yükleri taşımaya yardımcı olur. Kazı alanında delgiler, 1-2 m aralıklarla ve 100 – 300 mm çaplarında delinir. Bu delgilere yerleştirilen metal çubuklar, çelikten imal edilmiş olup, çapları 25 – 35 mm arasında değişir.

4.3.4. Büyük Boşluk Enjeksiyonları

Büyük boşluk enjeksiyonları terk edilen eski maden ocaklarının, karstik boşluklarının veya göçük yapan tünel ve galeride uygulanır (Şekil 4.34 – 4.35). Büyük boşlukların enjeksiyonu geniş çaplı bir tek delgiden yapılabileceği gibi, Bölüm 7.1.2.1.3.’de anlatıldığı gibi “Eşkenar Üçgen Tekniği” ile de yapılabilir. Uygulamada çok fazla enjeksiyon alışı olacağından, maliyetler de göz önüne alınarak karışımda, bentonit ve kum gibi gereçler fazla oranlarda kullanılır. Boşlukta su olması durumunda bentonitin suda şişme özelliğinden yararlanılır. Ayrıca büyük boşlukların doldurulmasında ince talaş ve kıyılmış samanın da karışımda kullanıldığı bilinmektedir. Boşluklardan gelen suyun kesilebilmesi için boşluğa önce harç (kum+bentonit+çimento+su) enjeksiyonu yapılır ve bir bekleme zamanından sonra ince karışım (bentonit+çimento+su) enjeksiyonu yapılır. Büyük boşlukların doldurulması için yapılan enjeksiyonlar genellikle basınçsız (serbest) halde yapılır (CECW-EG, 1984).

Ankraj Başlığı

Gergi Vidası

Enjeksiyon

Destekleme için çimento veya reçine kapsülü


H.ÖZKAN,2006

100

Şekil 4.34: Ankara-Kınık tüneli göçük enjeksiyonu (Albayrak ve Türkel, 1980)

No:7 No:6

2 m

No:5

No:2

No:3

No:8 No:10

Enjeksiyon yapılan bölge

Biriket duvar

2 m

No:4

5 m No:9

No:1

Enjeksiyon boruları

10 m

GÖÇÜK

3.8 m

Çelik iksa

Enjeksiyon deliği

90 mm muhafaza borusu

Kil, marn, silisleşmiş kireçtaşı blokları


H.ÖZKAN, 2006

101

Şekil 4.35: Fransa-Boubard demiryolu tüneli göçük enjeksiyonu ve delgilerin konumu (Albayrak ve Türkel, 1980)

4.4. Hidrolik Kırık Enjeksiyonları

Hidrolik kırık enjeksiyonları, enjeksiyon deliği çevresinde sınırlanan bölgede, yüksek basınçlar altında akışkan enjeksiyonu yardımıyla çatlakların - kırıkların oluşturulması (hydro-fracturing ) ve bu kırıklı, çatlaklı zemin veya kaya ortamının enjeksiyonunun yapılması işlemidir. Hidrolik kırık işlemi ile kayacın içinde yeni çatlaklar oluşturulabilir ve/veya ince çatlaklar genişletilebilir. Bu durumda kayacın permeabilite değeri artırılmış olur ve enjeksiyon etki etme çapı genişler. Benzer şekilde kil ve silt içeren ince taneli zeminlerde oluşturulan hidrolik çatlaklar ile kaba taneli enjeksiyon bileşenlerinin, bu ince taneli zemin içine nufüz etmesi sağlanır.

Bu tür enjeksiyonlarda yüksek basınç kullanılır. Ancak zemin yüzeyinin yukarıya kalkmamasına dikkat ve özen gösterilmelidir. Hidrolik kırıklar (hydro-fractures), kuyu çevresindeki ışınsal kuvvet değerlerinin, kaya ve zemin dayanım değerlerini aşmasıyla başlamaktadır.

Sielski (1999)’a göre hidrolik kırık oluşturulması için incelenmesi gereken ve oluşuma etki eden jeoteknik özellikler Şekil 4.36‘da ve özelliklerle ilgili açıklamalar Bölüm 4.4.1’de verilmiştir (Schuring, 2002).

Su akışı

25.5 m

12 m

Enjeksiyon delikleri

Göçük Destekler

Duvar

Dolgu gereci (kum-kil)

ŞİST

İri çakıl taşı, şist parçaları ve pasa gereci

Su boşaltım borusu

Su akışı

Göçük


H.ÖZKAN,2006

102

Şekil 4.36: Hidrolik kırık oluşumuna etki eden jeoteknik özellikler (Schuring, 2002)

4.4.1. Hidrolik Kırık Oluşturulmasına Etki Eden Özellikler

• Jeolojik Birim

Jeolojik birim türü hidrolik kırık oluşturulmasına etki eden en önemli etkendir. İnce taneli siltli, killi zeminlerde ve tabakalı sıkı jeolojik birimlerde hidrolik kırık uygulaması ile ortamın permeabilitesinin dolayısıyla enjeksiyon yayılım etkisinin artırılması iyi sonuçlar vermektedir Zeminlerde ve kayalarda hidrolik kırık yönteminin uygulanabilirliğini denetlemek için aşağıdaki değerlendirmeler kullanılır (Schuring, 2002).

- Hidrolik kırık özelliklerinin belirlenmesi ve denetlenmesi için zeminlerde;

Tane boyu dağılımı (elek analizi), Kohezyonlu zeminlerde kıvamlılık, kohezyonsuz zeminlerde sıkılık/özgül ağırlık, Doğal su içeriği, Atterberg limitleri (Plastisite), Yeraltısuyu düzeyi, Yerinde permeabilite deneyleri ile geçirimlilik değerlerinin bilinmesi gereklidir.

- Hidrolik kırık özelliklerinin belirlenmesi ve denetlenmesi için kaya birimlerde;

Litolojik tanımlama, çatlak sıklığı ve yönelimleri, çatlak dolgu durumu, tabakalanma özellikleri, ayrışma derecesi, Karot yüzdesi ve RDQ değerleri, Basınç dayanım değerleri Yeraltısuyu düzeyi Yerinde permeabilite deneyleri ile geçirimlilik değerlerinin bilinmesi gereklidir.


Jeolojik Birim

Zemin Kaya

Plastisite

Ayrışma Derecesi

İkincil Yapı Etkileri

Yoğunluk / Kıvamlılık

Derinlik

Çatlak Sıklığı


H.ÖZKAN, 2006

103

Bu özelliklerin belirlenmesi hidrolik kırılma için bir görüş kazandırmasına rağmen arazide, yerinde yapılan deneme uygulamaları ile, jeolojik birimlerin hidrolik kırılmaya karşı davranışları daha net belirlenebilir.

• Uygulama Derinliği

Uygulamanın kuramsal olarak derinlik sınırı bulunmamaktadır. Kırık oluşturulacak bölgeye uygun basınçlarla gerekli sıvı akışı sağlanması durumunda derinlik her zaman için artırılabilir. Hidrolik kırık uygulamasında kullanılacak basınç değeri, Bölüm 6’da anlatıldığı gibi “başparmak kuralı”na göre 0.3 m derinliğe uygulanan 7 kN/m2 basınç değerinin aşılması ile sağlanır (Schuring, 2002).

• Plastisite

İnce taneli (siltli, killi) zeminler doğal su (nem) içeriklerine göre değişik plastisite değerlerine sahiptir. Atterberg limit deneyleri ile belirlenen plastisite değerine göre ince taneli zeminler, yarı akışkan, plastik, yarı katı, katı durumda bulunurlar. Montmorillonit grubu killer en yüksek plastisite, buna karşın illit ve kaolinit grubu killer orta – düşük plastisite değerleri gösterirler. Aynı zamanda plastik zeminlerin basınç dayanımı değeri, doğal su içeriğinin artması oranında düşer. Plastik killer hidrolik kırık uygulamasında kırılmaz, sadece deforme olur. Plastisite, bu nedenle zeminlerde bu uygulamayı sınırlayıcı etkiye sahiptir.

• Kıvamlılık ve Sıkılık (Yoğunluk)

Sıkılık/yoğunluk terimi, kohezyonsuz zeminler (örneğin kumlu zemin) için kullanılır. Buna karşın kıvamlılık terimi, kohezyonlu zeminler (örneğin killi zemin) için kullanılır. Zeminlerin sıkılık ve kıvamlılık özellikleri arazide yapılan standart penetrasyon deneyleri (SPT) ile Atterberg limit deneyleri ile belirlenir (Çizelge 4.11 ve Çizelge 4.12).

Gevşek veya yumuşak zeminler düşük elastik modülüne sahiptir. Böyle zeminler hidrolik kırık uygulamasında, enjeksiyon deliği çevresinde yersel deformasyon gösterir. Bunun tersi olarak yüksek elastik modüle sahip sıkı ve katı zeminlerde hidrolik kırık uygulaması sonucunda oluşturulan kırıklar, kuyu çevresinden çok daha ileriye uzayabilir.

Çizelge 4.11: Kumlu zeminlerde sıkılık sınıflandırması (Schuring, 2002)

Tanımlama SPT’de 30 cm için darbe sayısı

Yaklaşık içsel sürtünme açısı (derece)

Çok gevşek 0 – 4 < 28

Gevşek 4 – 10 28 – 30

Orta sıkı 10 – 30 30 – 36

Sıkı 30 – 50 36 – 41

Çok sıkı > 50 41 – 44


H.ÖZKAN,2006

104

Çizelge 4.12: Killi zeminlerde kıvamlılık sınıflandırması (Schuring, 2002 ve Ulusay, 2001)

Yaklaşık tek eksenli sıkışma dayanımı Tanımlama Kıvamlılık

İndeksi (Ic)

SPT’de 30 cm için

darbe sayısı kN/m2 ton/ft2

Arazi gözlemleri ile tanımlama

Çok yumuşak < 0.00 < 2 < 24 < 0.25 Parmak ile sıkıldığında, parmak

arasından çıkar. (Çamur, akışkan)

Yumuşak 0.00 – 0.25 2 – 4 24 – 48 0.25 – 0.50 Parmak ile az basınç uygulandığında kolaylıkla şekil verilebilir.

Orta Katı 0.25 – 0.50 4 – 8 48 – 96 0.50 – 1.00 Parmak ile şekil verebilmek için fazla basınç uygulamak gerekir.

Katı 0.50 – 0.75 8 – 15 96 – 192 1.00 – 2.00 Zemin başparmak ile güçlük çekmeden ezilir.

Çok katı 0.75 – 1.00 15 – 30 192 – 384 2.00 – 4.00

Zemin başparmak ile güçlük çekilmeden ezilir fakat başparmağı batırmak için güç harcamak gerekir

Sert > 1.00 > 30 > 384 > 4.00 Zemin başparmak ile güçlükle ezilir.

Kıvamlılık İndeksi (Ic) = [(LL – w ) / (PI)] Burada; LL = Likit limit (%), PI = Plastisite indeksi (%), w = Doğal su /nem içeriği (%)’dir. Schuring (2002), çizelgedeki değerleri, Peck et al. (1974), U.S. Navy (1981) çalışmalarından almıştır. Kıvamlılık İndeksi değerleri ise Ulusay (2001)’den alınmıştır.

• İkincil yapı etkileri

Zeminlerde ikincil yapılar, farklı özellikteki gereçlerin depolanması sırasında aralarında oluşan düzlemler, derinlere inen bitki köklerinin çevresinde oluşan kılcal kanallardır. Hidrolik kırık uygulaması sırasında oluşturulan yapay çatlaklar, öncelikle bu tür yerlerde olur.

• Çatlak sıklığı ve ayrışma

Kırık ve çatlaklar, örtü yükünden bağımsız olarak termal ve tektonik gerilmeler sonucu oluşur. Kırık süreksizlikleri eklem, fay, makaslama zonu içerir. Genel olarak aynı tür jeolojik birimler aynı çatlak sistemi gösterir. Buna örnek olarak, bazaltlarda sütun yapısına, granitlerde çuval yapısına bağlı olarak gelişen soğuma çatlakları ile şeyllerde yatay tabaka eklemleri gösterilebilir. Normal olarak sedimanter kayalarda çatlak sistemleri, tabakalanmanın doğrultu ve eğimi ile ilişkilidir.

Hidrolik kırık uygulamasında kayalarda bulunan kırıklar basınçlı enjeksiyon karışımı ile genişletilir, uzatılır ve/veya yeni çatlak sistemleri oluşturularak bağımsız çatlak sistemleri birbiriyle bağıntılı duruma getirilir. Bu şekilde enjeksiyonun etki etme çapı genişler. Ayrışmamış, taze – az ayrışmış kayalar yüksek dayanım ve kırılgan durum göstermelerine rağmen, ayrışmış kayalar yaklaşık zemin özelliklerine ve davranışlarına sahiptir. Orta derecede ayrışmış kayalar ise bu iki durum arasında davranış gösterirler.


H.ÖZKAN, 2006

105

• Yeraltısuyu düzeyi

Hidrolik kırık uygulaması vadoz, tünek akifer ve suya doygun bölgelerde başarı ile uygulanmıştır Genel olarak yeraltısuyu düzeyinin hidrolik kırık uygulanabilirliğine önemli etkisi bulunmamaktadır (Schuring, 2002).

Roote (2000) tarafından yapılan “S” Series Report TS-00-01, “Technology Status Report Hydraulic, Pneumatic, and Blast-Enhanced Fracturing” isimli çalışmada, hidrolik kırık uygulaması sonuçları verilmiştir. Bu sonuçlara göre, ortamın permeabilite değeri ortalama 34 kat artırılabilmiş ve oluşturulan kırık etki çapı 1- 7.6 m arasında değişmiştir (Schuring, 2002).

4.5. Enjeksiyonun Titreşim Önleme Etkisi

Ağır sanayide kullanılan büyük pompa, komprasör ve presler gibi hareketli mekanizmalara sahip makinalar çalışırken (özellikle ilk çalışma ve durma anında) şiddetli titreşimler yapar. Eğer bu tür makinaların temeli boşluk içeren yumuşak zeminlerde ise, titreşimim yaptığı etki nedeniyle makinanın çalışması sırasında salınımlar (rezonans) oluşur. Oluşan bu salınımlar makinanın kendisine ve çevresindeki diğer yapılara zarar verebilir. Bu tür titreşimlerin önüne geçebilmek ya da en az düzeye inderebilmek için makinanın oturduğu zemine enjeksiyon yapılması alınabilecek önlemlerden birisidir.

Amerikan Cyanamid firması tarafından yaklaşık 3.65x2.10 m boyutlarında 60 cm derinliğindeki beton temel üzerine yerleştirilen komprasörün yaptığı titreşimleri önlemek amacıyla, beton temelin köşelerine denk gelecek şekilde 2.5 m derinliğinde 4 adet delik açmış ve bu deliklerden 4 kademe halinde siltli kumdan oluşan zemine önce çimento enjeksiyonu sonrasında ise akralamit enjeksiyonu yapılmıştır (A.C.C.,1962). Böylelikle zemin içindeki ve zemin ile beton temel arasındaki boşluklar doldurulmuş ve aynı zamanda zeminin taşıma gücü artırılmıştır. Bu çalışma öncesinde ve sonrasında yapı yerinde yapılan sismik ölçümler sonucunda, oluşan titreşimin frekans değerinin % 40 oranına düştüğü belirlenmiştir (Şekil 4.37). Bir başka deyişle enjeksiyon uygulaması sonunda titreşim etkisinin azaltılmasında % 60 başarı sağlanmıştır.

Myers (2001) tarafından yapılan çalışmada, rafinerilerde ve petrokimyasal santrallerde kullanılan santrifüj tipli pompaların temellerinde yapılan epoksi reçine enjeksiyonu uygulamasından sonra, 24 saat katılaşma zamanı beklenerek 2 ayrı pompa yerinde yapılan ölçümler sonucunda titreşimlerin önemli ölçüde azaldığı belirlenmiştir (Çizelge 4.13).

4.6. Enjeksiyon Miktarının Öngörülmesi

Enjeksiyon çalışmalarında karışım gereçlerinin miktarlarının öngürülmesi ile çalışmalarının yaklaşık maliyeti belirlenebilir. Çalışmalarda harcanacak karışım miktarlarının belirlenmesi için enjeksiyon yapılan ortamın porositesi ve boşluk oranının bilinmesi gerekir. Örneğin, yaklaşık %35 boşluk oranına sahip 1 metreküplük pekişmemiş orta-ince kumun enjeksiyonu için 330 - 440 litre/m3 enjeksiyon karışımına gereksimin vardır (Şekil 4.38). Şekil 4.38 ve enjeksiyon hacmi ve yüzde boşluk oranları ile enjeksiyonun yayılım etki çapı arasındaki ilişkinin verildiği Şekil 4.39 kullanılarak, boşluk oranı bilinen ortama gidecek enjeksiyon miktarının belirlenmesi için yaklaşımda bulunulabilir. Yaklaşık miktar bulunursa, buradan enjeksiyon öncesi çalışmalar için yaklaşık maliyet hesaplanabilir.


H.ÖZKAN,2006

106

Şekil 4.37: Enjeksiyon öncesinde ve sonrasında titreşimin sismik ölçümleri (A.C.C.,1962)

Çizelge 4.13: Epoksi enjeksiyonunun pompa titreşimleri üzerine etkisi (Myers, 2001)

Düşey Düzlemde Vibrasyon Hızı (mm/saniye)

Yatay Düzlemde Vibrasyon Hızı (mm/saniye)

Santrfüj Pompa Epoksi Enjeksiyonu

Öncesi Epoksi Enjeksiyonu

Sonrası Epoksi Enjeksiyonu

Öncesi Epoksi Enjeksiyonu

Sonrası

Pompa – 1 35.610 1.939 5.417 2.264

Pompa – 2 4.983 0.443 5.647 0.477

Akralamit enjeksiyonu öncesi sismik grafik

Akralamit enjeksiyonu sonrası sismik grafik


H.ÖZKAN, 2006

107

Şekil 4.38: Raymond International, Inc. (1957)’e göre, boşluk oranları ile enjeksiyon çözeltisi alışları arasındaki ilişki (CECW-EG, 1995)

Şekil 4.39: Enjeksiyon hacmi ve yüzde boşluk oranları ile enjeksiyonun yayılım etki çapı arasındaki ilişki (CECW-EG, 1995)

1400

1200

1000

800

600

400

0

200

1.00 1.25 1.50 1.75 0.25 0 0.50 0.75 2.00

% 100 BOŞLUK

% 50 BOŞLUK

% 20 BOŞLUK

% 10 BOŞLUK

% 40 BOŞLUK

% 30 BOŞLUK

BİR

MET

REL

İK D

ELİĞ

E G

İDEN

EN

JEK

SİYO

N (l

itre)

ENJEKSİYON YAYILIM ETKİ ÇAPI (metre)

0

250

300

350

400

150

200

50

100

0.566 0.849 0.263 0

1.132 1.415 1.698 1.981 2.264

METREKÜP

ENJE

KSİ

YON

ÇÖ

ZELT

İSİ

(LİT

RE)

%50 %45 %40 %35 %25 BOŞLUK %30

MAĞARA % 100

BOŞLUK %20

BOŞLUK

%15 BOŞLUK

%10 BOŞLUK

%5 BOŞLUK


H.ÖZKAN,2006

108

BÖLÜM 5

5. ENJEKSİYON UYGULAMA YÖNTEMLERİ

5.1. Alçalan Kademe Yöntemi

Kuyu birinci kademe için önceden belirlenen derinliğe kadar delinir, delik enjeksiyon öncesi yıkanır, su testi yapılır ve enjeksiyon işlemi basınç altında gerçekleştirilir. Bunu izleyerek çimento henüz katılaşmaya başlarken delikteki çimento şerbeti yıkanır ve ikinci kademe için yukarıda yapılan işlemler, kaya içindeki çimento şerbeti tamamen prizini aldıktan sonra tekrarlanır. Her kademe için kuyu derinleştikçe basınç artırılır. Bu yöntem kademe enjeksiyonundan daha pahalı olmakla beraber, yüzeyden olacak sızmaları en aza indirgeyecek bir sistem olduğu için tercih edilir. Bunun yanında her kademede uygulanan işlemin fazlalığı ve

priz süresince bekleme durumu olduğundan uzun zaman alan bir yöntemdir (Şekil 5.1).

Bu yöntem kuyuda yıkıntı olabilecek çok çatlaklı ve taneli zeminlerde ve karstik boşlukların doldurulmasında da kullanılır. Ancak yöntemde, kademe enjeksiyonu bitirilince, kuyudaki çimento şerbetinin yıkanması yerine, priz yaptıktan sonra yeniden delinmesi ve diğer kademeye geçilmesi şeklinde değişiklik yapılmaktadır. Kademeli enjeksiyonda önceden belirlenen derinliğe ulaşılmadan önce, delgi esnasında, sondaj suyunun tamamı veya % 70' den fazlasının kaçması halinde, sondaja ara verilerek bu kısmın enjeksiyonu yapılır ve tekrar sondaja devam edilir.

Şekil 5.1: Alçalan kademe yöntemi

5.2. Seri Enjeksiyon Yöntemi

Seri enjeksiyon yöntemi sağlamlaştırma (konsolidasyon) amaçlı olarak ve sığ derinlikleri içeren uygulamalarda tercih edilir. İşlem sırası alçalan kademede olduğu gibidir. Bu yöntem diğer enjeksiyon yöntemlerine göre pahalıdır. Çünkü birden fazla kuyuya (5–10 adet) gereksinim bulunmaktadır (Şekil 5.2).

Şekil 5.2: Seri enjeksiyon yöntemi


H.ÖZKAN, 2006

109

5.3. Dolaşımlı (Geri Dönüşlü) Enjeksiyon Yöntemi

Bu yöntem, geniş çatlaklı zeminlerde ve karstik boşlukların doldurulması için kullanılır. Tüp kullanmak suretiyle enjeksiyon kuyunun tabanına verilir. Fazlalık enjeksiyon kuyu dışına ulaşır ve buradan pompa yardımıyla tekrar kuyuya iletilir. Geri dönüşün rahat sağlanabilmesi için diğer yöntemlere göre daha geniş çaplı delgi yapılmalıdır. Çatlakların doldurulması işleminde uygulanan basıncın kontrolünün zor olması bu yöntemin olumsuzluğudur. Bundan dolayı yüksek basınç kullanımının gerekliliği ortaya çıkar. Enjeksiyonun sürekli dolaşımı söz konusu olduğundan, enjeksiyon partiküllerinin askıda kalması ve sedimantasyonun ve segregasyonun oluşmaması bu yöntemin olumlu yanları arasındadır (Şekil 5.3).

Şekil 5.3: Dolaşımlı (geri dönüşlü) ve tek borulu enjeksiyon düzeni (ATM, 1970)

5.4. Yükselen Kademe Yöntemi

İstenilen derinlikte enjeksiyon yapmaya olanak sağlayan bir yöntemdir. Kuyu taban derinliğine kadar delinir ve tıkaç (paker) deliğin istenilen derinliğine tutturulur. Tıkaç tutturulmadan önce kuyu yıkanır. Temel kayadaki çatlak ve eklemlerin kuyudaki üst sınırına tıkaç tutturarak etkili bir enjeksiyon yapılabilir. (Şekil 5.4).

Bu yöntemle aşağıdan yukarıya doğru belirli aralıklarla sistematik olarak tıkaç tutturularak enjeksiyon yapılır. Tüm delgi bittikten sonra enjeksiyon uygulamasına geçildiği için bu yöntemde zaman oldukça kısalmaktadır. Daha çok geçirimsizlik sağlama amacıyla yapılan bir uygulamadır.

Şekil 5.4: Yükselen kademe yöntemi

KARIŞTIRICI

HAVA MOTORLARI

ÇALKALAYICI ŞERBET POMPASI EMME HORTUMU

POMPA HAVA BORUSU

BYPASS BORUSU

MANOMETRE

DÖNÜŞ BORUSU

GİDİŞ BORUSU

GİDİŞ VANASI

DÖNÜŞ VANASI

MANOMETRE

KONTROL VANASI

HAVA ÇIKIŞ VANASI

DÖNÜŞLÜ SİSTEM

GİDİŞ VANASI ENJEKSİYON KUYU VANASI

SONDAJ KUYUSU

TEK BORU SİSTEMİ

ENJEKSİYON KUYU VANASI

SONDAJ KUYUSU


H.ÖZKAN,2006

110

5.5. Alüvyonda Enjeksiyon (Manşetli Boru) Yöntemi

Türkiye’de yapılan çeşitli baraj çalışmalarında, alüvyon tabaka kalınlıkları 10 – 40 m arasında değişmektedir. Sınırlı sayıda olsa da 90 m’ye kadar inen alüvyon sondajı yapılmıştır (Kasktaş, 1993). Alüvyonda enjeksiyon çalışmalarına başlamadan önce kesinlikle deneme enjeksiyonu yapılmalıdır. Eşkenar üçgen tekniği (bkz.Bölüm 7) alüvyonlarda yapılacak deneme enjeksiyonu dizilimi için uygundur.

Alüvyon enjeksiyonundan önce açılan sondajların derinliği (alüvyon kalınlığı + ana kayada en az 1 m olarak) ayarlanmalıdır. İstenilen derinliğe kadar inildikten sonra enjeksiyon kuyusu basınçlı su ile yıkanır ve aşağıda verilen işlem sırasına göre alüvyonda enjeksiyon uygulaması manşetli boru (sleeve pipe – tube á manchette) ile yapılır (Şekil 5.5).

- A) Delgi işleminden sonra kuyuda yıkıntının önlenmesi için muhafaza borusu ya da delgi yöntemine göre çakma borusu kuyuda bırakılır ve diğer tüm delgi takımları kuyudan dışarı alınır. Kullanılacak enjeksiyon tıkacı (paker) çapına uygun, ucu ağaç tapa ile kapatılmış manşetli boru (Şekil 5.6) kuyu tabanına kadar indirilir. Manşetli boru yanına Koruma (muhafaza) görevi görecek olan çimento şerbetinin pompalanacağı ve çapı 25.4 mm (1 inç) veya 38.1 mm (1 ½ inç) olan boru indirilir. Manşetli boru genelde iç çapı 51 mm (2 inç) ve dış çapı 60 mm’lik su borularından yapılmaktadır. Manşetlerdeki delikler arası uzaklık 30-100 cm civarındadır. Manşetlerde 6 -10 mm arasında değişen çaplarda ve her manşette 90 derece şaşırtmalı olarak 2 şer adet delik bulunmaktadır. İdeal manşetler enjeksiyon basıncı ile dışarıya doğru açılır, fakat dışarıdan içeriye doğru açılmaz. Manşetli boru üzerindeki delikler açılırken iç yüzeylerde meydana gelen çapakların temizlenmesine dikkat edilmelidir. Tersi durumunda tıkaç lastikleri kısa zamanda parçalanabilir ve enjeksiyon şerbeti manşetli borudan geri gelir.

- B) Kuyu içine muhafaza şerbeti pompalanır ve kuyunun muhafaza şerbeti ile dolması oranında bu boru ve muhafaza borusu kademeli olarak kuyudan çekilir. Böylece kuyunun duvarı çimento şerbeti ile koruma altına alınmış ve kuyuda sadece manşetli boru bırakılmış olur. Kuyuya pompalanan koruma amaçlı çimento şerbetinin katılaşması için bir hafta kadar beklenir. Koruma şerbetinin basınç dayanımı 4–5 kg/cm2’den fazla olmamalıdır. Koruma amaçlı çimento enjeksiyonu karışım olarak % 10 -15 kil, % 10 - 20 portland çimentosu ve % 80 kadar sudan oluşmalıdır. Ancak uygulamalarda çok sık kullanılan koruma şerbeti % 64 su + % 30 çimento + % 6 kilden oluşmaktadır (Kasktaş, 1993)

- C) Bir hafta sonunda manşetli boru içine indirilen enjeksiyon takımı yardımıyla, önce yüksek basınç uygulama suretiyle donmuş olan koruma şerbetinden oluşan tabaka çatlatılır. Muhafaza borusu şerbetinin çatlatılması ve kırılması 20-60 kg/cm2’lik bir basınç gerekmektedir. Daha sonra alüvyon enjeksiyonu bu takım yardımıyla istenilen basınçlarla yapılır. Alüvyon alanların enjeksiyonu genelde önce kuyu ağzına yakın 1-2 manşetle ve daha sonra tabandaki bir manşetle yapılır. Bundan sonra da enjeksiyonla aşağıdan yukarıya doğru kademeler halinde yapılır. Asıl enjeksiyon karışımı genellikle %20 kil, %20 çimento, %60 suyu içermektedir (Kasktaş, 1993).

Muhafaza şerbetinin kuyu içine pompalama işlemi “kın enjeksiyonu ya da zarf enjeksiyonu” terimleri ile de anılmaktadır.


H.ÖZKAN, 2006

111

Şekil 5.5: Alüvyonda manşetli boru ile enjeksiyon işlem sırası (Kasktaş, 1993)

Şekil 5.6: Manşetli boru tıkaç sistemi (Sjöström ,1982 ve Weaver, 1991’den)

Manşetler

Çift Lastikli Tıkaç

(Paker)

Koruma Şerbeti

Enjeksiyon Takımı

Ağaç Tapa

Koruma Şerbetinin

Deliğe Dökülmesi

Çakma Borusu veya Koruma

Borusu

Manşetli Boru A

LÜV

YO

N

KA

YA

1” veya 1 ½” lik Şerbet Borusu

A B C

Enjeksiyon Borusu

Tıkaç (Paker)

Manşetli Boru

Koruma şerbeti

Dışarı Doğru Açılan Manşet

Delikli Enjeksiyon Kademe Borusu

Kuyu Duvarı


H.ÖZKAN,2006

112

Kullanılacak çimento şerbetinin değerleri, deneme enjeksiyonunda elde edilen verilere göre ve laboratuar deneyleri ile belirlenir. Karışımın çabuk katılaşması istendiği durumlarda, karışım içine genellikle % 1-2 kalsiyum klorür veya benzeri kimyasal maddeler katılmaktadır. Her enjeksiyon kademesinde manşetten enjekte edilecek şerbet hacminin daha önce laboratuar deneyler ile hesaplanmasında yarar vardır. Enjeksiyon takımında iki tıkaç arasındaki uzunluk, manşeti tam ortalayacak şekilde sabitlenmelidir. Çünkü muhafaza çimentosunun çatlatılması ve enjeksiyonun gerçekleşmesi ancak bu durumda başarılı olur.

Enjekte edilecek kademelerde çok ince kum tanecikleri bulunuyor ise o zaman şerbete %3 sodyum karbonat katılmalıdır. Her türlü alüvyon sondajlarında kullanılan çakma ve muhafaza boruları ile diğer teçhizatların her hangi bir sebeple greslenerek kullanılmasına hiçbir şekilde izin verilmemelidir. Enjeksiyonlarda başarı, kuyuya enjekte edilen şerbet miktarı ile ölçülmez. Enjeksiyonun yayılım etki uzaklığı basınca bağlıdır. Düşük basınçlarla yapılan enjeksiyonlarda kuyuya yakın olan boşluklar hemen tıkanabilir ve istenilen sonuç elde edilemez. Ancak alüvyon içeriğinde yatay tabakalar bulunuyorsa yayılım etki çapını gereksiz şekilde artırmamak için basınç, düşük tutulmalıdır.

5.6. Silikat Enjeksiyonu Yöntemleri

• İki Çözelti Yöntemi

Klasik sodyum silikat enjeksiyonudur ve iki kısımda uygulanır. Joosten yöntemi (1925) denilen bu yöntemde, zemine önce sodyum-silikat ve arkasından genellikle kalsiyum klorit çözeltisi enjekte edilmektedir. Joosten yöntemi sonucunda yüksek dayanmalı ve yüksek oranda geçirimsizlik sağlanmaktadır. Bu yöntemde çözelti çok çabuk jel haline gelmektedir. Ancak yöntemin avantajlarının yanı sıra, çeşitli dezavantajları da vardır.

Bunlar ;

- Sık aralıklı enjeksiyon delgileri olmalıdır. - İki çözeltinin her zaman birbirine tam olarak karışması sağlanmayabilir. - Yöntemin uygulanışı yavaştır, uzun zaman alır.

• Tek Çözelti Yöntemi

Tek çözelti yöntemi, silikatı jel haline getiren tepkime sağlayıcılarla sodyum silikat karışımının enjeksiyonudur. Bu yöntem jelleşme zamanının uzatılmasına dayanmaktadır. Yöntemin bir avantajı da uzun zamanda jelleşme olduğundan dolayı düzgün ve düzenli jel yapısına sahip olmasıdır. Tek çözelti yönteminde, formamit, sodyum alüminat ve sodyum silikatın karışımının kullanılması alışagelinmiştir. Karışımdaki formamit sodyum silikatın jelleşmesine neden olur, sodyum alüminat ise jelleşmeyi hızlandırır (CECW-EG, 1995).


H.ÖZKAN, 2006

113

BÖLÜM 6

6. ENJEKSİYON BASINÇLARI

Enjeksiyon uygulamalarında kullanılacak karışımın miktarı ve karışıma uygulanacak basınç için 3 aşama bulunmaktadır (Kleinsorge, 1962).

- Doldurma olarak değerlendirilen uygulamanın ilk aşamasında, enjeksiyon deliği ve çevresindeki boşluklar karışım ile dolmaya başlar. Devamlı doldurmanın sonucunda basınç yavaş yavaş artmaya başlar ve bu aşama için zaman göreceli olarak kısadır.

- İkinci aşamada basıncın daha fazla artmasıyla karışım üzerine etkisi fazlalaşır ve karışım sıkışarak boşluklardan taşarak yarık ve çatlakların içine dolar. Yoğunlaşma (condensation) diye nitelendirilen bu aşama ilk aşamaya oranla daha uzun zaman alır ve enjekte edilen karışım miktarı daha azdır.

- Üçüncü aşamada ise enjekte edilebilecek boyuttaki boşlukların dolmasıyla basınç daha da artar. Fakat harcanan karışım miktarı normal olarak sıfıra kadar iner. Bu aşamaya “refü” aşaması denir. Bu aşamada geçen zamanı, daha çok karışımın duraylı olması ve katılaşması için geçen zaman belirler.

Enjeksiyon çalışmalarında olabilen en yüksek basınçların uygulanması amaçlanmalıdır. Çünkü enjeksiyon karışımının daha geniş alanlara yayılması istenir. Rigny (1974) yüksek enjeksiyon basınçlarının kullanılmasının nedenlerini aşağıdaki gibi açıklamaktadır (Weaver, 1991).

• Enjeksiyon uygulaması boyunca, basınç kaya içerisindeki çatlakların açılmasına neden olur ve çimento tanecikleri çatlak duvarlarına sıvanmaya başlar. Basıncın azaltılması durumunda açılan çatlaklar yeniden kapanır ve enjeksiyon karışımındaki çimento tanecikleri ile çatlak duvarları arasında çok zayıf yapışma olur.

• Yüksek enjeksiyon basıncı altında enjeksiyon daha ilerlere ulaşabilir. Bu durumda daha fazla açıklık birbirine bağlanarak, daha sağlam ve dayanıklı bir yapı ortaya çıkar.

• Çatlaklar enjeksiyon gereci ile dolduğunda, basıncın artırılması ile gerecin sıkılaşması ve kafes şeklinde örgülü hale gelmesi sağlanır. Bu durum ise geçirimliliği azaltacağı gibi kayacın daha dayanıklı hale gelmesine neden olur.

• Yüksek basınçlar altında yapılan enjeksiyon uygulaması sırasında enjeksiyon karışımı içerisindeki su dışarı atılır ve dayanımı yüksek bir karışım elde edilmiş olur. Böylece çatlak duvarları ile karışım arasında dayanıklı yapışma sağlanır.

Ancak yüksek basınçların temele zarar verebilme sakıncası bulunduğu durumlarda, yüksek basınç uygulaması yapılmamalıdır. Ayrıca enjeksiyon uygulamalarında aşırı basınç kullanımı, kaya içinde çatlakların meydana gelmesine, temelde kabarmalara (kaldırmalara) veya kaya içinde zayıf bölgede içi dolu bitişik çatlakların – yarıkların yıkanmasına neden olabildiğinden, kayaların fiziksel özellikleri olumsuz yönde etkilenebilir. Çakıl yoğunluklu alüvyon içinde açılan


H.ÖZKAN,2006

114

enjeksiyon delgilerinde, 1.4 bar üzerindeki basınçlarda Swiger (1962) tarafından yapılan çalışmada, alüvyonun yüzeyden yaklaşık 5 cm kabardığı belirlenmiştir (Albayrak ve Bozkurt 1977).

Kayalarda enjeksiyon alış oranı büyük ölçüde enjeksiyon basıncı ile yönetilir. Ölçülü basınçlar, elastik olarak çatlakları genişletir ve olası küçük miktarda durağan çatlaklar oluşturabilir. Bu durum enjeksiyonun kaya bünyesine sokulumunu kolaylaştırır. Buna rağmen aşırı basınçlar, kaya içerisinde hidrolik kırıklar (hydro-fractures) oluşturabilir. Eğer bu olay kontrol edilmezse, enjeksiyon programında aksamalar ortaya çıkabilecektir. Aşındırma kuralında belirtilen durumu sağlayabilecek güvenli enjeksiyon basıncı yaklaşık 1 metre derinlik başına 23 kPa (1 psi/ft - 0.23 kg/cm2/m) olarak alınmaktadır. Çatlak enjeksiyonları için seçilen basınç değeri enjeksiyon yapılma hızına ve kayaın yapısına zarar vermeyecek şekilde olmalıdır.

Enjeksiyon çalışmalarında uygulanacak basınç değerinin belirlenmesi ilk olarak Amerika’da “Başparmak Kuralı – The Rule of Thumb” olarak isimlendirilen kuralla belirlenmiştir (Kleinsorge, 1962 ve Weaver, 1991) . Bu kuralda amaç derine doğru artarak her bir feet (30.48 cm) örtü kalınlığına karşılık 1 psi basınç uygulanmasıdır (1 libre/inç2 = 1 psi = 0.07 kg/cm2 ve 1psi/feet = 23 kPa/m). Bu kuralda sadece örtü kalınlığının derinliği, basınç üzerinde etkilidir. Değişik kayaların diğer fiziksel özellikleri (kırık – çatlak, tabakalanma durumları, basınca dayanımı vb. faktörler) etkin olmadığından bu kurala “nedensizlik kuralı” demek daha doğru olacaktır. Aynı kural Avrupa ülkelerinde enjeksiyon yapılan derinliğin her metresine 1 kg/cm2 yaklaşık 1 bar basınç uygulaması şeklindedir (Weaver, 1991).

Greager, W.P, Justin,J.D, ve Hinds, J’nin 1944 yılındaki “Engineering For Dams” isimli çalışmalarında kayaların özelliklerine göre 3 ayrı basınç eşitliği verilmişlerdir. (Kleinsorge, 1962, Albayrak ve Bozkurt 1972). Bu eşitlikler;

A – Masif kaya için,

+⋅⋅+=

20h3

100h

h1.33hp

B – Sağlam, tabakalı kaya için,

+⋅⋅+=

20h

900h

h1.33hp

C – Üst kısımları enjekte edilmiş sağlam, tabakalı kaya için,

+⋅⋅+=

40h3

400h

h1.33hp dir.

Burada;

p = 1 inç kareye libre olarak uygulanan basınç (psi)

h = Yüzeyden itibaren enjeksiyon yapılan derinlik (feet)’dir.

Şekil 6.1’de yukarıda değinilen eşitliklere göre birimler metrik sisteme çevrilerek metre başına kg/cm2 cinsinden uygulanan basınç grafiği ile Şekil 6.2’de İsveç enjeksiyon uygulamalarında kullanılan pratik enjeksiyon basınçların grafikleri verilmiştir.


H.ÖZKAN, 2006

115

Şekil 6.1: Pratik Amerikan enjeksiyon basınçları

Şekil 6.2: Pratik İsveç enjeksiyon basınçları (Weaver, 1991)

Basınç (P) ( kg/cm2)

Der

inlik

(h) -

(m)

1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 10 100

Baş parmak kuralı

Sağlam tabakalı kaya

Masif kaya

Üst kısımları enjekte edilmiş sağlam tabakalı kaya

0 2 4 6 8 10

0

10

20

30

Basınç (Bar)

Der

inlik

(m)

İyi Kaya

Baş parmak kuralı ( 1 Bar/ 1metre)

Normal Kaya

Zayıf Kaya

Baş parmak kuralı (1psi/ 1feet)

Çok Zayıf Kaya


H.ÖZKAN,2006

116

Lombardi (1985) uygulanan enjeksiyon basıncı ile enjeksiyon etki çapı arasında aşağıdaki eşitliği vermiştir (Weaver, 1991).

CtP

R maxmax

⋅=

Burada; Rmax = En büyük enjeksiyon etki çapı

Pmax = En yüksek enjeksiyon basıncı

t = Çatlak açıklığının yarısı

C = Kohezyon’dur.

Türkiye’de barajlarda enjeksiyon konusunda en etkin uygulayıcı kuruluş DSİ Genel Müdürlüğü’nün hazırladığı Sondaj ve Enjeksiyon Teknik Şartnamesi (1987)’ye göre baraj yerinde perde, sağlamlaştırma (konsolidasyon - kapak) ve kontak enjeksiyonu uygulamaları için aşağıdaki basınçlar verilmiştir.

• Perde enjeksiyon basınçları:

Efektif Basınç (kg/cm2), PT = (0.33).H

• Sağlamlaştırma (kapak) enjeksiyon basınçları:

Efektif Basınç (kg/cm2), PT = (0.23).H ve

• Sağlamlaştırma (tünelde konsolidasyon) enjeksiyon basıncı:

Efektif Basınç (kg/cm2), PT = 2 + (0.33).H

• Kontak enjeksiyon basıncı:

Efektif Basınç (kg/cm2), PT = 2 olarak verilmektedir.

Burada, H (metre) = enjeksiyon yapılan kademenin orta noktasından, enjeksiyonu yapılan kuyunun ağzına kadar olan uzaklıktır. Şekil 6.3’de DSİ’nin verdiği enjeksiyon basınçlarının derinlikle değişimi verilmiştir.


H.ÖZKAN, 2006

117

Şekil 6.3: DSİ (1987)’e göre enjeksiyon basınçlarının derinlikle değişimi

Bir delik veya delik kademesinin enjeksiyonuna son verebilmek için manometrede okunacak refü basıncı (karışımın enjekte edilemediği, kuyunun doyduğu andaki basınç), deliğin yukarı yönde (enjeksiyon galerisinde veya tünelde) veya aşağı yönde açılışına bakılarak şerbet sütununun hidrostatik basıncını enjeksiyon basıncına eklemekle veya çıkarmakla bulunur.

Yukarı yönde dik ve yukarı yönde açılı deliklerde;

αLWPP Tm cos10

⋅⋅+=

Aşağı yönde dik ve aşağı yönde açılı deliklerde;

αLWPP Tm cos10

⋅⋅−= dir.

Burada ;

PT = Enjeksiyon basıncı (Efektif basınç) (kg/cm2)

Pm = Manometre basıncı (kg/cm2)

L = Enjekte edilecek kademe ortasından delik başı manometresine kadar olan uzaklık (m).

α = Deliğin düşeyle yaptığı açıdır. Bu değer düşey deliklerde sıfır olacağından cosα = 1 eşit olur ki sonuca etkisi olmaz. Eğer delik yatay olarak açılmışsa, cosα = 0 olacağından PT = Pm olur.

W = Enjeksiyon şerbetinin özgül ağırlığı (gr/cm3)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Derinlik - H (m)

Bas

ınç

– P

(kg/

cm2 ) PT = 0.33.H

PT = 0.23.H


H.ÖZKAN,2006

118

6.1. Hidrolik Kırılma Yöntemi ile Enjeksiyon Basıncının Belirlenmesi

Yukarıda değinildiği gibi güvenli enjeksiyon basınçlarını belirlemek için deneysel bir takım eşitliklerin ve varsayımların kullanılmasının yanı sıra, yerinde yapılacak deneyle de bu basınçlara yaklaşım sağlanabilir. Hidrolik kırılma yöntemi denilen bu uygulamanın temeli, sıvıların (su, enjeksiyon karışımı) kaya kütlesi içine artan basınçlarla enjekte edilerek, kaya kütlesi içinde bir kırık oluşturmaktır (Şekil 6.4).

Ölçüm yapılması istenilen yere kadar uygun çapta bir araştırma kuyusu açılır ve basınçlı su deneylerinde olduğu gibi deney kademesi tıkaç (paker) ile donatılır. Daha sonra bu kademeye kırık oluşuncaya kadar giderek artan basınçlar ile su veya enjeksiyon basılır. Hidrolik kırılma anında basınç değerinde ani bir düşüş, sıvı alışında büyük ve ani bir artış gözlenir. Kırılma anından bir önceki en yüksek basınç değeri o kademe için en fazla basınç değeridir.

Oluşturulan kırıktaki basınç, kırığa dik yöndeki gerilime (minimum asal gerilim) eşittir (DSİ, 1985). Zamana karşı basınç ve enjekte edilen sıvının davranışı Şekil 6.4’de verilmiştir.

Şekil 6.4: Hidrolik kırılma deneyi ve tipik basınç, akış, zaman ilişkisi (DSİ,1985)

Hidrolik kırık oluşturma yöntemi , ilk olarak petrol kuyularında uygulanmış ve geliştirilmiştir. Kuyu içine yüksek basınçlar altında enjekte edilen sıvıların oluşturduğu hidrolik kırıklar, kuyunun açıldığı kaya ortamının etkin permeabilite değerini artırdığı için, kuyudan yapılacak olan petrol üretiminin yüksek verimli olmasını sağlamaktadır. Daha sonraki yıllarda hidrolik kırılma anındaki basıncın, enjeksiyon çalışmalarında en fazla basınç değerinin belirlenmesi için kullanılabilirliği araştırılmıştır. Aşağıda basınçlı su enjekte edilmek suretiyle hidrolik kırılmanın teorik anlatımı verilmiştir.

BASINÇ ALTINDA SU VEYA ENJEKSİYON

Deney kademesi

Hidrolik kırık

ZAMAN

Enjeksiyon sıvısı basıncı

Enjeksiyon sıvısı akışı

HİDROLİK KIRILMA ANI


H.ÖZKAN, 2006

119

• İzotropik ortamlarda hidrolik kırılma

Kırılan gerecin davranışı Coulomb-Mohr tarafından gerçekleştirilen efektif gerilimlerin kırılma miktarları sınırlarına (dairelerine) bağlıdır (Albayrak ve Bozkurt 1977).

φσσ

φσσ

cos2

sin2

''3

'1

'3

'1 ⋅−

−=⋅

+c

Burada ; σ’1 = Büyük asal gerilme,

σ’3 = Küçük asal gerilme,

φ = İçsel sürtünme açısı, c’ = Kohezyon’dur.

Bu açıklamalarda düşey kuvvet asal gerilme gibi ele alınabilir. Deney kuyusunun varlığı kaya içindeki gerilimler üzerinde yok sayılabilecek kadar azdır.

Ortama nüfuz edebilen sıvı (örneğin su) enjekte edilerek, kuyu içindeki basıncı artırmakla, kuyu çevresindeki toplam basınçlar doğal olarak artış gösterir. Artış gösteren toplam basınçların çatlak üzerinde etkisi, boşluk basıncının artması nedeni ile efektif gerilimlerin azalmasına göre karşılaştırıldığında küçük olduğu düşünülür. Basit olarak bunu henüz gerçekleşmemiş çatlak bölgesindeki boşluk basıncının, kuyu içinde ölçülen enjeksiyon basıncına eşit olduğu düşünüldüğü durumda düşey kuvvet, büyük asal gerilimdir. Enjeksiyondan önce efektif gerilimler aşağıdaki gibi olacaktır.

σ’1 = (γ.h) – (γw . hw)

σ’3 = K. σ’

1 = K.(γ.h - γw . hw)

Burada; γ = Yeraltısuyunun üstünde yer alan kayanın yoğunluğu, h = Yeraltısuyunun üstünde yer alan kayanın yüksekliği,

γw = Suyun yoğunluğu, hw = Yeraltısuyunun düzeyi ile deney kademesi ortası arasındaki yükseklik, K = Asal gerilmeler arasındaki orandır.

Eğer deney yeraltısuyu üzerinde yapılırsa suyun boşluk suyunun etkisi olmayacağından eşitlikler;

σ’1 = (γ.h)

σ’3 = K. σ’

1 = K.(γ.h) şeklinde olacaktır.

Asal gerilmeler arasındaki oran (K) 1 veya 1 den küçük alınır. Kuyudaki enjeksiyon basıncının, hidrolik kırılma anındaki enjeksiyon basıncına ulaşabilmek için (Pe)’ye kadar artırılması, efektif gerilmeleri (Pe) basıncı kadar eşit oranlarda azaltır.

Bu durumda eşitlikler; σ’1 = (γ.h) – (γw . hw) – Pe

σ’3 = K. σ’

1 = K.(γ.h – γw . hw) – Pe olacaktır.

Bu eşitlikleri ilk eşitlikte yerlerine koyarak;

( ) ( ) ( ) ( )φ

φγγγγ

cossin2

12

1 ' ⋅−−⋅⋅−⋅

−+⋅⋅−⋅

= cKhhKhhPe wwww

elde edilen eşitlik, sonuç olarak hidrolik kırılma anında etkin basıncın bulunmasını sağlar.


H.ÖZKAN,2006

120

Eğer en büyük asal gerilme yatay ise, kırılma anında asal gerilmeler;

σ’1 = K . (γ. h – γw . hw) – Pe

σ’3 = (γ.h – γw . hw) – Pe olacaktır.

Bu durumda asal gerilmeler arasındaki oran (K) 1 veya 1 den büyüktür. Hidrolik kırılma anındaki enjeksiyon basıncı;

( ) ( ) ( ) ( )φ

φγγγγ

cossin2

12

1 ' ⋅−−⋅−⋅

−+⋅⋅−⋅

= cKhKhh

Pe www olur.

Yukarıda eşitlikleri verilen hidrolik kırılma oluşum mekanizması Şekil 6.5’de verilmiştir. Şekilde yerel gerilimlerle verilen efektif gerilme dairesi, boşluk basıncının artırılması ile kırılma çizgisine teğet oluncaya kadar hareket eder ve kırılma meydana gelir.

Eğer en büyük asal gerilme dikey yönde etki ederse, kırılmaların bir üç eksenli sıkışma dayanımı deneylerinde olduğu gibi dikey eksene doğru eğilmeleri beklenebilir. Tersi olarak, eğer en büyük asal gerilme yatayda etki ediyorsa, kırılmalar yataya doğru eğimli olurlar (Albayrak ve Bozkurt,1977).

Şekil 6.5: Hidrolik kırılma mekanizmasının Mohr diyagramında gösterimi

Eğer yerel gerilimler ve su basıncı ile kesme kuvveti parametreleri bilinirse (Pe) en fazla enjeksiyon basınçları tahmin edilebilir. Diğer basınçlara göre boru ve diğer ekipmanlardaki sürtünme kuvvetleri göz ardı edilirse, kuyu başındaki manometreden ukunması gereken kritik

enjeksiyon basıncı; P = Pe + (γw . hw) olur.

Kesme kuvvetleri sabit kalarak, yukarıdaki (Pe) enjeksiyon basınçlarının derinlikle artığı görülebilir. Bu eşitlikler daha önce değinildiği gibi enjeksiyon çalışmalarında uygulanacak basınç değerinin belirlenmesinde kullanılan “Başparmak Kuralı – The Rule of Thumb” olarak isimlendirilen kuralın (her bir feet = 30.48 cm örtü kalınlığına karşılık 1 psi = 0.07 kg/cm2 basınç uygulanması) asal gerilim oranının 1 olduğu ve çekme gerilmeleri olmayan kayalara uygulandığını açıklamaktadır.

φ

σ’ Normal Gerilme

σ1’

σ1 ’- γ.h.hw

σ1 ’- γ.h.hw - Pe

c’

Mohr Kırılma Eğrisi

τ Kes

me

Ger

ilmes

i


H.ÖZKAN, 2006

121

• İzotropik olmayan ortamlarda hidrolik kırılma

Yukarıdaki çözümlemelerin, zayıf tabakalı kayalara uygulanması uygun değildir. Sedimanter kayalar genellikle tabakalar boyunca zayıftırlar ve hidrolik kırılma bu yüzeylerde olur. Jaeger (1962) tarafından bu zayıflık yüzeyi olan kayalar için efektif gerilmelerle açıklanan Coulomb-Mohr kriterini aşağıdaki gibi vermiştir (Albayrak ve Bozkurt,1977).

( )[ ] ( )[ ] φφφβσφφβσ cot2sin2sinsin2sin ''3

'1 ⋅=++−−+ c

Burada, (β) zayıf yüzey ile en büyük asal gerilme yönü arasındaki açıdır.

Eğer zayıf yüzey yataysa ve en büyük asal gerilme örtü tabakas ı basıncına eşit ise (β) = 900’dir ve asal gerilimler arasındaki (K) oranı = 1 alınırsa, bu durumda eşitlik;

- σ’1 = c’ . cot φ olur.

Hidrolik kırılma anında; σ’1 = (γ. h – γw . hw) – Pe ve de

P = Pe + ( γw . hw) = (γ. h) + c’ . cot φ kuyu başından okunacak

manometre basıncı; φγγ

cot'1 ⋅⋅

+=⋅ h

ch

P olur.

En küçük asal gerilme örtü tabakasının basıncına eşit olması halinde (β) = 00’dir ve bu durumda da en son eşitlik elde edilebilir. Eğer yatay yüzeyler etken zayıflık yüzeyleri ise ve bu yüzeyler boyunca kesme gerilme parametreleri biliniyorsa, bu son eşitlikten izin verilebilir en yüksek enjeksiyon basıncı bulunabilir.

Baldenhead Barajı’nda (Northyorkshire - A.B.D) enjeksiyon basınçlarının belirlenmesi için Çizelge 6.1’de verilen değerlerin elde edildiği hidrolik kırılma deneyleri yapılmıştır. Yapılan deneyler sırasında kayıt edilen veriler yardımıyla oluşturulan hidrolik kırılma eğrileri, örnek olması amacı ile aşağıda verilmiştir (Şekil 6.6). Bu barajda deney yapılan alanda jeolojik olarak Karbonifer yaşlı şeyller bulunmaktadır. Kuyu kısım kısım delinirken, çift lastikli tıkaç (paker) sistemi ile 5 ayrı derinlikteki kademelerde bu deney uygulanmıştır.

Çizelge 6.1: Baldenhead Barajı hidrolik kırılma deneyleri verileri (Albayrak ve Bozkurt 1977)

Kırılma anında enjeksiyon basınçları (kg/cm2) Deney No Kuyu

derinliği (m) Alt lastiğin

derinliği (m) (P) (Pe)

(P/γh) Deney yerinde kayacın

yoğunluğu γ = 2.30 gr/cm3 alınmıştır.

1 13.7 12.2 6.10 4.63 2.2

2 21.0 19.8 6.95 4.35 1.5

3 27.6 26.2 14.32 10.88 2.4

4 31.1 29.5 8.49 4.42 1.2

5 32.9 31.4 8.56 4.42 1.2


H.ÖZKAN,2006

122

Şekil 6.6: Baldenhead barajında yapılan hidrolik kırılma deneyleri basınç-akım grafikleri (Albayrak ve Bozkurt 1977’den düzenlenmiştir)

6.2. Alüvyonda Enjeksiyon Basıncı

Alüvyon enjeksiyonunda başarı, diğer tüm enjeksiyon uygulama alanlarında olduğu gibi, kuyuya enjekte edilen karışımın miktarı ile ölçülemez. Önemli olan, uygun gereçlerin, uygun basınçlar altında ve uygun ekipmanlar kullanılarak enjekte edilerek, sağlamlaştırma ve/veya geçirimsizlik açısından istenilen başarı ölçütlerini sağlamaktadır.

Alüvyon enjeksiyonlarında uygulanacak basıncın deneme enjeksiyonları yoluyla belirlenmesi en doğru yoldur. Ancak gerek mali analiz yapmak ve gerekse kullanılan gereç miktarlarının önceden sağlanabilmesi için aşağıdaki eşitlik ile bir yaklaşımda bulunabilir (Kasktaş, 1993).

0.4

0.3

0.5

0.6

0.2

0.1

0

Enj

eksi

yon

mik

tarı

- lit

re/s

aniy

e

Deney no :1 Tıkacın altı 12.2 m’de

Basınç (Pe) – kg/cm2 2 1 3 4

4 dakika enjeksiyondan sonra

0.94 litre/saniyeye giden akım

0.4

0.3

0.5

0.6

0.2

0.1

0

Enj

eksi

yon

mik

tarı

- lit

re/s

aniy

e



2 dakika enjeksiyondan

sonra

Kırılmadan sonra azalan basınç


0.4

0.3

0.5

0.6

0.2

0.1

0

Enj

eksi

yon

mik

tarı

- lit

re/s

aniy

e


6 dakika enjeksiyondan

sonra 0.93 litre/saniyeye giden akım

0.4

0.3

0.5

0.6

0.2

0.1

0

Enj

eksi

yon

mik

tarı

- lit

re/s

aniy

e



Çok hızlı akım artışı

Basınç (Pe) – kg/cm2

Enj

eksi

yon

mik

tarı

- lit

re/s

aniy

e

0.4

0.3

0.5

0.6

0.2

0.1

0 2 1 4 3 6 5 8 7 10 9


Kırılmadan sonra basınç sağlanamaması durumu

Tıkaçtan geri dönem akım


H.ÖZKAN, 2006

123

002 rr

evkvwQPP o ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅

=−π

Burada ;

P = Enjeksiyon basıncı (kg/cm2)

P0 = Yeraltısuyu düzeyi (m) (basınca çevirmek için 10.33 ile çarpılır - kg/cm2)

Q = Enjekte edilen karışım (şerbet) debisi (litre/saniye)

w = Karışımın yoğunluğu (gr/cm3)

v = Karışımın viskozitesi (poise -puaz)

v0 = Suyun viskozitesi (poise)

e = Enjeksiyon yapılan kademenin boyu (cm)

r0 = Enjeksiyon deliği yarı çapı (cm)

r = Enjeksiyon yayılım etki (nüfuz etme) yarı çapı (cm)

k = permeabilite katsayısı (cm/s)’dir.

6.3. Basınç Deformasyonların Kontrolü

Üzerinde yapı bulunan zeminin iyileştirme çalışmalarında enjeksiyon yöntemleri kullanılıyorsa, zemin mekaniği ölçüm teknikleri kullanılarak kontrollü enjeksiyon çalışması yapılmalıdır. Yüksek basınçlarda enjeksiyon yapılan ortamın yüzeye doğru kalkmaması istenir. Bu şekilde bir durumun varlığı söz konusu ise Şekil 6.7’de verilen ekstansometre düzeneği kullanılarak enjeksiyon yapılan ortamda zeminin veya kayanın yükselmesi kontrol edilebilir. Ekstansometrelerdeki kadranlı ölçüm aletlerinin duyarlılığı 0.001mm’ye kadar olabilmektedir. Daha önceden belirlenen yükselme değeri aşıldığında, enjeksiyona ara verilir yada enjeksiyon basıncı düşürülür. Ektansometreler mekanik olabileceği gibi, sesli veya ışıklı uyarıcı sistemler de içerebilir.

Şekil 6.7: Mekanik ekstansometre (Weaver,1991)

Zemine ankrajlanmış çelik borular

Kadranlı ölçüm aleti

Dış koruma borusu

Yüzey koruma borusu

Yak

laşı

k 3

m

Boru sabitleme

enjeksiyonu

Çelik çubuk veya boru

Yüzey

Yaklaşık 1m ankraj enjeksiyonu


H.ÖZKAN,2006

124

BÖLÜM 7

7. BARAJLARDA ENJEKSİYON DELGİLERİ VE DİZGİLERİ

7.1. Genel Bilgiler

Baraj temelindeki deformasyonların en aza indilmesi, gövdenin kaymaya karşı direncinin artırılması, gövde ile temel düzlemi civarındaki geçirimsizliğin sağlanması, temel altındaki bölgede zemin gerecinin sızmalar dolayısıyla yıkanmasının önlenmesi ve yamaçların duraylılığının artırılması amacıyla yapılan perde ve sağlamlaştırma enjeksiyonlarının konumları baraj tipine göre farklılık gösterir (Şekil 7.1).

Şekil 7.1: Baraj tipine göre enjeksiyon delgileri konumları (Tolun,1995)

Dolgu tipi barajlarda, baraj gövde dolgusunun alüvyon veya benzeri zeminlere oturduğu durumlarda enjeksiyon öncesinde, zemin düzeltilerek titreşimli silindirlerle ile sıkıştırılır ve enjeksiyon çalışmasına geçilir. Eğer dolgu baraj kaya temele oturacaksa, gevşek ve ayrışmış gereçler kaldırılır, gerekli görülmesi durumunda bu kaldırılan gereçlerin yerine beton doldurulur ve alan temizlenerek enjeksiyon çalışmasına geçirilir. Sağlamlaştırma enjeksiyonları, geçirimsiz çekirdek altında gerekli görülen aralıklardaki delgilerden uygun basınçlar altında yapılır. Genellikle dolgu barajlarda enjeksiyon perdesi ekseni ile baraj ekseni aynıdır. Yani perde enjeksiyon delgilerinin ekseni, barajın tam ortasından geçer.

Perde Enjeksiyonu

Sağlamlaştırma Enjeksiyonu

DOLGU BARAJ ENJEKSİYONLARI

50 m derinliğinde birincil perde enjeksiyonu (galeriden - düşey)

Sağlamlaştırma Enjeksiyonu (Gövde

altında 3mx3m karelaj, 12 m derinlik)

50 m derinliğinde birincil perde enjeksiyonu

(akış yukarıdan - eğimli)

50 m derinliğinde ikincil perde enjeksiyonu (galeriden - eğimli)

AKIŞ YUKARISI AKIŞ AŞAĞISI

BETON KEMER BARAJ (GÖKÇEKAYA BARAJI) ENJEKS İYONLARI

Perde Enjeksiyonu

Sağlamlaştırma Enjeksiyonu

Beton Yastık

Beton Plakalar

ÖN YÜZÜ BETON KAPLAMALI BARAJ ENJEKSİYONLARI


H.ÖZKAN, 2006

125

Beton ağırlık, beton kemer, silindirle sıkıştırılmış katı dolgu, silindirle sıkıştırılmış beton tipi barajlarda, akış yukarıya yakın gövde içindeki galerilerden perde enjeksiyonu yapılır. Ön yüzü geçirimsiz örtü kaplamalı (beton, membran vb. kaplamalı) barajlarda ise enjeksiyon perdesi, akış yukarı şev eteğindeki “plinth” adı verilen yastık betonu altında oluşturulur. Beton tipi baraj temellerinde en son kazı sınırının 0.50 m üstüne kadar kazı için patlatma yapılması, geri kalan kazının diğer yöntemlerle tamamlanması gibi bir kısıtlama olmasına rağmen, temel kayası patlatmalardan zarar görür. Bu nedenle temel kayanın fiziksel özellikleri ve patlatmalardan gördüğü zarara göre kabul edilen bir karelaja uyularak, delikler açılır ve sağlamlaştırma enjeksiyonları yapılır Aynı zamanda beton barajlarda betonun yaslandığı kaya şevlerinde de yukardaki nedenlerden dolayı sağlamlaştırma enjeksiyonu yapılır (Tolun, 1995).

7.2. Perde Delgileri

Perde enjeksiyonlarının ilk amacı, temelin geçirimsizliğini ve buna bağlı olarak aynı zamanda temelin sağlamlaştırılmasını sağlamaktır.

7.2.1. Perde Delgilerinin Derinliğinin Belirlenmesi

Bölüm 2’de değinildiği üzere basınçlı su basma ve basınçsız su basma (sızma - permeabilite) deneylerinden elde edilen veriler ile kayaların geçirimlilik sınıflaması yapılır. Bu sınıflamaların sınır değerleri enjeksiyon delgilerinin boylarının ne kadar uzunlukta olacağı konusunda bilgi verir.

Enjeksiyon yapılacak yerde, geçirimli özellikteki birimleri, bu birimlerin altındaki geçirimsiz birimlere perde enjeksiyonu ile bağlamak en çok istenilen durumdur. Ancak bu bağlantıyı sağlama olanağı bulunmaz ise (geçirimsiz birim çok derinlerde olabilir), bu durumda enjeksiyon perdesi askıda kalacak şekilde oluşturulur. Böylelikle perde enjeksiyonu tabanı ile geçirimsiz birimlerin üzerinde kalan geçirimli ve yarı geçirimli birimlerden olabilecek su kaçaklarının ektisinin azaltılması için sızma boyu uzatılmış olur.

Enjeksiyon perdelerinin boylarını belirleyecek kesin ölçüt olmamakla birlikte USBR (United States, Bureau of Reclamation) tarafından önerilen gözlemsel yöntem bulunmaktadır (Şekercioğlu, 1998). Bu yönteme göre enjeksiyon perdesi boyunun belirlenmesi için, jeolojik birimlerin geçirimlilik değerlerine göre uygun üç eşitlikten biri seçilerek hesaplama yapılır (Şekil 7.2). Hesap yöntemi ile bulunan perde enjeksiyonun delgi boyları, deneme enjeksiyonlarının değerlendirilme sonuçlarına göre kısaltılıp, uzatabilinir.

7.2.2. Enjeksiyon Delgi Aralıklarının ve Dizgilerinin Belirlenmesi

Perde enjeksiyon delgileri ve sonrasında enjeksiyonlarının yapılma sistemi “ano” diye adlandırılan belirli aralıklarda yapılır. Bir anonun delgi – enjeksiyon uygulamaları bitirilince diğer anoda işlemlere geçirilir. Ano uzunluğu yatayda 6–12–24 m uzunluğunda, kuyu aralıkları 1.5 – 3 metre alınabilir. Ano uzunluğunun ve buna bağlantılı olarak delik aralıklarının belirlenmesi için enjeksiyon yapılacak alanının genel özelliklerini (kırık – çatlak, boşluk durumlarını v.b) küçük ölçekte yansıtan bir yer seçilerek deneme enjeksiyonları yapılır. Deneme enjeksiyonlarının değerlendirilmesi ile uygun ano sistemi ve delik aralıkları belirlenir. Ayrıca bu aralıkları belirlemek için enjeksiyon türünün yayılım yeteneğini, çimento enjeksiyondaki tanecik boyutları ile kırık – çatlak aralıklarını v.b. dikkate almak gerekir.


H.ÖZKAN,2006

126

Şekil 7.2: Geçirimliliğe bağlı olarak enjeksiyon deliği derinliği belirlenmesi (Şekerçioğlu,1998’den uyarlanmıştır)

7.2.2.1. Deneme Enjeksiyonları

Ano uzunluğunun ve buna bağlı olarak delik aralıklarının belirlenmesi için, daralan aralık ve eşkenar üçgen teknikleri, en sık kullanılan deneme enjeksiyonu türleridir. Deneme enjeksiyonlarında, enjeksiyonu tamamlanan gruplarda (birincil – ikincil - üçüncül grup gibi) enjeksiyon katılaşma (priz) zamanına kadar beklemek gereklidir. Çeşitli oranlarda hazırlanan karışımların enjeksiyon katılaşma zamanı laboratuvar ortamında kolaylıkla belirlenebilir.

Deneme enjeksiyonlarında basınçlar Bölüm 6’da anlatıldığı gibi, enjeksiyon karışım oranları ise Bölüm 4.1.2’de olduğu gibi düzenlenir.

7.2.2.1.1. Doğrusal Sıra Tekniği

a – Tek sıra daralan aralık enjeksiyon dizgisi

Konu anlatımı sırasında örnek olarak yatayda 24 m uzunluğunda ano alındığında, tek sıra daralan aralık enjeksiyon dizgisi tekniğinde (Şekil 7.3),

• Ano başlarında bulunan “A” ile belirtilen birincil kuyular daha önceden belirlenen derinlikte (Bölüm 7.1.1) sırasıyla açılır, açılmalarını izleyen aşamada su deneyleri yapılır ve enjeksiyonları tamamlanır ve enjeksiyon katılaşma zamanı kadar beklenir.

Çok Geçirimli

Çok Geçirimli

Geçirimli

Geçirimli

Az Geçirimli

Az Geçirimli

Geçirimsiz

Geçirimsiz

Yarı Geçirimli

HİDROLİK İLETKENLİK/ PERMEABİLİTE ( cm/s)

chh +=′32

chh +=′

21

chh +=′31

LUGEON DEĞERİ

h’ : Enjeksiyon deliği derinliği ( m ) h : Delik kotu ile max. su seviyesi mesafesi ( m ) c : 23 – 7.5 m arasında değişen katsayı

25 1 5 1> 25<

10-2< 10-4 10-3 10-6> 10-5

3 1 2

C = 23 m C = 7.5 m

10-6


H.ÖZKAN, 2006

127

Şekil 7.3: Tek sıra daralan aralık enjeksiyon dizgisi

• Daha sonra “A” kuyularında yapılan enjeksiyonun başarısını denetlemek için “B” simgesiyle gösterilen ikincil kuyu açılır ve su deneyleri yapılır ve başarı ölçütleri belirlenir. Başarılı olunmamış ise “B” kuyusunun enjeksiyonu tamamlanır. Böylece 24m uzunluğundaki ano 12 m’ye daraltılmış olur.

• “B” kuyusunda istenilen enjeksiyon başarı ölçütünü denetleme için “A” ve “B” kuyularının aralarına girerek “C” üçüncül kuyular açılır ve işlemler tekrarlanarak ano 6 m’ye daraltılır.

• “C” kuyularında istenilen enjeksiyon başarı ölçütünü denetlemek için de “D” dördüncül kuyuları açılır ve enjeksiyonları tamamlanır.

• “D” kuyularının enjeksiyon işleminden sonra anodaki tüm kuyuları veya perde enjeksiyonu kuyularının derinliklerine bağlı olarak birden fazlasını kesecek şekilde düşeyle (α) açısı kadar eğimli, karotlu kontrol kuyusu açılır. Su testleri sonrasında, bu aşamada enjeksiyon başarılı olmuş ise, 3 m aralıklarla daralan teknik ile 24 m uzunluğunda, önceden belirlenen derinlikte enjeksiyon perdesi oluşturulur. Kontrol

1 2

A A

C

3

B

6

D

7

D

8

D

9

D

4 5

1 2

3 4 C

A

24 m 12 m 12 m

6 m 6 m 6 m 6 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m

A C D C B C D C

5 α Kontrol Kuyusu

Kontrol Kuyusu


H.ÖZKAN,2006

128

delgilerinin sayısını ve açısını, enjeksiyon perdesinin derinliği belirler. Perde enjeksiyonu derinliğinin artması, kontrol delgisi açısının artması ve dolayısıyla kontrol delgisi sayısının artışı demektir (bkz. Şekil 7.3).

• İstenilen başarı sağlanamamış ise aralıklar, 1.5 m’ye düşecek şekilde kuyu aralarında delgi yapılarak, deneme enjeksiyonlarındaki işlemler tekrarlanır.

Eğer tek sıra daralan aralık sisteminde yeterli başarı sağlanmamışsa, enjeksiyon karışımları değiştirilir yada çift sıra tekniğini denemek düşünülebilir.

b – Çift veya daha fazla sıra enjeksiyon dizgisi

Çok geçirimli jeolojik birimlerde tek sıra yerine çift sıra enjeksiyon delgi dizgisi yöntemi ile deneme enjeksiyonu yapmak daha iyi sonuçlar verebilmektedir (Şekil 7.4).

Bu teknikte geçirimsizlik perdesi oluşturulacak yapının ekseni tam ortada kalacak şekilde, akış aşağıda ve akış yukarısında, aralarında 1.5 m uzaklık olacak şekilde şaşırtmalı olarak 2 sıra enjeksiyon kuyusu sıralanır. Kuyulardaki enjeksiyon işleminin yapılma sırası Şekil 7.3’deki gibidir. Gerekli görüldüğü zaman bu kuyuların aralarında ve yapının ekseninde üçüncü sıra deneme enjeksiyonu kuyuları ve/veya enjeksiyon başarısını denetlemek için kontrol kuyuları açılabilir. Kuyuların açılması ve enjeksiyon işlemlerinin denetlenmesi tek sıralı enjeksiyon dizgisindeki gibidir.

Şekil 7.4: Çift sıra veya daha fazla enjeksiyon dizgisi

7.2.2.1.2. Eşkenar Üçgen Tekniği

Eşkenar üçgen tekniği daha çok geniş çatlak aralıkları ve boşluklu (karstik) alanlarda uygulanır. Bu tekniğin uygulanması için kenar uzunlukları 3 m veya daha fazla olan bir eşkenar üçgenin köşelerine birincil kuyular, kenar ortalarına ikincil kuyular ve ağırlık merkezine de kontrol kuyusu gelecek şekilde 7 kuyudan oluşan proje hazırlanır (Şekil 7.5). (Şekerçioğlu,1998)

• Öncelikle ortadaki 1 nolu karotlu kontrol kuyusu açılır ve su testleri yapılır. Bu kuyu enjeksiyon sonrasında tekrar karot almak ve su testi yapmak için içi temiz kumla doldurulur.

• Bu işlemlerden sonra üçgenin köşelerinde yer alan 2-3-4 nolu birincil kuyular sırasıyla delinir, enjeksiyonları yapılır. Birincil kuyularda enjeksiyonu tamamlanan kuyu kalın harç ile doldurulur. Böylece diğer kuyulardan yapılan enjeksiyonların bu kuyuya sızması

7 5 3 1

2 4 6 8

9

3 m 3 m

3 m 3 m

1.5 m

0.75

3 m 3 m

12 m

Akış aşağı sırası

Akış yukarı sırası

Eksende kontrol kuyusu sırası

0.75

m

0.75

m

1.5

m


H.ÖZKAN, 2006

129

önlenmiş olur. Kuyularda enjeksiyonun katılaşma (priz) zamanının beklenmesinden sonra diğer kuyulara geçilir.

• Birincil kuyularda işlemler tamamlandıktan sonra 1 nolu kontrol kuyusu karotlu olarak tekrar açılır ve su testleri yapılır. Çimentolu kuma veya sadece kuma denk gelinen yerler ayrıntılı olarak kayıt edilir. Birincil kuyuların (2-3-4 nolu kuyular) enjeksiyonlarının öncesinde ve sonrasında kontrol kuyusunda (1 nolu kuyu) yapılan su testleri karşılaştırılır. Enjeksiyon sonrası su testlerinde başarı ölçütü sağlanmışsa, enjeksiyon uygulaması başarılı sayılır.

• Tersi durumda, kontrol kuyusu tekrar temiz kumla doldurulur ve eşkenar üçgen şekilli enjeksiyon dizininin kenar ortalarına denk gelen yerlerde, 5-6-7 nolu ikincil kuyular sıra ile açılır ve açılmalarını izleyen aşamalarda, birincil kuyuların enjeksiyonlarındaki işlemler tekrarlanır.

• Daha sonra kontrol kuyusu aynı şekilde açılarak enjeksiyonun başarı ölçütü denetlenir. Eğer bu aşama sonunda da başarı sağlanamaz ise deliklerin aralarına girilerek deneme enjeksiyonları tekrarlanır.

Şekil 7.5: Eşkenar üçgen enjeksiyon dizgisi

7.2.2.2. Deneme Enjeksiyonların Değerlendirilmesi

Deneme enjeksiyonu işlemi tamamlandıktan sonra, deney zamanı boyunca yerinde yapılan gözlemler, tutulan kayıtlar ve alınan karotlar incelenerek bir değerlendirme yapılır.

Delik aralıklarının belirlenebilmesi için, birincil, ikincil, üçüncül ve kontrol kuyularının enjeksiyon alış miktarlarına bakılır (Çizelge 7.1). Enjeksiyon alışları daralan aralık tekniğine göre uygun olarak geçişli azalma gösteriyorsa, yapılan enjeksiyon uygulanan alanda başarılı olmuş sayılır.

Birincil ve ikincil kuyulardan sonra enjeksiyon alışları çok az, “düşük” olmuş ise üçüncül kuyulara gerek olmadığı, kuyuların seyrek aralıklı olarak dizgilerinin yapılması ve başka bir dizgiye gerek olmadığı anlaşılır. Bu durumların tersi gerçekleşmiş ise kuyu aralıkları sıklaştırılır ve birden fazla dizgiye gerek olduğuna karar verilebilir (Özbek, 1987).

1

6 4

7

3

5

2

3 m

1.5

1.5


H.ÖZKAN,2006

130

Çatlaklı ve karstik kayalarda kuyu aralıklarının önceden belirlenmesi için yapılan bazı teorik ve ekonomik yaklaşımlar birbirinden değişik düşünceleri ortaya çıkarmıştır (Özbek, 1987).

• Büyük açıklıklı, çok çatlaklı ortamlarda enjeksiyonun yayılım etki yarı çapı gerektiğinden geniş olur. Bu durumda enjeksiyon delgilerinin aralıkları seyrektir. Böylece toplam delgi miktarı düşük olur ama kuyu başına basılan enjeksiyon miktarı fazladır.

• Diğer yönde ise, az açıklıklı, seyrek çatlak sistemlerinde etki çapı dar olacağından enjeksiyon kuyu aralıkları sık olur. Daha fazla delginin yanı sıra kuyu başına basılan enjeksiyon miktarı düşüktür.

• Bir diğer konu da enjeksiyon basınçlarının yüksek olması durumunda enjeksiyon etki çapına bağlı olarak kuyu aralıkları sık, düşük basınçlarda ise kuyu aralıkları seyrektir.

Bu değerlendirmelerin sonunda kuyu açma maliyeti ile karışım maliyeti arasında karşılaştırma yapılmalı, çözüm yolu araştırılmalı ve en uygun enjeksiyon basınçları seçilmelidir.

Ayrıca deneme enjeksiyonlarında uygulanan delgi tekniklerinde istenilen başarı sağlanmamışsa enjeksiyon karışım oranlarının değiştirilmesi (su – çimento oranları), kimyasal katkı gereçlerinin karışıma katılması veya kimyasal enjeksiyon türlerinden birisinin denenmesi gibi durumlar düşünülmelidir.

DSİ Genel Müdürlüğü’nün enjeksiyon işleri ödemelerine yönelik birim fiyatlarında alışlar, metre başına karışımda basılan katı madde (çimento, bentonit) miktarları gözönüne alınarak 7 sınıfa ayrılmıştır. Bu sınıflama temel alınarak enjeksiyon alışlarının sınıflaması Çizelge 7.1’de verilmiştir.

Enjeksiyon alışlarının izlenmesi için yan yana sütunsal olarak kuyular çizilir. Her kuyuya ait kademeler bu sütunlarda gösterilir ve kademelerdeki alışlar renklendirilir. Grafiklerde alışların renklendirilerek izlenmesi, enjeksiyon yapılan alandaki birimlerin fiziksel özelliklerini kolaylıkla yansıtacaktır. Ayrıca hazırlanan grafiklere görsellikle kolay anlaşılma özelliği kazandırılmış olacaktır. Renklendirme için bir ölçüt olmamasına rağmen grafiklerde birliktelik sağlanması amacıyla, hidrojeolojide akiferlerin harita üzerinde özgül debilerine göre renklendirilmesi (Atuk, 1970) temel olarak alınmıştır (Çizelge 7.1).

Çizelge 7.1: Enjeksiyon alışlarının sınıflaması (DSİ, 2003)

Kademede metre başına, enjeksiyon karışımında yer

alan katı madde miktarı (kg/m)

1/3 (çimento/su) oranındaki karışıma

göre hacim (litre)

Enjeksiyon izleme grafiklerinde temsil

edildiği renk

Enjeksiyon Alış Tanımlaması

< 25 < 84 Kahverengi Çok düşük

25 - 50 84 - 168 Açık Kahverengi Düşük

50 - 100 168 - 336 Yeşil Orta

100 - 200 336 - 672 Koyu yeşil Orta - Yüksek

200 – 300 - 400 672 - 1008 - 1344 Mavi Yüksek

> 400 > 1344 Lacivert Çok yüksek

Bentonit miktarı çimento ağırlığının %3’ü kadar, Hacimlerde ise 50 kg çimento + 1.5 kg bentonit (%3) 18 litre olarak alınmıştır.


H.ÖZKAN, 2006

131

7.2.3. Galerilerden Perde Enjeksiyonu Uygulaması

Baraj gövdesi altında yapılan perde ve sağlamlaştırma enjeksiyonlarının delgileri açıktan veya enjeksiyon galerilerinden yapılır (Şekil 7.6). Açıktan yapılan enjeksiyon uygulamaları daha çok küçük baraj ve göletlerde yapılır. Bu sistemde gövde altı enjeksiyonların bitirilmesinden sonra gövde dolgu çalışmalarına geçilebildiğinden dolayı baraj yapım süresi uzamaktadır. Aşağıda amaçları ve avantajları verilen enjeksiyon galerilerinin düzenlenmesi ile bu gibi olumsuzlukların önüne geçilebilir (Tolun, 1995).

- Enjeksiyon perdesinin oluşturulmasından sonra, tekrar enjeksiyonla desteklenme gereği ortaya çıkarsa, enjeksiyon yerlerine ulaşılabilmesi,

- Enjeksiyon deliklerinin boylarının kısaltılması ve enjeksiyonun daha etkin yapılabilmesi, - Topografyanın enjeksiyon çalışmasına olanak sağlamadığı kör bölgelere erişilebilmesi, - Enjeksiyon çalışmalarının, diğer yapım çalışmaları ile girişiminin önlenmesi, - Gövde ağırlığı altında enjeksiyon basıncının alttan kaldırma etkisinin azaltılması, - Enjeksiyon perdesinin yamaçların ötesine uzatıldığı durumlarda, açıktan yapılan ve

araziden göl alanı su düzeyine kadar delinecek gereksiz delgi boylarından kazanç sağlanması,

- Temelin sızdırma durumunun her zaman kontrol edilebilmesi olanağı, - Galerilerin diğer amaçlara yönelik kullanılması için ulaşım olanakları sağlaması vb.

Kullanılan delgi gereçlerinin (makine, matkap vb.) nitelikleri, delinen kayacın sertlik derecesi gibi etmenler dik kuyuların delgisi sırasında düşeyle açı yapılmasına neden olabilir. Kuyunun derinliğinin artması ile düşeyle olan açının etkisiyle kuyu tabanında ileriye, geriye veya yanlara doğru ötelenmeler olabilir. Bu durumda oluşturulmaya çalışılan enjeksiyon perdesinin geometrisinin bozulmasının yanı sıra, perde derinliği düşeyde eksik kalacaktır. Olabilecek bu ötelenmenin etkisini en aza indirebilmek için eğer olanaklı ise genelde perde enjeksiyon delgilerinin boyunun kısa tutulması istenir. Ayrıca delgi boyu artıkça, delgi ve enjeksiyon işlemlerinde zaman ve ekonomi açısından zorluklar ortaya çıkmaktadır. Bu gibi olumsuzlukların önlenebilmesi için enjeksiyon perdesinin derinliğine bağlı olarak bir veya daha fazla sayıda enjeksiyon galerisi ile perde enjeksiyonları bölünerek yapılır. Şekil 7.7’de Manavgat Çayı üzerinde inşaa edilen Oymapınar Barajı’da galerilerle bölünmüş ve yüzeyden yapılan perde enjeksiyonlarının konumları verilmiştir.

Enjeksiyon galerileri, beton barajlarda genellikle gövde içerisinde, dolgu barajlarda ise temel yüzeyinde kondüvi (aç-kapa yöntemi) veya temel kayası içerisinde tünel şeklinde düzenlenirler (Şekil 7.8). Aç-kapa kondüvi tekniğinde yapılan galeriler daha kolay inşaa edilirler, fakat yapım süresinde baraj gövdesindeki diğer çalışmalara engel oluşturur. Ayrıca anolar arasındaki (8 veya 10 m uzunluğunda) derzlerin sızdırmazlığını sağlamak, özellikle temelin farklı oturması durumunda zor olmaktadır (Tolun, 1995). Tünel açma tekniği ile temel ana kayasında açılan galeriler ile çekirdek tabanı arasında kalan kaya bölgesi ışınsal enjeksiyon ile geçirimsiz duruma getirilmelidir. Galeriler, içerisinde çalışacak sondaj makinasının tij uzunluğuna ve makinanın açılı delgi yaparken çalışma pozisyonuna uygun olarak boyutlandırılmaktadır.

Şekil 7.9’da bir dolgu barajın (Kızılcapınar Barajı – Kdz. Ereğli) enjeksiyon galerisinden yapılan perde enjeksiyon sistemi örnek olarak verilmiştir (Özkan,1994). Yüzeyden enjeksiyon galerisinin taban kotuna kadar 1.kısım perde enjeksiyonları, galeri tabanından ise perdenin gerçek derinliğine kadar inilerek 2. kısım enjeksiyonlar gerçekleştirilmiştir. 3 veya daha fazla galeri sisteminde de aynı uygulama yapılır. Bölünmüş 2 kısım enjeksiyon perdesinin birleştirilmesi için galeri içinde “bağlantı (irtibat) enjeksiyonları” yapılmıştır. Bölünmüş enjeksiyon perdeleri enjeksiyon galerisini kesmeyecek şekilde akış yukarı eğimli olarak yapılır. Ayrıca perde enjeksiyonunun akış aşağısında yeraltısuyunun toplanabilmesi, boşluk suyu basıncının azaltılması için, perde enjeksiyonları ile yaklaşık aynı eğimde veya aynı eğimde galeri içinden drenaj delgileri yapılmaktadır.


H.ÖZKAN,2006

132

Şekil 7.6: Barajlarda açıktan ve galeriden yapılan perde enjeksiyonları

7.3. Kapak (Sağlamlaştırma) Delgileri

Genel olarak derinlik artıkça zeminin sağlamlık derecesi de artar. Baraj yerinde sıyırma ve cut-off kazıları sırasında patlatmanın etkisi, yüzeyden itibaren sığ derinliklerde ayrışmanın etkisi gibi nedenlerle temel zayıflık gösterir. Bu zayıflıkların etkilerinin giderilmesi için baraj gövdesi altında sığ derinliklerde (0 – 25m) kapak (sağlamlaştırma) enjeksiyonları yapılır. Aynı zamanda daha sonra yapılacak ve geçirimsizliliği sağlayacak olan perde enjeksiyonlarının, sığ derinliklerde yer alan kısımları, sağlamlaştırılmış zeminde güvenli olarak yapılabilir.

Kapak delgileri dizgisi, perde enjeksiyon dizgisinin akış aşağısında ve yukarısında olmak koşulu ile en az 2 sıra şaşırtmalı olarak yerleştirilir. Perde enjeksiyonları ile ara uzaklığı 1.5 m olarak alınır. İkişer sıra olmaları halinde kapak dizgileri ara uzaklıkları 3 m’dir (Şekil 7.10).

Yapının boyutlarına da bağlı olarak derinlikleri genellikle 5 m ile 25 m arasında değişir. Enjeksiyon ve delgi sitemleri perde enjeksiyonlarında olduğu gibi uygulanır.

Baraj Kreti

Derivasyon Tüneli

AÇIKTAN ENJEKSİYON

Baraj Kreti

AÇIKTAN ENJEKSİYON

GALERİDEN ENJEKSİYON GALERİDEN ENJEKSİYON

Derivasyon Tüneli

Enjeksiyon Galerisi


H.ÖZKAN, 2006

133

Şekil 7.7: Oymapınar barajı gövdesinde perde enjeksiyonları persfektif görünüşü (Altuğ, 1999)

Akı

ş yu

karıs

ı Enj

eksi

yon

Perd

esi S

ınırı

(O

tluk

Form

asyo

nu –

Şis

t - 3

0 m

içer

isin

de)

SAĞ

YAK

A Kot

: 18

5.50

m

1

2 3

4

5

6

7

8

9

Kot

:33.

00 m

Kot

:33.

00 m

SOL

YAKA

kot :

30.0

0 m

110.

00 m

35.0

0 m

98.0

0 m

98.0

0 m

130.

00 m

Kot

:185

.50

m

Enj

eksi

yon

Del

gile

ri

98.0

0 m

Der

ivas

yon

Tüne

li E

njek

siyo

n G

aler

ileri

Otlu

k Fo

rmas

yonu

(Şis

t) S

ınırı

Yar

dım

cı B

eton

K

emer

Bar

aj

Bet

on

K

apla

nmış

Y

üzey

Bet

on K

emer

Bar

aj

Enj

eksi

yon

Per

desi

Yüz

ey A

lanl

arı

1 .

9 00

0 m

2 6.

8

000

m2

2.

18 0

00 m

2 7.

29

000

m2

3.

6 0

00 m

2 8.

34

000

m2

4.

1 8

00 m

2 9.

40

000

m2

5.

9 0

00 m

2


H.ÖZKAN,2006

134

Şekil 7.8: Galeri konumları Şekil 7.9: Galeriden perde enjeksiyonu uygulaması

Şekil 7.10: Baraj gövdealtı iki sıra kapak (sağlamlaştırma) enjeksiyonu dizgisi

Beton barajlarda,

gövde içinde

Dolgu barajlarda

gövde altında (aç-kapa kondüvi)

Dolgu barajlarda,

gövde altında (kayada tünel)

Perde Enjeksiyonu

Drenaj Delgisi

Perde Enjeksiyonu

Perde Enjeksiyonu

Işınsal Enjeksiyon

3 m 3 m

3 m 3 m

3 m 3 m

Akış aşağı sırası

Perde kuyuları sırası

Akış yukarı sırası

1.5

m

1.5

m

3 m

α α

DOĞAL ZEMİN

Perde Enjeksiyon

Delgisi

Drenaj Delgisi

Bağlantı Enjeksiyon

Delgisi

Drenaj Delgisi

Perde Enjeksiyon

Delgisi

AKIŞ YUKARISI

AKIŞ AŞAĞISI

α α


H.ÖZKAN, 2006

135

7.4. Tünel – Galeri ve Şaftlarda Sağlamlaştırma Delgileri

Tünel – galeri ve şaftlarda yapılan enjeksiyonların temel amacı sağlamlaştırma olmasına rağmen, diğer bir görevi de tünel içine kaplama betonu ano birleşim yerlerinden (derzlerinden - kontaklarından) girebilecek yeraltısuyunun bu yerlerden uzaklaştırılmasıdır.

7.4.1. Tünel – Galeri Sağlamlaştırma Delgileri

Tünel sırasında, oluşturulan boşluğun cidarlarında yer alan kayalar ilksel özelliklerini yitirir. Yeni çatlakların oluşumu, paralanma gibi olumsuzluklar tünel açılımı sırasında püskürtme beton, çelik hasır, çelik iksa gibi destek türleri ile geçici olarak giderilir. Tünel açılıp, kaplama betonu çalışmaları ve dolgu enjeksiyonları tamamlandıktan 15 gün (katılaşma için bekleme zamanı) sonra sağlamlaştırma (konsolidasyon) delgileri ve enjeksiyonları yapılır (Şekil 7.11 ve Şekil 7.12). Sağlamlaştırma enjeksiyonu delgilerinin dizgisi tünel boyunca 3’er metrelik kesitlerde ve şaşırtmalı olarak eşit açı değeri ile uygulanır. Daha önceden enjeksiyonları yapılmış olan dolgu enjeksiyonu delgileri delinerek derinleştirilir ve enjeksiyonları dolgu enjeksiyonlarında olduğu gibi tabandan başlayarak, tavana doğru olacak şekilde yapılır. Sağlamlaştırma enjeksiyonu delgilerinin boyu 5 metreyi geçmesi durumunda, kuyunun enjeksiyonu 2 kademe halinde yapılır. Enjeksiyon işleminin ardından enjeksiyon karışımının katılaşması beklenir ve kuyunun boşluğu kalın harç ile doldurularak, pürüzsüz bir şekilde delik ağzı sıvanır. Temel olarak sağlamlaştırma delgilerinin boylarının ve 3 m’lik kesitlerdeki sayısının belirlenmesinde, tünelin çapı, şekli, patlatmanın şiddeti ve kayacın fiziksel özellikleri vb. faktörler etkilidir. Sadece bilgi olması açısından, DSİ tarafından delik sayısı ve delik boyu için aşağıdaki eşitlikler kullanılmaktadır. Bu eşitlikte r = betonlanmış tünelin iç yarı çapıdır.

7.4.2. Şaftlarda (Baca - Kuyu) Sağlamlaştırma Delgileri

Baca diye de isimlendirilen şaftlar (düşey–eğimli galeri) uzun tünellerde ulaşım, havalandırma, enerji tünellerinde denge bacası ve benzeri işlevleri yerine getirmek için açılır. Şaftların enjeksiyonları amaçlarına göre 2 türlüdür. Bunlar;

• Şaft açılmadan önce zeminin sağlamlaştırılması ve yeraltısuyunun etkisinin giderilmesi veya azaltılması için şaft derinliği kadar düşey yönde enjeksiyon,

• Şaft açıldıktan sonra beton kaplaması ile zemin arasında kalabilecek boşlukların doldurulması ve açılım sırasında zarar gören zeminin iyileştirilip, sağlamlaştırılması için şaft içinde yatay delgilerden yapılan enjeksiyonlardır.

Yatay yönde enjeksiyon delgilerinin boylarının ve sayıların belirlenmesi tünellerde olduğu gibidir. Şekil 7.13’de “Ankara İçme Suyu Temini” projesinde yer alan Kınık Tüneli şaftının enjeksiyon dizgileri ve Şekil 7.14’de eğimli şaft için enjeksiyon delgi dizgileri verilmiştir.

Tünelde sağlamlaştırma enjeksiyonu kuyu sayısı (adet) =

Tünelde sağlamlaştırma enjeksiyonu kuyu kuyu derinliği =

32 r⋅⋅π

mr 2/


H.ÖZKAN,2006

136

Şekil 7.11: 8 delgili sağlamlaştırma enjeksiyonu şaşırtmalı dizgisi

Şekil 7.12: 6 delgili sağlamlaştırma enjeksiyonu şaşırtmalı dizgisi

60o

1

1

1

2

2

2

A A

B B

C C

Tünel iç çapı : 2.00 m Delgi boyu : 6 m (2 kademede 3 m + 3m) Bir kesitte delgi sayısı : 6 adet Şaşırtmalı olarak önce 1 nolu kuyular sonra 2 nolu kuyular açılır ve enjeksiyonu yapılır. 1 ve 2 nolu kuyularda açılma öncelik sırası A,B,C,’dir

60o

A

A

B

B

C

C

1

2

1

2

1

2

1. KESİT 1. KESİTTEN 3 METRE SONRAKİ 2. KESİT

1

1 1

1

2 2

2

2

2

2

1

2

2

1

1

1

1. Kesitin 3 m sonrasındaki 2. Kesitte Uygulama

45o

22.5o

45o

1. Kesitte Uygulama

Tünel iç çapı : 3.70 m Delgi boyu : 9 m (4.5m+4.5m) Bir kesitte delgi sayısı : 8 adet

Önce 1 nolu kuyular sonra 2 nolu kuyular açılır ve enjeksiyonu yapılır.

D D

D

D

C

C

C

C

A A

B

B

B

B

A

A

1 ve 2 nolu kuyularda açılma

öncelik sırası A,B,C,D’dir.


H.ÖZKAN, 2006

137

Şekil 7.13: Kınık tüneli şaftı enjeksiyon dizgileri (Albayrak ve Türkel, 1980’den uyarlanmıştır)

Enjekte edilen toplam katı madde miktarları :

ÇİMENTO : 1 284 000 kg KUM : 172 000 kg TALAŞ : 6 000 kg

(*) Yatay delgi boyu ve 1 kesitte yatay delgi sayısı net olmadığı için yazar tarafından belirlenmiştir.

LİTOLOJİ : KİL + MARN + SİLEKS

Şaft iç çapı : 7 m Düşey delgi boyu : Yaklaşık 95 m Düşey kuyuların merkezden uzaklığı : 8.5 m (*)Yatay delgi boyu : 9 m (4.5+4.5m iki kademe) (*)Yatayda bir kesitte delgi sayısı : 8 adet

Enjeksiyondan önce su kaçakları : 80 – 120 litre/saniye Enjeksiyondan sonra su kaçakları : 9 litre/saniye

1

1

1

1

2

2

2

2


İç çap : 7 m

0

50

100

YÜZEY

1

1

1

1

2

2

2

2 5 m

DÜŞEY ENJEKSİYON DELGİLERİ

YATAY ENJEKSİYON DELGİLERİ

TÜNEL TAVANI

Yatay Enjeksiyon Delgileri

Düşey Enjeksiyon Delgileri


H.ÖZKAN,2006

138

Şekil 7.14: Eğimli şaftta enjeksiyon dizgileri

7.5. Zeminlerde Geçirimsizlik ve Sağlamlaştırma Delgileri

Zeminlerde su sızdırmazlığının sağlanması ve sağlamlaştırma için yapılan enjeksiyon delgileri, zeminin fiziksel özelliklerine ve enjeksiyon tipinin seçimine bağlı olmasına rağmen delik aralıkları yaklaşık olarak 0.5 – 1.0 m arasında değişmektedir (Şekil 7.15). Yeraltısuyunun durdurulması veya zeminin sağlamlaştırılması için düşey yönde açılan delgilerde dizgiler faklılıklar göstermektedir (Parchem, 2003). Zeminlerde enjeksiyon çalışmasının etkisinin artırılması için, püskürtmeli enjeksiyon uygulamalarında oluşturulan enjeksiyon sütunları biribirinin üzerine bindirmeli olarak yapılır. Enjeksiyon sırasında daralan ano sitemimin uygulanması daha sağlıklı çözüm getirecektir.

Şekil 7.15: Zeminlerde su sızdırmazlığı ve sağlamlaştırma delgileri dizgisi (Parchem, 2003)

TÜNEL TAVANI

EĞİMLİ ENJEKSİYON DELGİLERİ

SAĞLAMLAŞTIRMA ENJEKSİYON DELGİLERİ

(A) : Tek sıra dizgi (B) : Çift sıra dizgi (C) : Çift sıra şaşırtmalı dizgi

Yeraltısuyunu kesmek için; (A) : D = 0.6 – 0.8 m (B) : D = 0.8 – 1.0 m (C) : D = 1.0 – 1.2 m

Zemini sağlamlaştırmak için; (A) : D = 0.8 – 1.0 m (B) : D = 1.0 – 1.2 m

D⋅=23

(C)

D D

(B)

D

(A)

D


H.ÖZKAN, 2006

139

7.5.1. Temeli Zemin Olan Yapı Yerlerinde Enjeksiyon Delgileri

Kil, silt, kum, çakıl gibi gereçler içeren pekişmemiş zeminlerde inşaa edilecek santral, dolusavak düşü havuzu, büyük bina ve rafinerilerde yakıt depolama tankları temellerinde taşıma gücü, duraylılık, kazı alanına su gelmesi gibi sorunların çözümü için enjeksiyon yapılması düşünülmesi gereken uygulamalardandır.

Bu tür yapıların temel şekline göre enjeksiyon delgi dizgisi yapılır (Şekil 7.16). Pekişmemiş zemin temel üzerine inşaa edilecek yapının boyutlarına ve yapının önemine göre enjeksiyon delgi dizgileri dolayısıyla delgi sayısı azaltılabilir veya artırılabilir. Yapılacak delgilerin derinlikleri yapının boyutlarına bağlıdır. Bu tür zeminlerde yapılacak enjeksiyonların karışımlarında kimyasallar ve/veya çimento kullanılıp kullanılmamasına karar verilmesinde zemini oluşturan gereçlerin tane boyu dağılımı ve permeabilite değerleri rol oynar.

Şekil 7.16: Yapı temellerinde enjeksiyon delgi dizgileri

Birincil sağlamlaştırma delgileri

İkincil sağlamlaştırma delgileri

Üçüncül sağlamlaştırma delgileri

Kazı şevleri sağlamlaştırma delgileri

DİKDÖRTGEN TEMELLERDE SAĞLAMLAŞTIRMA ENJEKSİYONU DELGİ DİZGİSİ

DAİRESEL TEMELLERDE SAĞLAMLAŞTIRMA ENJEKSİYONU DELGİ DİZGİSİ


H.ÖZKAN,2006

140

7.6. Enjeksiyonda Başarı Ölçütleri

Kırık – çatlak açıklıklarının boyutları ve devamlılığı, boşluk hacimleri, zeminin fiziksel değerleri gibi etkenlerle belirlenen karışım oranlarında uygulanan enjeksiyon çalışması sonunda Bölüm 6’da verilen refü basınçlarının sağlanması için pratik olarak uygulanan işlem sırası ve karışım miktarları Şekil 7.17’de ve Şekil 7.18’de verilmiştir (DSİ, 1987).

Refü basınçları elde edilen kademelerde yapılan enjeksiyonların başarılı olup olmadığını anlamak için, projenin özelliklerine bağlı olarak dik veya eğimli olarak kontrol delgileri yapılır (bkz. Şekil 7.3). Bu tür kuyular, enjeksiyon işlemlerinin hepsinin tamamlanmasından sonra veya belirli aralıkta (bir veya birkaç ano) enjeksiyonun bitirilmiş yerlerde, tamamen karotlu ve su testleri uygulanarak, kontrol yapılacak olan enjeksiyon delgilerinin boyları kadar açılır.

Kontrol delgilerinden alınan karotların ve yapılan su testlerinin yorumlanması ile enjeksiyon işleminin başarı ölçütü konusunda karar verilir. Yapılan çalışma sonunda bu kuyuların enjeksiyonu yapılır ve kuyu içi kalın kumlu harç ile doldurulur.

• Perde enjeksiyonlarında başarı ölçütleri

Enjeksiyonu tamamlanan her anoda en az bir adet olmak üzere, o anoda en fazla enjeksiyon alışı yapan iki kuyu arasında (bu kuyulara paralel olarak) veya o anodaki kuyuların en fazla alış yapan kademelerini kesecek şekilde eğimli olarak açılan kontrol kuyularında yapılan su testlerinde su kaçakları, yandaki eşitlik ile kontrol edilir. Lugeon tanımlamasından

geliştirilen yandaki eşitlikte istenilen değer elde edilmiş ise, kontrolü yapılan yerde enjeksiyon başarılı kabul edilerek, enjeksiyon işlemlerine son verilir (DSİ,1987).

Bu eşitlikte ;

Q = Su testi yapılan kademeye basılan toplam su miktarı (litre)

PT = Test yapılan kademede uygulanmış olan enjeksiyon basıncı (kg/cm2)

L = Su testi yapılan kademenin uzunluğu (metre)

t = Toplam su testi zamanı (dakika)’dır.

Su testleri sonucunda, kontrol kuyularında bir veya birkaç kademede, birim basınç altında, birim zamanda ve birim uzunlukta su kaçakları 0.1 değerinden büyük ise, o kademelerin bulunduğu yerlerdeki kuyuların aralarına girilir. Ara kuyuların derinlikleri, eşitlikteki başarı ölçütünü sağlamayan kademelerin alt kotlarına inecek şekildedir. Enjeksiyonları daha önce belirtildiği gibi yapılır. Kontrol kuyularında yapılan basınçlı su testleri sonuçlarına göre, perde enjeksiyonlarının başarı ölçütü lugeon değerleri ile de değerlendirilebilir (Çizelge 7.2). Ancak bu konuda kesinleşmiş bir sınır değer bulunmayıp, perde derinliğine, tek veya çok sıra olmasına göre kabul edilen başarı sınırları bulunmaktadır (Şekercioğlu, 1998). Bilgi olması açısından Çizelge 7.3’de çeşitli baraj yerlerinde jeolojik birimlerin, enjeksiyon delgilerinde metre başına aldıkları katı madde miktarları verilmiştir.

Enjeksiyonda başarı ölçütleri bölümünün hazırlanmasında büyük ölçüde DSİ (1987) tarafından hazırlanan sondaj ve enjeksiyon teknik şartnamesinden yararlanılmıştır. DSİ tarafından yeni şartnamenin hazırlıkları halen sürmektedir. Yeni hazırlanan şartnamede yer alacak perde enjeksiyonu başarı ölçütlerinde değişiklik olabilecektir. Bu nedenle ileride bu bölüm ile yeni hazırlanan şartnamenin ilgili bölümleri karşılaştırılmalıdır.

1.0≤⋅⋅ tLP

QT


H.ÖZKAN, 2006

141

Şekil 7.17: Refü koşulu için perde ve sağlamlaştırma enjeksiyonu pratik uygulama şeması (DSİ 1987’deki bilgilerden oluşturulmuştur)

PERDE ve SAĞLAMLAŞTIRMA ENJEKSİYONLARI

Çimento / Su karışım oranı 1/3 ile enjeksiyona başla.

Bu karışımdan 4 mikser ver.

Refü basıncı sağlanmış ise DUR. Diğer kuyuya GEÇ.

Refü basıncı sağlanmamış ise Çimento / Su karışım

oranı 2/3’e GEÇ.












oranı 7/5 ‘e çimento ağırlığının %25’i kadar kum

ekle


Refü basıncı sağlanmamış ise Çimento / Su karışım oranı 7/5 ‘e çimento ağırlığının

sırasıyla %50, %100, %200’ü kadar kum ekle

Refü Basıncı sağlanıncaya kadar sırasıyla her karışımdan 20 mikser ver. Refü sağlanınca

DUR.

1/3 oranında karışım basılamaması durumunda

Çimento / Su karışım oranlarını 1/5 veya 1/6 ‘ya

göre ayarla.





Karışım hazırla. (1 mikser 250 litre karışım hacmine sahiptir)


H.ÖZKAN,2006

142

Şekil 7.18: Refü koşulu için dolgu enjeksiyonu pratik uygulama şeması (DSİ 1987’deki bilgilerden oluşturulmuştur)

Karışım hazırla. (1 mikser 250 litre karışım hacmine sahiptir)

DOLGU ENJEKSİYONLARI

















oranı 7/5 ‘e çimento ağırlığının %25’i kadar kum

ekle


Refü basıncı sağlanmamış ise Çimento / Su karışım oranı 7/5 ‘e çimento ağırlığının

sırasıyla %50, %100, %200’ü kadar kum ekle

Refü Basıncı sağlanıncaya kadar sırasıyla her karışımdan 20 mikser ver. Refü sağlanınca

DUR.

DOLGU ENJEKSİYONLARI TÜNEL ALT YARISI


DOLGU ENJEKSİYONLARI TÜNEL ÜST YARISI


H.ÖZKAN, 2006

143

Çizelge 7.2: Lugeon değerlerine göre perde enjeksiyonu başarı ölçütleri (Şekercioğlu, 1998).

Lugeon Değerleri

Houlsby’e göre Perde

Derinliği (m) Pinkerdon’a göre Levallois’e göre

Tek sıra Çift sıra

DSİ’e göre (Atatürk Barajı’nda)

0 – 50 3 – 4

3

50 – 100 7 – 8 7

> 100 12 12

5 – 7 7 – 10 2

Çizelge 7.3: Jeolojik birimlere göre perde enjeksiyonu katı madde alışları (Tolun, 1995).

Baraj Yeri Jeolojik Birim Enjeksiyonda deliğin 1 metresine giden katı madde

Özlüce Barajı Andezit 60 – 70 kg/m

Özlüce Barajı Alüvyon 200 – 240 kg/m

Oymapınar Barajı Karstik Kireçtaşı 50 kg/m

Keban Barajı Karstik Kireçtaşı 300 kg/m

----- Fliş 25 – 50 kg/m

• Dolgu (kontak) enjeksiyonlarında başarı ölçütü

Tünel – galeri ve şaftlarda etrafında yapılan dolgu (kontak) enjeksiyonlarında, her 12 m uzunluğundaki kesitlerde en fazla alışların olduğu kesitlerin aralarında, kesitlerde en fazla alışın olduğu kuyunun yönünde en az bir adet kontrol kuyusu açılır.

Kapak , tünel – galeri ve şaftlarda açılan kontrol kuyularında yapılan su testlerinde su kaçakları L = kademe boyu 1 metre alınarak, yukarıdaki eşitlik ile kontrol edilir. Eşitlikte istenilen değer elde edilmiş ise, kontrolü yapılan yerde enjeksiyon başarılı kabul edilerek, enjeksiyon işlemlerine son verilir. Eğer 0.1’den daha büyük değerler bulunmuş ise, kontrol deliğindeki çimento/su oranı 1/3 olan ince karışımlı enjeksiyon alışlarına bakılır. Enjeksiyon alışı bu kontrol kuyusunda 0.6 litre/delik/dakika‘dan daha az ise bu durumda, 12 m’lik bölümde ek dolgu delikleri açılmamakta ve enjeksiyon çalışması başarılı sayılmaktadır (DSİ,1987).

3.0≤⋅⋅ tLP

QT


H.ÖZKAN,2006

144

• Tünellerde, şaftlarda ve gövde altında sağlamlaştırma (kapak - konsolidasyon) enjeksiyonlarında başarı ölçütleri

Sıralar veya karelaj şeklinde yapılan sığ sağlamlaştırma (kapak) enjeksiyonları yerinde en çok alışı yapan kuyuların bulunduğu yerlerde oluşturulan eni ve boyu üçer metre olan kare veya eşkenar üçgen şeklindeki alanın ağırlık merkezlerine denk gelecek şekilde kontrol kuyusu açılır.

Tünel–galeri ve şaftlarda etrafında yapılan sağlamlaştırma enjeksiyonlarında, her 12 m uzunluğundaki kesitlerde, en fazla alışların olduğu kesitlerin aralarında, kesitlerde en fazla alışın olduğu kuyunun yönünde en az bir adet kontrol kuyusu açılır. Kapak , tünel–galeri ve şaftlarda açılan kontrol kuyularında yapılan su testlerinde su kaçakları yukarıdaki eşitlik ile kontrol edilir. Eğer eşitlikte istenilen değer elde edilmiş ise, kontrolü yapılan yerde enjeksiyon başarılı kabul edilerek, enjeksiyon işlemlerine son verilir (DSİ,1987).

Şekil 7.19’da Kızılcapınar Barajı (Kdz.Ereğli, Zonguldak) perde enjeksiyonlarını kontrol amaçlı eğimli yapılan delgi çalışması ve bu delginin 0-5 m kademesinden alınan ve çatlaklarına çimento enjeksiyonu nüfuz etmiş andezite ait karot parçası görülmektedir.

Şekil 7.19: Perde enjeksiyonu eğimli kontrol delgisi ve enjeksiyonlu karot örneği (Özkan, 1994)

3.0≤⋅⋅ tLP

QT


H.ÖZKAN, 2006

145

7.7. Baraj Enjeksiyon Delgilerinin Adlandırılmaları

Karışıklık yaratmaması ve kontrol kolaylığı bakımından, baraj enjeksiyon işlerinde enjeksiyon delgilerinin adlarının verilmesi aşağıda örneklerle önerilmiştir. Delgi adları işin gereğine göre başka yollarla da verilebilir.

Perde enjeksiyonları adları:

Perde delgi yerleri genellikle baraj sağ yakasından başlıyarak, sağ yaka sıfır noktası referans alınarak verilir. Baraj perde enjeksiyonları yatayda o proje için belirlenen delik aralıklarına (genelde 3 m) bölünerek perde enejeksiyonu delgi sayısı belirlenir. Yine o proje için belirlenen ano uzunluğuna (genelde 24 m’lik bölüm) göre ano başı ve sonuna denk delgiler, birincil (primer) delgilerdir ve (PA) simgesi ile gösterimi önerilir. Her ano ortasına denk delen delgiler ikincil (sekonder) delgilerdir ve (PB) simgesi ile gösterilmesi ve PA ile PB arasındaki üçüncül (tersiyer) delgilerin ise PD simgesi ile gösterilmesi önerilir. (PD) kuyularının ara uzaklığı 24 m’lik anolarda 6 m’dir. Bu 6 m’lik aralık dördüncül (PC) delgileri ile 3 m’ye düşürülür. Örneğin;

PA-0000 (P: perde enjeksiyon delgisi, A: ano başı delgisi, 0000: sağ yaka kret başındaki ano başı delgisi)

PB-0036 (P: perde enjeksiyon delgisi, B: ikincil delgi, 0036: sağ yaka kret başından 36 m ilerdeki delgi)

PC-0186 (P: perde enjeksiyon delgisi, C: üçüncül delgi, 0186: sağ yaka kret başından 186 m ilerdeki delgi) gibi.

Kapak enjeksiyonları adları:

Gövde altı kapak (konsolidasyon - sağlamlaştırma) enjeksiyonlarının delgilerinin adları da buna benzer şekilde verilebilir. Ancak kapak delgileri, perde enjeksiyonunun akış aşağısında ve akış yukarısında olmak üzere en az iki sıra yapılır. Bu durumda simgesel olarak kapak sırasının akış aşağıda veya yukarıda olduğunu ve ayrıca kaçıncı sıra olduğunu belirtmek gerekir. Örneğin gövde altında akış yukarıda ve akış aşağıda 2’şer sıra kapak enjeksiyonu delgisi olduğu kabul edilirse;

KP-AY2-0036 (KP: kapak enjeksiyon delgisi, AY2: akış yukarıda 2. sıra kapak delgisi, 0036: sağ yaka kret başından 36 m ilerdeki delgi) KP-AA1-0186 (KP: kapak enjeksiyon delgisi, AA1: akış aşağıda 1. sıra kapak delgisi, 0186: sağ yaka kret başından 186 m ilerdeki delgi) gibi.

Tünel ve galerilerde konsolidasyon enjeksiyonları adları:

Önceki bölümlerde açıklandığı gibi tünel ve galerilerde sağlamlaştırma ve kontak enjeksiyon delgileri her 3 m aralıklara denk gelen kesitlerde şaşırtmalı olarak, belirlenen derinlik ve sayıda açılır. Tünel veya galeri toplam boyunun 3’e bölünmesiyle enjeksiyon delgisi yap ılan kesit (ring) sayısı belirlenir. Enjeksiyon çalışması yapılacak kesitler, tünel giriş ağzına göre bu kesitlerin uzaklığını veren rakamın son hanesinin tek veya çift sayı olmasına göre “tekli kesit” veya “çiftli kesit” olarak isimlendirilir. Tünel ve galerilerde kuyular, tabanındaki dik kuyu (a) diğerleri saat ibresi dönüş yönünde b,c,d,e,f... şeklinde isimlendirilir. Tavandaki kuyuya (a) denilerek isimlendirme de yapılabilir.

KN-0003a (KN: Konsolidasyon enjeksiyonu delgisi, 0003: tünel giriş ağzından uzaklık ve tekli kesit, a: tabandaki 1 nolu delgi) KN-0132d (KN: Konsolidasyon enjeksiyonu delgi, 0132: tünel giriş ağzından uzaklık ve çiftli kesit, d: 4 nolu delgi)


H.ÖZKAN,2006

146

BÖLÜM 8

8. ENJEKSİYONLARIN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

8.1. Tanecikli Enjeksiyonların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Su / çimento oranı düşük olan enjeksiyon karışımlarının, viskozitesi yüksektir, akış zamanı uzundur, su kusma çökelim ve tanecik ayrılması değerleri düşüktür. Akış zamanının azaltılması için su miktarının artırılması gerekir ki bu durumda viskozite azalır ve buna bağlı olarak su kusma, çökelim ve tanecik ayrılması fazla olur.

Su kusma etkisinin azaltılması için düşük viskoziteli karışımlar seçilebilir. Fakat bu durum karışımın pompalanma yeteneğini azaltacağı için karışıma plastikleştirici, akışkanlığı artırıcı katkı gereçlerin eklenmesi gerekebilir. Bu da maliyeti artırıcı bir unsurdur.

Çizelge 8.1’de çeşitli kurumların belirlediği ve ankrajlarda kullanılan çimento enjeksiyonlarının genel özelliklerinin sınır değerleri ile Çizelge 8.2’de de ankraj enjeksiyonların özelliklerinin belirlenmesinde yapılan deneyler ve deney sonucunda kabul edilebilir değer aralıkları verilmiştir.

Çizelge 8.1: Ankrajlarda çimento enjeksiyonun genel özellikleri (Ganz ve Vildaer 2002)

Özellik FIP El Kitabı [1] EN 447 [2] PTI [3] Deney Yöntemi / Örnek Özelliği

Akışkanlık / Akıcılık [4] ≤ 25 saniye 11 – 30 saniye Mursh hunisi (çıkış ağzı 10 mm veya 12.7 mm)

Hacim Değişimi (% -2) – (+%5) (% -1) – (+%5) (% 0) – (+%0.1) Plastik silindir (100 – 200 mm yüksekliğinde)

Su Kusması (% -2)≤ (% -2)≤ (% 0) Plastik silindir (100 – 200 mm yüksekliğinde)

7 günlük ≥ 20 MPa ≥ 27 MPa ≥ 21 MPa Dayanım

28 günlük ≥ 30 MPa ≥ 30 MPa ≥ 35 MPa

Küp veya silindirik örnek ( 50 – 100 mm)

[1] Grouting of tendons in prestressed concrete", FIP Guide to Good Practice, Fédération Internationale de la Précontrainte (FIP), Thomas Telford, London, 1990. [2] Grout for prestressing tendons: Test Methods (EN 445), Grouting procedures (EN 446), Specification for common grout (EN 447); European Committee for Standardization (CEN), Brussels, 1996. [3] Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures", Guide Specification, Post-Tensioning Institute (PTI), Phoenix, Arizona, February 2001. [4] Bir sınır verilmemesine rağmen, su / çimento oranının 0.40 – 0.45 değerlerini aşmaması önerilmiştir.


H.ÖZKAN, 2006

147

Çizelge 8.2: Ankraj enjeksiyonun niteliklerini belirlemek için önerilen deneyler (Ganz ve Vildaer 2002)

Enjeksiyonun Kalite Nitelikleri Kabul Edilebilir Ölçütler

Enjeksiyonda su kusması (bleeding) ve tanecik ayrılması (segregasyon)

Su Kusma : ≤ % 3 (enjeksiyon karışımının gerçek hacmine göre) Hava Boşluğu : ≤ % 3 (enjeksiyon karışımının gerçek hacmine göre) Tanecik Ayrışması : Çıplak gözle gözlenmeyecek kadar az

Enjeksiyonun akış zamanı İlk akış zamanı : ≤ 25 saniye 45 dakika içinde akış zamanındaki değişim : ≤ 3 saniye

Enjeksiyonda tanecik çökelimi (sedimentasyon) Yoğunluktaki değişim : ≤ % 5

Enjeksiyonun aşındırması (korozyon) Klorit içeriği : ≤ % 1 (çimento ağırlığına göre)

Enjeksiyonun zehirleme etkisi Enjeksiyon karışımı zehirli maddeler içermemelidir.

Enjeksiyonun dayanımı 7 gün sonunda sıkışma dayanımı : ≥ 30 MPa

Enjeksiyon hacminde değişim miktarı 24 saat sonunda hacimde değişim : % -0.5 ile +1 arasında (enjeksiyon karışımının gerçek hacmine göre)

Enjeksiyonun katılaşma zamanı (setting) Karışımdan sonra katılaşmanın başlama zamanı : ≥ 3 saat

Enjeksiyonun su / çimento oranı Önceden bildirilen oranlara göre belirlenir.

Enjeksiyon karışımının yoğunluğu Önceden bildirilen değerlere göre belirlenir.

Enjeksiyonun soğuk iklimlerde dona karşı dayanımı Önceden bildirilen değerlere göre belirlenir.

8.1.1. Enjeksiyonun Su Kusması (Resuaj - Bleeding)

Hidratasyon, kimyasal bir bileşiğin su alması, diğer bir tanım ile su veya suyun elementleri ile birleşmeyi içeren kimyasal bir olay olarak tanımlanabilir. Enjeksiyon içerisinde çimentonun hidratasyonu için suya gereksinim vardır. Fakat, uygulamada yeteri kadar düşük viskoziteye sahip enjeksiyon karışımı için gerekli olan su miktarı, hidrotasyonun sağlanabilmesi için gerekli olan su miktarından daha fazla olmaktadır. Bu durumda karışımda, hidrotasyon için gerekli olandan daha fazla su, karışım içindeki çimento taneciklerinin kümeleşerek çökelimine (sedimantasyon) neden olur. Fazla olan su ise, karışımdan ayrılmaya başlar ve yoğunluk farklılığından dolayı enjeksiyon karışımının üzerine çıkar, yani enjeksiyon fazla suyu kusar.

Taneciklerin çökelimi, enjeksiyonun görünür hacminin azalmasına neden olur. Enjeksiyon şerbetindeki sıvı ve katı maddelerin bu hareketi, katı taneciklerin göreceli olarak iri taneli olanlarının en alta, daha küçük tanelerin üstte durmasına (segregasyona) da neden olur. Enjeksiyon karışımlarında su/çimento oranları seçilirken, mümkün olduğu kadar az “fazla su” olması istenir.


H.ÖZKAN,2006

148

Aynı gereçlerden hazırlanmış değişik su/çimento oranlarına sahip karışımlarda yapılan deneyler sonucunda oluşturulan diyagramda (Şekil 8.1), karışım oranının değişimi bir değerden (0.30 – 0.32 arası) sonra eşik yapmaktadır (Ganz ve Vildaer, 2002).

Şekil 8.1: Su/çimento oranının 3 saat sonunda su kusmasına etkisi (Ganz ve Vildaer, 2002)

• Deneyin Yapılışı :

Hazırlanan enjeksiyon karışımının üst yüzeyinde toplanan serbest suyu ölçmeye yarayan kap şekil 8.2’de görülmektedir. Şekildeki ölçülere göre imal edilmiş olan kaba ağırlığı belirli olan enjeksiyon karışımı konur ve 2 saat beklenir. Bu zaman sonununda kabın üst kısmında toplanan su alınır ve miktarı ağırlık olarak (gram) belirlenir. Toplam ağırlığa oranlanması ile ağırlıkça % su kusma değeri hesaplanır (DSİ,1972). Diğer bir yöntem de ise silindirik bir tüp içine enjeksiyon doldurulup, 2 saat sonunda yüzeyde toplanan suyun yüksekliğinin, tüpün toplam yüksekliğine oranlanması ile bulunabilir. Deney yapılan ortamda su kusmayı hızlandıracak, artıracak titreşim, sarsıntı yapabilecek makine v.b. olmamalıdır.

Şekil 8.2: Su kusması deney kabı (DSİ, 1972)

SU

KATI MADDE

h

H

Su kusması % =(h / H x 100) Su Kusması Deney Kabı ( DSİ, 1972)

90 mm

80 mm

40 m

m

0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.30 0.32 0.28 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

0.10

0.12

(SU / ÇİMENTO) ORANI

SU

KU

SM

A (%

)


H.ÖZKAN, 2006

149

Fazla suyun neden olduğu farklı durumlar ve açıklamaları Şekil 8.3’de verilmiştir. Su kusması ile ortaya çıkan fazla su aynı zamanda metalik ortamların enjeksiyonunda paslanmaya – aşınmaya (korozyona) neden olur. Enjeksiyonda yüksek basınç uygulaması su kusmasını artırıcı yönde rol oynar (Ganz ve Vildaer, 2002).

Şekil 8.3: Çimento enjeksiyonu teorisi (Heenan ve Naudts,1998)

P

P

P

P

Dengeli Akım ve Kararlı Çimento Enjeksiyonu

1 – Basınç ve kohezyon ile kontrol edilen refü durumu

2 – Basınç etkisi ile en az düzeyde suyun enjeksiyon karışımından süzülmesi ve enjeksiyon karışımında çimento ile suyun ayrışmasına neden olan çok az yoğunlaşma

3 – Çimento ile suyun ayrışmasından dolayı oluşan dikkate alınmayacak boyutta kılcal kanallar

Katkısız Çimento Enjeksiyonu

1 – Basınç, kohezyon ve çimentonun yığınlaşması ile kontrol edilen refü durumu

2 – Basınç etkisi ile önemli derecede suyun enjeksiyon karışımından süzülmesi ve enjeksiyon karışımında çimento ile suyun ayrışmasına neden olan fazla yoğunlaşma

3 – Çimento ile suyun ayrışmasından dolayı oluşan önemli boyutta kılcal kanallar


H.ÖZKAN,2006

150

8.1.1.1. Su Kusmasına Etki Eden Etmenler

• Sürtünme Kuvveti ve Özgül Yüzey Etkisi

Sıvı bir ortamda, kil, çimento, boya gibi katı maddeleri süspansiyon halde tutan bütün çözeltilerde genel olarak sürtünme kuvveti bulunmaktadır. Şerbetler içerisindeki tanecikler ne kadar ince olursa o derece birbirlerine yakın olacaklarından kararlı olurlar. Sıvı kısım ne kadar az olursa sürtünme kuvveti o kadar çok olur.

Süspansiyon halindeki şerbetler 2 kısımdan meydana gelir, bunlar;

1-Serbest kısım,

2-Taneciklerle bağlanan kısımdır.

Taneciğin gerçek özgül yüzeyi (Sr) büyükse, ikinci kısım da büyük olur ve sıvı ile karışabilmeye o derece uygundur. Tanecik inceliğin etkisi, çeşitli çimentolarla yapılan çalışmalarla incelenmiştir (Şekil 8.4). Bu şekilden görüleceği üzere, inceliğe ve su/çimento oranına göre sürtünme kuvveti değişmektedir. Su/çimento oranı sabitken ve incelik 2000 cm2/g’ın üstünde iken sürtünme kuvveti, pratikte incelikle orantılıdır.

Şekil 8.4: Su/çimento oranlarına göre sürtünme kuvveti ve özgül yüzey ilişkisi (DSİ, 1972)

0.40

Su / Çimento oranı : 0.35

0.50

0.45

6000

0.60

2000 4000

500

0

1500

1000

Sürt

ünm

e K

uvve

ti, d

in/c

m2

Özgül Yüzey, cm2/g


H.ÖZKAN, 2006

151

Sürtünme kuvveti (f) katı maddenin özgül yüzeyiyle büyür (serbest su azalır). (f), sürtünme kuvvetinin serbest su ile bağlantısını duyarlılıkla bulmak güçtür. Ancak aralarında ters orantı olduğu söylenebilir. Yani özgül yüzey dolayısıyla sürtünme kuvvetinin artması serbest kalan

suyu (su kusmasını) azaltır.

2000 cm2/g’ın altındaki incelikte serbest su (taneciklere bağlı olmayan su) hareketi sağlanmaktadır. O halde sürtünme kuvveti (f), özgül yüzey (Sr) ile orantılıdır (Şekil 8.5).

r

r

SKSf−

= dir.

Burada, (K) verilen toplam su miktarına göre bir sabitedir.

Şekil 8.5: Sürtünme kuvveti ve özgül yüzey ilişkisi ( DSİ, 1972)

(K – Sr) >0 ise toplam su bağlı sudan fazladır. Daha önce belirtildiği üzere bu koşul, deneysel olarak mümkün değildir. Çünkü hava ile floküle olmuş tanecikler ölçümleri bozar.

Yoğunluğu 3.15 g/cm3 civarında olan çimentonun inceliği, enjeksiyon karışımları için çok önemlidir. Portland çimentonun inceliği 3000 cm2/g Blaine civarındadır (% 50’si 25 mikrondan daha küçük taneciklerden meydana gelmektedir). Verilen tane inceliğinde su kusması (yani süspansiyonun kararlılığındaki eksiklik) su/ çimento oranı ile doğrusal olarak değişir, aynı zamanda özgül yüzeye de bağlıdır (Şekil 8.6 ).

Şekil 8.6: Su/çimento oranı ve su kusması ilişkisi (DSİ, 1972)

Su

Kus

mas

ı (1

20 d

akik

ada)

Su / Çimento oranı

30

20

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

10

0

50

40

Özgül Yüzey (cm2/g) - S S = 2350

S = 2780

S = 3290

S = 4425

S = 5600

Sür

tünm

e K

uvve

ti (f)

Özgül Yüzey (Sr)


H.ÖZKAN,2006

152

Sonuç olarak incelik artıkça ve su sabit kaldıkça kararlılık artar, fakat akıcılık azalır. Bu durum su miktarı azaldıkça daha netleşir.

• Kumun Etkisi

Enjeksiyon işleri için kullanılacak kumun karışımdaki oranı, tane şekli yapısı ve granülometrisi çok önemlidir. Kumlu enjeksiyon yaparken tıpkı harç ve betonlarda olduğu gibi kumun tane boyu dağılım (granülometrik) eğrisi mümkün olduğu kadar düzgün olmalıdır.

Kumlu enjeksiyon karışımlarında karışımdaki kum oranının artışı segregasyonu ve su kusmasını o oranda artırır (Şekil 8.7), buna engel olmak için aşırı karışımdaki çimento miktarının artırılması gerekir.

Yapılan deneyler sonucunda, kum/çimento oranı ağırlıkça 2 olduğu zaman en iyi sonuç elde edilmektedir (DSİ, 1972). Kum artıkça kararlılık düşer. Kum / çimento ve su / çimento oranları deneylerle belirlenmelidir.

• Uçucu Külün Etkisi

Su kusmasını azaltmanın diğer bir yolu da çimento enjeksiyonları karışımına belirli oranlarda uçucu kül eklemektir (Şekil 8.8). Katılaşma (priz) zamanının uzamasına neden olmasına rağmen, uçucu kül kullanımı ekonomi açısından olumludur.

Şekil 8.7: Kum/çimento oranı ve su kusması ilişkisi ( DSİ, 1972)

8.1.2. Çökelim (Sedimantasyon) ve Tanecik Ayrılması (Segregasyon)

Çökelim ve tanecik ayrılması genel olarak su kusmanın sonucu olarak kabul edilebilir. Bu iki özelliğin etkileri, yüksek yoğunluklu enjeksiyonlarda düşük değerlerde, düşük yoğunluklu olan enjeksiyonlarda ise tersi olarak yüksek değerlerdedir.

En basit olarak tanecik ayrılmasının belirlenmesi, enjeksiyon karışımının renk değişimlerinden yapılabilir. Tanecik ayrılmasınının az olduğu zaman, enjeksiyon karışımının rengi yüksek yoğunluğa bağlı olarak koyu gri, ayrılmanın fazlalaştığı zamanlarda ise karışımın rengi düşük yoğunluğa bağlı olarak açık gri ve/veya beyazımsı, sarımsı renklerde olacaktır. Bu renk değişimi, hidratasyon için gerekli olan sudan daha fazla olan suyun karışımdan kusulması

30

20

10

0 20 10

Uç

Açı

klığ

ı 10

mm

ola

n H

uni i

le

Akm

a za

man

ı (sa

niye

)

Su Kusması (120 dakikada)

30 40

Yuvarlak Kumda Su / Çimento oranı

0.5 1.0 2.0 3.0 4.0

20

1.75 2.50

20

10

0 10

Kırma Kumda Su / Çimento oranı

Uç

Açı

klığ

ı 10

mm

ola

n H

uni i

le

Akm

a za

man

ı (sa

niye

)

Su Kusması (120 dakikada)


H.ÖZKAN, 2006

153

sırasında çimento taneciklerinin ve diğer karışım maddelerinin kusulan su ile yıkanması sonucu olmaktadır. Bu yıkanma olayı aynı zamanda, karışımın (pH) değerinin düşmesi gibi diğer özelliklerinde de değişimlere neden olur (Ganz ve Vildaer, 2002).

Şekil 8.8: Çimento ve uçucu kül enjeksiyonlarında su kusması (UKQAA,2002)

Çökelim ve tanecik ayrılması, karışımın yoğunluğunun ölçülmesi ve karışımda olan renk değişimlerinin gözlenmesi ile kolaylıkla belirlenebilir. Şekil 8.8’de 1m yüksekliğinde 8 cm çapında silindirik PVC boru içine konulmuş enjeksiyon şerbetlerinin, 24 saat sonunda fazla suyu kusması ile yoğunluk farklılıklarının incelenmesi verilmiştir. Bu şekle göre su/çimento oranı düşük olan enjeksiyon karışımında zamana bağlı olarak yoğunluk değişimi daha az olmaktadır. Yani su kusması düşüktür ve buna bağlı olarak çökelme ve tanecik ayrışması daha düşüktür.

• Deneyin Yapılışı :

Deney düzeneği, basit olarak 2 adet 1 m boyunda ve 80 mm iç çapında saydam PVC tüplerden oluşmaktadır. Deney yöntemi, 24 saat sonunda tüplerin üstünden ve altına doğru ayrılarak toplanan karışımlardan belirli aralıklarda örnek alınarak yoğunlukların ölçülmesi ilkesine dayanmaktadır. Eğer karışımın katılaşma süresi 24 saatten daha fazla ise katılaşma süresi beklenmelidir. Bu zaman sonunda tüplerin içinde oluşan enjeksiyon sütunları hassas bir biçimde çıkartılır ve eşit dilimlere bölünerek, her dilimin yoğunluğu belirlenir. Deney zamanı boyunca eş zamanlı olarak deney ortamının sıcaklığı ölçülür ve kayıt edilir. Ortam sıcaklık farklılıklarının büyük olması istenmeyen durumdur. Ayrıca deney yapılan yerde sarsıntı veya titreşim yapan unsurların bulunmaması gerekmektedir. Çünkü titreşimler çökelmeyi ve tanecik ayrılmasını doğrudan etkilemektedir.

Deney işlem sırası ve tutulan kayıtlar aşağıda verilmiştir.

- Deney düzeneğin hazırlanması, - Enjeksiyon karışımına giren gereçlerin özelliklerinin belgelenmesi, - Enjeksiyon karışımının hazırlanması,

Zaman ( Dakika)

Su K

usm

a (%

)

150 200 50 100 250 0

0

5

10

20

25

30

35 Ağırlıkça Çimento / Su

oranı 1:1 olan enjeksiyon karışımı

Ağırlıkça Uçucu Kül / Su oranı 1:1 olan

enjeksiyon karışımı

Uçucu kül su kusmasını azaltır.


H.ÖZKAN,2006

154

- Tüplerin doldurulmasından önce akış zamanlarının belirlenmesi, - Deneyden önce karışımın ısısı ile, deney zamanı boyunca ortamda hava sıcaklığının

ölçülmesi, - Tüplerden enjeksiyon sütununun çıkartılmasından önce enjeksiyonun kustuğu fazla suyun

belirlenmesi, - Enjeksiyon sütununda renk değişimi olan düzeylerin kayıt edilmesi, - Deney sonunda elde edilen enjeksiyon sütun dilimlerinin yoğunluklarının belirlenmesi.

Bu çalışmalardan sonra her iki enjeksiyon sütununda en alttaki dilim ile en üstteki dilimin yoğunlukları yardımıyla çökelim oranı aşağıdaki eşitlikle hesaplanır.

Çökelim oranı (R) = [1 – (Yoğunluk üst / Yoğunluk Alt)]

• Bentonitin Sedimantasyona Etkisi

Çimento enjeksiyonlarında karışıma bentonit eklenmesi sedimantasyonu azaltıcı yönde rol oynar (Çizelge 8.3). Diğer bir deyişle bentonit, sedimantasyonu önlediğinden dolayı su kusmayı da engeller.

Şekil 8.9: Sütun içinde su kusmasına bağlı yoğunluk değişimi (Ganz ve Vildaer, 2002)

Çizelge 8.3: Deere (1982)’e göre bentonitin sedimantasyona etkisi (Weaver, 1991)

Karışımda % 0 oranında Bentonit



Su: Çimento Oranı (Ağırlıkça)

Karışımdan 2 saat sonra sedimantasyon (%)

3 : 1 62 40 22

2 : 1 52 20 6

1 : 1 16 3 1

0.66 : 1 5 0 0

ENJEKSİYON SÜTUNU

0

200

400

600

800

1000

0 1.0 3.0 2.0

Su / Çimento oranı 0.28


Enjeksiyonun yoğunluğu (kg / m3)

Yüks

eklik

(mm

)


H.ÖZKAN, 2006

155

8.1.3. Viskozite ve Akış Zamanı

Enjeksiyon karışımına giren gereçlerin akış özelliklerinin ve yayılım etkilerinin geliştirilmesi, enjeksiyonun kararlılığının (su kusması) ve reolojik özelliklerinin (viskozite, kohezyon ve içsel sürtünme kuvveti) geliştirilmesine bağlıdır.

Şekil 8.10’da görüldüğü üzere kesintisiz yüzeyleri olan bir düzlemde sıvı akışında, sıvının kütle parçalarındaki (tabakalarındaki) hız dağılımı yukarı doğru hızın eğimi (dv/dx) oranında artmaktadır. Newton’a göre herhangi iki sıvı tabakası arasında kesme gerilmesi (F) bulunmaktadır. Tabakalar arası gerilim ile hızın eğimi arasındaki ilişki, “dinamik viskozite katsayısı” olarak tanımlanır.

Dinamik viskozite = [(F)/(dv/dx)]

Şekil 8.10: Viskozite ilkesi (Harris,1983)

Diğer bir değişle viskozite, akışkanların çok küçük parçacıklarının iç sürtünmesi özelliği olup, içsel makaslama kuvvetlerine veya akışa karşı koyma olarak basit anlamda tanımlanabilir. Viskozite katsayısı, akışkanın bir düzlemden 1 cm uzaklıktaki paralel diğer düzleme geçişin 1cm2’sine din (dyne) olarak karşılık gelen kesme kuvvetine eşittir ve kuvvet yönünde 1 cm/s’ye karşılık gelen iki düzlem arasındaki akışkanın hızları arasındaki farktan meydana gelir. Katsayı ısı değişimine bağlı olarak değişir ve aynı zamanda “mutlak” veya “dinamik” viskozite olarak da isimlendirilir. Ölçü birimi (din.s/cm2 = poise = 100 santipoise) veya çok yaygın kullanımı ile santipoise (cP)‘dir. 1cP= 10 Newton-saniye/m2 (N-s/m2) eşittir ve suyun 15oC’deki dinamik viskozitesi yaklaşık 1cP’dir. Kinematik viskozite ise viskozite katsayısının akışkanın yoğunluğuna oranıdır.

Viskozite, akışkanın zemin gözeneklerinin açıklıklarına doğru olan akış yeteneğini belirleyen en önemli etkendir. Bu akışkanlık yeteneğini kontrol eden diğer bir etken de zeminin permeabilitesi (hidrolik iletkenliği)’dir. Enjeksiyon basınçları konusunun anlatıldığı Bölüm 7 ‘de belirtildiği üzere “baş parmak kuralı” özelliklerine göre, permeabilite değeri 10-4 cm/s olan zeminlerde yapılacak kimyasal enjeksiyonların viskozitesi 2 cP’den daha az olmalıdır. Eğer enjeksiyonun vizkozite değeri 5 cP ise permeabilite değeri 10-3 cm/s olan zeminlere ve viskozite değeri 10 cP ise permeabilite değeri 10-2 cm/s’den fazla olan zeminlere uygulanabilir.

Şekil 8.11’de akışkan türlerinin grafiksel tanımlaması verilmiştir. Su ve diğer akıcılar, yağlar, gazlar laminer bir düzende [(F)/(dv/dx)] sabit oranına uygun şekilde hareket ettiklerinden bunlara “Newton Sıvıları” denir. Bingham hipotezinde, plastik akıcıların laminer düzene uymadığı ve bir içsel sürtünme kuvvetine (f) sahip olduklarını göstermiştir. Bu kuvvetin birimi metrik sistemde dyne/cm2 olarak verilir. Plastik akıcılar ancak bu içsel sürtünme kuvvetini yendikten sonra akmaya başlarlar. Sürtünme kuvvetinden de elastik viskozite doğar. Bu kuvvet nedeniyle harç ve çimento şerbeti akıcı bir hale gelebilmekte dolayısıyla enjeksiyon yapmak mümkün olmaktadır. Bingham'a göre askıda sıvı içinde bulunan taneciklerden oluşan akışkanlarda aşağıdaki bağıntı bulunmaktadır.

Elastik Viskozite = [(F – f) / (dv / dx)]

YÜZEY

dx v

AKIŞKAN AKIMI

v + dv


H.ÖZKAN,2006

156

Şekil 8.11: Akışkan türlerinin grafiksel tanımlaması (Harris 1983, Weaver 1991 ve Heenan ve

Naudts 1998’den uyarlanmıştır)

Lau ve Crawford (1986) tarafından enjeksiyon karışım oranlarına göre çimento şerbetlerinin sıvı türleri aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır (Weaver 1991).

- Ağırlıkça su / çimento oranı ≥ 2.5 / 1 ise Newton sıvısı davranışı,

- Ağırlıkça su / çimento oranı = 2.5 / 1 ile 0.75 / 1 arasında ise Bingham sıvısı davranışı,

- Ağırlıkça su / çimento oranı ≤ 0.75 / 1 ise Visko-plastik sıvı davranışı gösterir.

Eğer enjeksiyon karışımında çok ince (micro fine) çimento kullanılırsa;

- Ağırlıkça su / çimento oranı = 2.5 / 1 ile 6 / 1 arasında ise Bighman sıvısı davranışı,

- Ağırlıkça su / çimento oranı ≤ 2.5 / 1 ise Visko-plastik sıvı davranışı gösterir.

- Çok ince çimento kullanılan enjeksiyon karışımlarında Newton sıvısı davranışı gözlenmemektedir.

Çimento şerbetlerine triethanolamin ve kalsiyum ligno-sülfonat gibi katkı maddeleri katılarak enjeksiyon karışımının işlevleri artırılır. Bu çeşit maddeler taneciklerin su bağlıyarak askıda durabilmesini sağlamakta ve şerbetin reolojik özeliğini artırmaktadır. Uçucu kül katılmış çimentolardan hazırlanmış olan karışımlarda, aktif katkı maddeleri, normal portland çimentosuna göre daha etkin olmaktadır (DSİ,1972).

SU

Newton Sıvısı

ENJEKSİYON

(f) Kohezyon – İçsel Sürtünme Kuvveti

Elastik Viskozite

Bingham Sıvısı

Hızın Eğimi veya Kesme Oranı (dv / dx)

Kesm

e G

erilm

esi (

F )

Dinamik Viskozite

Visko-plastik Sıvı


H.ÖZKAN, 2006

157

• Akış zamanının belirlenmesi

Enjeksiyon akış zamanı, enjeksiyon karışımına giren gereçlerin tane boyutlarına, enjeksiyon araç ve gereçlerine, seçilen enjeksiyon yöntemine bağlıdır. Enjeksiyon işlemi boyunca enjeksiyonun hemen katılaşmasından kaçınmak için akış zamanı, uzun zaman aralığında kararlı olmalıdır. Ancak kararlılık açısından akış zamanına üst sınır vermek zordur.

Enjeksiyon karışımlarının yüksek sıcaklıklarda enjekte edilmesi durumunda akış zamanı düşük sıcaklıklara göre daha hızlı değişimlere sahip olmaktadır. Şekil 8.12’de, su/çimento oranı 0.28 olan karışımın yüksek sıcaklık ortamında (40oC), karışımdan sonra geçen zamana göre akış zamanındaki değişimler gösterilmiştir. Bu deney yapılırken enjeksiyon veya ekipmanlar soğutulmamıştır. Geçmiş yıllarda enjeksiyonun hızlı bir biçimde sertleşmesini önleme amacına yönelik daha fazla su kullanılmıştır. Ancak bu uygulama fazla (serbest) suyun kusulması, çökelim ve tanecik ayrışmasını artırıcı yönde istenmeyen durumları ortaya çıkarmıştır. Bunun yerine enjeksiyon çalışmalarının öncesinde laboratuvar ortamında en az su kullanımını sağlayacak şekilde, özel katkılar kullanılarak en uygun karışım oranlarının belirlenmesi iyi sonuçlar verecektir (Ganz ve Vildaer, 2002).

Şekil 8.12: Enjeksiyon akış zamanı ile karışım zamanı ilişkisi (Ganz ve Vildaer ,2002)

Şerbetlerin hazırlanışında kullanılacak gereç miktarları 0.1 g duyarlılıkla tartılarak, içerisinde bir litre su bulunan karıştırıcı kabına konur. Karıştırıcıda 4 dakika karıştırılıp, 4 dakika sonunda hazırlanmış olan şerbet acele olarak marsh hunisine aktarılır (kumsuz şerbetler için 8 mm’lik harçlar için 10 mm’lik marsh hunileri kullanılır). Huninin altı işaret parmağı ile kapatılarak altına ölçü kabı konur. Kronometreye basıldığı anda marsh hunisinin altından parmak çekilerek (iki hareketin ayni anda olmasına özellikle dikkat etmelidir) şerbet 1 litre çizgisine gelinceye kadar akıtılır. Tam 1 litre çizgisine gelince kronometreye tekrar basılır. Bu sırada kronometreden zaman okunur, okunan değer, şerbetin akma süresini saniye olarak verir (DSİ,1972).

5

10

15

20

0

120 105 90 75 60 45 30 0 15

Karışımdan sonra geçen zaman (dakika)

Serb

est A

kış

zam

anı (

sani

ye)

Ölçümler 40 oC de yapılmıştır.


H.ÖZKAN,2006

158

• Marsh hunileri

Viskozite ve akış zamanı, marsh hunisi kullanılarak ölçülür. Marsh hunileri Şekil 8.13’de görüldüğü gibi özel olarak metalden veya PVC’den imal edilmiş hunilerdir. Bunlardan delik açıklığı 8 mm olanı şerbetlerin akma sürelerini, 10 mm olanı harçların akma sürelerini ölçmede kullanılabilir. Kapasiteleri yaklaşık 1000 mililitredir.

Şekil 8.13: Marsh hunileri (DSİ, 1972 ve Weaver 1991)

8.1.4. Hacim Değişimi

Enjeksiyon karışımlarında hacim değişimine etki eden önemli iki etken, enjeksiyonun büzülmesi ve tanecik çökelimidir. Hacim değişiminin etkisini kontrol etmek için, Bölüm 8.1.1 ve 8.1.2 ’de değinildiği üzere çökelimin ve serbest (fazla) suyun kusulmasının önüne geçmek gerekir. Bunun için düşük su/çimento oranları seçilmesi en iyi çözüm yöntemidir. Eğer hacim değişimi kontrol edilmez ise, enjeksiyonda su kusması ile birlikte tanecik çökelimi, ilksel hacime göre karışımda hacim azalmasına neden olur. Bu hacim değişimi yüzde olarak azdır ve büyük enjeksiyon çalışmalarında göz önünde bulundurulmayabilir.

290 mm

60 mm

145 mm

Φ 8 mm Çimento şerbetlerinin akıcılığını

belirlemek için kullanılan marsh hunisi

HACİM ~1000 ml

230 mm

60 mm

135 mm

Φ 10 mm Kumlu çimento şerbetlerinin

(harçlarının) akıcılığını belirlemek için kullanılan marsh hunisi


H.ÖZKAN, 2006

159

8.1.5. Yoğunluk (Özgül Ağırlık)

Yoğunluk, enjeksiyon karışımında kullanılan suyun miktarının en iyi belirleyicisidir. En uygun enjeksiyon karışımı için genellikle 0.30 ile 0.40 arasında değişen su/çimento oranları kullanılmaktadır. Su/ çimento oranı 0.30 olan çimento enjeksiyonunun yoğunluğu 2050 – 2100 kg/m3 arasında değişir. Su/çimento oranı 0.40 olanının ise ≤ 1900 kg/m3 ‘dür (Ganz ve Vildaer,2002). Karışım oranı büyüdükçe yani karışımdaki su miktarı artıkça yoğunluk azalmaktadır. Çünkü serbest (fazla) su sudan daha ağır olan çimento taneciklerinin yerini almaktadır.

• Deneyin Yapılışı

Akma süresi tayin edilen şerbetten bir miktar özgül ağırlık aletinin hücresine doldurulup özgül ağırlık tayin edilir. Özgül ağırlık tayin edilmeden önce özellikle kararlılığı düşük şerbetler, tekrar karıştırılarak homojen hale gelmeleri sağlanır.

Enjeksiyon çalışmalarında daha kullanışlı ve pratik olduğu için Şekil 8.14’de görülen düzenek kullanılmaktadır. Şerbetin özgül ağırlığını doğrudan doğruya ölçebilen bu alet, bir tarafında özgül ağırlıkları ölçülecek çözeltilerin doldurulduğu silindirik bir kap ve diğer tarafında hareketli bir ağırlık içeren, özgül ağırlık bölmeli bir koldan oluşmaktadır. Destek noktasına oturtulan aletin bir ucuna çözelti doldurulduğunda diğer taraftaki ağırlığın yeri değiştirilerek dengeye gelmesi sağlanır. Dengenin sağlandığı yerdeki rakam okunarak özgül ağırlık (g/cm3 ) bulunur.

Şekil 8.14: Yoğunluk ölçme düzeneği (Harris, 1983 ve Weaver 1991)

8.1.6. Katılaşma Zamanı

Tıkanma sakıncası taşıdığından dolayı enjeksiyonun katılaşması ve katılaşma zamanının çok kısa olması istenilen durum değildir. Katılaşmanın başlangıç ve bitiş zamanları çimentonun tipi, çevre ısısı, puzolanik ve diğer katkı maddelerin karışımda kullanılması gibi bir çok etmene bağlıdır. Katılaşmanın başlangıç zamanı yüksek sıcaklıklarda azalmasına karşın, düşük sıcaklıklarda uzamaktadır. Şekil 8.15‘de değişik ortam sıcaklıklarının (8°, 20° ve 40°C),

Sıvı Haznesi

Ayar Ağırlığı


H.ÖZKAN,2006

160

karışımın hidratasyon ısısına etkisi ve dolayısıyla katılaşma zamanlarının değişimi verilmiştir. Düşük veya yüksek özgül yüzey (Blaine) değerlerinin seçilmesiyle ve ortam ısısının değişimi ile katılaşma zamanı kontrol edilebilir. Çimento enjeksiyonu karışımına uçucu kül eklenmesi, katılaşma zamanını geciktirir ve enjeksiyonun dayanımını artırır. Aynı zamanda uçucu kül, enjeksiyon karışımına akıcılık kazandırdığı için uzun zaman aralığında enjeksiyonunun işlenebilirliğini sağlar (Şekil 8.16).

Şekil 8.15: Enjeksiyon karışımında katılaşma zamanının ortam ısısına bağlı davranışları (Ganz ve Vildaer, 2002)

8.1.7. Basınç Dayanımı ve Enjeksiyonun Dayanıklığı

Basınç dayanımını doğrudan kontrol eden etken, karışımda kullanılan maddelerin kimyasal ve fiziksel özelliklerine bağlıdır. Çimento enjeksiyonları dayanım açısından en uygun olanıdır (Çizelge 8.4 ve 8.5). Karışım maddelerinin özelliklerinin dışında karışıma giren su miktarı ve buna bağlı olarak su kusma durumu, çökelme, tanecik ayrılması, viskozite basınç dayanımına etki eden faktörlerdir.

40 45

Zaman (saat)

Hid

rota

syon

Isıs

ı (m

wat

t/gr-

çim

ento

)

5

6

2

1

4

3

0 5 15 10 20 25 30 35 0

Su / Çimento oranı 0.28 Enjeksiyon donma (priz) başlangıcı Katılaşma anı Enjeksiyon donma (priz) sonu 20 oC hava sıcaklığında 8 oC hava sıcaklığında

0 5 15 10 20 25 30 35 40 45


Enjeksiyon donma (priz) başlangıcı Katılaşma anı Enjeksiyon donma (priz) sonu 40 oC hava sıcaklığında 20 oC hava sıcaklığında

0

6

5

4

3

2

1

7

8

9

10

Hid

rota

syon

Isıs

ı (m

wat

t/gr-

çim

ento

)

Zaman (saat)


H.ÖZKAN, 2006

161

Şekil 8.16: Uçucu küllü enjeksiyon karışımlarının tipik akış özellikleri (UKQAA,2002)

Çizelge 8.4: Çeşitli enjeksiyonların sıkışma dayanım değerleri (Parchem, 2003)

Çimento / Kum - Jelin 7 günlük sıkışma dayanımları (MPa) ENJEKSİYON TÜRÜ

Çok ince çimento enjeksiyonu Tanecikli

Enjeksiyon Sodyum silikat – çimento karışımı Sodyum silikat grubu enjeksiyonlar Lignin (odun özü) grubu enjeksiyonlar Poliüretan reçine grubu enjeksiyonları

Kimyasal Enjeksiyon

Akralamit grubu enjeksiyonlar

Karışımın hazırlanmasından sonra geçen zaman (saat)

700

800

600

500

400

300

0 0 3 4 1 2

100

200

Serb

est A

kış

(mm

)

20 : 1

10 : 1

5 : 1

3 : 1

2 : 1

1 : 1

0.2 0.3 0.5 1 1.5 2 3 4 5 10 15


H.ÖZKAN,2006

162

Çizelge 8.5: Donmuş çeşitli çimentoların sıkışma ve bükülme dayanımları (Parchem, 2003)

Sıkışma Dayanımı (MPa) Bükülme Dayanımı (MPa) Çimentonun katılaşmasından sonra

geçen zaman 3 gün 7 gün 28 gün 90 gün 3 gün 7 gün 28 gün 90 gün

Çok ince çimento (micro fine cement) 24 38 50 60 4 6 7 8

Erken Yüksek Dayanım Kazanan Portland Çimentosu 23 32 44 47 5 6 7 8

Normal Portland Çimentosu 12 21 38 46 3 4 6 7

Akma süresi ve özgül ağırlık tayini yapılan şerbet tekrar iyice karıştırılarak her bir şerbetten 3 adet olmak üzere silindirik kalıplara doldurulur. Priz alması (katılaşması) için 20oC , % 100 görece nemli kür odasında bir gün bekletilir. Bu süre tamamlanınca kalıplar sökülerek, 28 gün aynı yerde korunur. Silindirik örneklerin alt ve üst yüzeylerine kükürt başlıklar dökülerek pres altında kırılarak basınç dayanımları belirlenir.

Puzolanik maddelerden olan uçucu küller, 45μm elek açıklığından geçen küresel şekilli taneciklere sahiptir. Uçucu küllerin bu özelliği, karışım içindeki katı tanecikler arasında kayganlaştırıcı görevi görür. Bu durumda, karışımda kullanılan su miktarı daha düşük olabilir. Su miktarının düşmesi, doğrudan karışımın permeabilitesini düşürdüğü gibi dayanım ile dayanıklılığı artırır ve daha az su kusması ve tanecik ayrılması sağlar. Şekil 8.17’de çeşitli uçucu kül / çimento oranlarında hazırlanmış karışımların dayanımları verilmiştir.

Şekil 8.17: Uçucu küllü enjeksiyon karışımlarının tipik dayanımları (UKQAA,2002)

600

1 : 1

2 : 1

3 : 1

5 : 1

10 : 1 15 : 1

Uçucu kül / Portland Çimentosu Oranları

0 200 400

Karışımından sonra geçen zaman (gün)

60

70

40

50

0

10

20

30

Not: Su / Çimento+Uçucu Kül Oranı = 0.45’dır.

Day

anım

(N/m

2 )


H.ÖZKAN, 2006

163

• Enjeksiyonun Dayanıklığı

Çimento enjeksiyonu, bazı killi zeminlerde, eski maden ocakları gibi yerlerde sülfat ile temas edebilir. Bu gibi durumlarda enjeksiyon öncesi çalışmalarda, sülfat durumu zeminin ve yeraltısuyunun kimyasal analizleri sonucunda belirlenmeli ve eğer sülfatlı ortam varsa bu durumda sülfata dayanıklı çimento seçilmelidir. Zeminde veya yeraltında bulunan sülfatlar, çimento enjeksiyonu karışımına nüfuz eder ve kalsiyum sülfat ile etringiti oluşturmak için sırasıyla hem kalsiyum hidroksit hem de kalsiyum alüminatlarla tepkimeye girerler. Bunun sonucunda, bu kimyasal işlemin verdiği ürün ile karışımda kullanılan toplam gereç hacmi, tepkimeden önceki gereçlerin toplam hacminden daha büyüktür. Bu yüzden katılaşma sonunda, enjeksiyon karışımı içinde ek yer gerektirecek şişme / hacim genişlemeleri oluşur. Katılaşma sonunda, sertleşmiş çimento enjeksiyonu karışımı, ek yeri karşılayamadığından dolayı, istenmeyen şekilde enjeksiyon çatlamaya ve parçalanmaya başlar. Kısa süreli kazı çalışmaları öncesinde yapılan duraylılık amaçlı geçici enjeksiyonlarda bu durum göz ardı edilebilir. Ancak barajlarda oluşturulan geçirimsizlik perdesi gibi kalıcı enjeksiyonlarda, enjeksiyonunun zamanla özelliklerini yitirmemesi istendiğinden, ortamdaki sülfatın etkilerinin giderilmesi için önlemlerin alınması gereklidir. Bu durum betonlar için de geçerlidir.

Enjeksiyon karışımında kullanılan çimentonun tane boyutu enjeksiyonun permeabilitesini doğrudan etkilemektedir. Tane boyutunda incelik artıkça permeabilite o oranda düşer. Benzer yaklaşımla enjeksiyon karışımında uçucu kül kullanımı sülfata karşı dayanıklılık kazandırır. Uçucu külün gerek tanecik şekli ve gerekse boyutu dikkate alındığında, uçucu küle göre daha kaba kalan çimento tanecikleri arasındaki boşlukları uçucu kül doldurur. Bu durumda enjeksiyon karışımının katılaşma sonrasındaki permeabilitesi, normal çimentolu karışıma göre daha düşük değerler gösterir. Düşük permeabilite değerleri, sülfata karşı direnç kazancına, yani dayanıklılığın artmasına neden olur. Portland çimentosunun hidratasyonu (su ile tepkimesi) belirli miktar alkali kalsiyum hidroksit (kireç) üretir. Uçucu kül gibi puzolanik maddeler, kalsiyum silikat ve alüminyum hidrat formunda bulunan kireç ile tepkimeye girerler. Bu hidratlar, enjeksiyon karışımı içindeki boşlukları doldurur. Bu durum permeabilite değerinin düşmesine neden olur (UKQAA,2002). Bu süreç sonuç olarak, enjeksiyonun dayanıklılığını, klorite ve sülfata karşı direnci artırır. Ancak uçucu külün çimentoya karşı oranının artması, enjeksiyonunun basınç dayanım değerinin düşmesine neden olur (Şekil 8.18).

Şekil 8.18: Uçucu külün portland çimentosuna oranının dayanım üzerine tipik etkileri (UKQAA,2002)

40

50

60

70

30

20

0

10

0 1 3 2 4 5

7 günlük dayanım 28 günlük dayanım 1 yıllık dayanım

Ağırlıkça uçucu kül / portland çimentosu oranı

Day

anım

( N

/ m

2 )


H.ÖZKAN,2006

164

8.1.8. Kohezyon Etkisi

Enjeksiyon uygulamalarında kohezyon değeri, Lombardi (1985) tarafından öne sürülen bir değerdir. Bu değer matematiksel olarak enjeksiyonun yayılım etki çapına doğrudan bağlıdır (Weaver, 1991). Plastikleştirici kullanılmadığı zaman kararlı ve duraylı çimento enjeksiyonu karışımları, katkısız çimento enjeksiyonları karışımlarına göre daha düşük kohezyon değerine sahiptir. Viskozite değerlerinde ufak bir artış, enjeksiyon karışımının enjekte edilebilme etkisini biraz düşürmektedir. Fakat kuramsal olarak düşük kohezyon değeri, verilen çatlak açıklığında kararlı ve duraylı enjeksiyon ile yapılan enjeksiyon uygulamasının yayılım etki çapını çok büyütmektedir.

Birgham sıvılarında kohezyon viskozite ile doğrudan bağıntılıdır. Lombardi (1985) aynı zamanda toplam enjeksiyon alış miktarının kohezyonun karesi ile ters orantılı olduğunu göstermiştir (Weaver, 1991).

8.1.9. Hava Koşullarının Etkisi

Enjeksiyon uygulaması sırasında ortamın ısısı enjeksiyonun katılaşma zamanını etkileyen önemli bir etmendir. Yüksek sıcaklıklarda katılaşma zamanı kısa olmasına karşın, soğuk havalarda katılaşma zamanı daha uzun olmaktadır (bkz. Şekil 8.15).

• Soğuk Hava Koşulları

Kışın yapılan enjeksiyonların ısı ile ilgili olarak Albritton (1982)’nin tanımlamasına göre; enjeksiyon yapılan ortamın ısısı 10oC’nin üzerinde olmalı, karışım suyu ısısı 10oC ile 38oC arasında olmalı ve enjeksiyon yapılan zeminin ısısı 5 günlük zaman aralığında 4.5oC’in altına düşmemelidir (Weaver, 1991). Ganz ve Vildaer (2002)’e göre ise enjeksiyon karışımının ve suyun donma sakıncasından dolayı, 48 saat içinde hava sıcaklığının 5oC’nin altına düşmemesi gerekmektedir.

Soğuk hava koşullarında enjeksiyonun donması gibi olumsuz durumlar ortaya çıkabilir. Bu durumda yoğun enjeksiyon karışımı, yani su/çimento oranı düşük enjeksiyon karışımları seçilebilir. Düşük su/çimento oranlı enjeksiyon karışımında, su kusmasına neden olan fazla su az olduğu için enjeksiyonun donma olasılığı düşük olacaktır. Donmaya karşı kullanılabilecek diğer bir yöntem ise, karışıma giren su miktarının %10’u kadar antifirizli suyu karışıma eklemektir (Ganz ve Vildaer, 2002).

Bu önlemlerin dışında diğer önlemler ise, enjeksiyon yapılan ortamın ve enjeksiyon araç – gereçlerin üzerini naylon veya branda ile örtme, enjeksiyon hortumunu bir aralık içinde sıcak su siteminden geçirmek veya karışım suyunu ısıtmaktır (Weaver, 1991).

Soğuk hava koşullarında yapılan epoksi reçine enjeksiyonlarında, epoksinin temas ettiği beton ve metal yüzeylerin sıcaklığı en az 10OC olmalıdır. Bu sıcaklık, epoksi enjeksiyonu uygulaması sırasında ve enjeksiyondan sonra 24 saat süre ile devam etmelidir (Escoweld, 2001). Soğuk hava koşullarında enjeksiyonun akıcılığına olumlu etkisi nedeniyle, epoksi enjeksiyonunun yapılması için günün daha ılık zamanları düşünülmelidir.

• Sıcak Hava Koşulları

Yüksek hava sıcaklığı enjeksiyonun katılaşma zamanına doğrudan etki eder ve katılaşma zamanını kısaltır. Enjeksiyon karışımının ısısını 32oC’nin altında tutmak gerekir (Weaver, 1991). Sıcak havalarda bunu sağlamak için enjeksiyon su tankları, karıştırıcılar, çalkayıcılar gibi araçların doğrudan güneş altında tutulmaması ve güneş ışınlarını yansıtması bakımından açık renklerde boyalı olması alınabilecek ilk önlemlerdir. Isı sorununun sürmesi durumunda


H.ÖZKAN, 2006

165

enjeksiyon karışımına giren suyun sağlandığı tanka buz atılması, enjeksiyon ısısını kontrol etmek için düşünülen diğer bir önlemdir. Soğuk hava koşullarında olduğu gibi bu kez enjeksiyon hortumu belirli bir aralıkta soğuk su sistemi içinden geçirilebilir.

Sıcak hava koşullarında epoksi enjeksiyonlarının yapılmasını sınırlayan sıcaklık koşulu, çimento enjeksiyonlarında olduğu gibi 32OC’nin altıdır. Sıcak hava koşullarında, epoksi enjeksiyonu yapılması için kullanılan araç ve gereç kuru ortamda gölgede (18OC - 27OC arasında) korunmalıdır. Soğuk hava koşullarının aksine sıcak hava koşullarında epoksi enjeksiyonu serinlik açısından günün erken saatlerinde yapılmalıdır. Genel olarak epoksi enjeksiyonlarının katılaşma özelliklerine ulaşabilmesi için geçen zaman boyunca ortam sıcaklığının 4.5OC’nin altında olmaması istenir (Escoweld, 2001).

8.2. Kimyasal Enjeksiyonların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Kimyasal enjeksiyonlar, viskozite değerlerinin çok düşük olması nedeniyle, tanecikli enjeksiyon karışımlarının kullanılamayacağı zeminlerde ve çatlak açıklığı çok az olan kaya ortamlarında kolaylıkla uygulanabilir. Kimyasal enjeksiyonlar duraylılığın sağlanması ve taşıma kapasitesinin artırılması amacıyla, ince taneli zeminlerde yapılan maden şaftlarında, tünellerde, hendeklerde ve diğer kazılar ile baraj gövdesi altında yer alan alüvyonlarda perde enjeksiyonu yapımında başarı ile uygulanmıştır. Kimyasal enjeksiyonların tanecikli enjeksiyonlara göre çok daha pahalı oluşu en büyük olumsuz özelliğidir. Bunun yanı sıra birçok kimyasal enjeksiyonun zehir etkisi bulunması, yeraltısuyunun kirliliği açısından potansiyel kaynaktır.

Çimento enjeksiyonlarında olduğu gibi kimyasal enjeksiyonlarda da, yeraltısuyunun ve karışımda kullanılacak suyun kimyasal özellikleri, enjeksiyonun başarılı olmasına etki eder. Çünkü karışım suyu ya da yeraltısuyu, kimyasal enjeksiyonların jelleşme zamanı ve dayanım değerlerine doğrudan etkilemektedir. Kimyasal enjeksiyonların uygulama aşaması öncesinde fiziksel özelliklerinin (Çizelge 8.6) ve kimyasal özelliklerinin dışında, viskozite, kararlılık ve dayanım özelliklerinin de bilinmesi gereklidir.

Şekil 8.19'da görüldüğü gibi, düşük dayanımlı kimyasal enjeksiyonlara göre yüksek dayanımlı kimyasal enjeksiyonlar daha viskozdur. Viskozite zamanla artmakta ve buna karşın dayanım zamanla sabitleşmeye başlar (Şekil 8.20). Şekil 8.21’de silikat enjeksiyonları ile reçine enjeksiyonlarının konsantrasyonlara bağlı viskozite değişimi ve Şekil 8.22’de karışım içinde değişik miktarlarda silikat kullanılması ile sıkıştırılmış orta-ince taneli ıslak kumun dayanım değişimleri verilmiştir.

Çimento enjeksiyonlarının özelliklerinin belirlenmesi sırasında yapılan deneylerle aynı zamanda kimyasal enjeksiyonların özellikleri de belirlenebilir. Ancak bu deneylerle elde edilen bilgilerin dışında, kimyasal enjeksiyonlarda jelleşme zamanı, zehirleme etkisi, yanıcılık, enjeksiyon ortamında duyarlılık gibi özelliklerin de bilinmesi gereklidir.


H.ÖZKAN,2006

166

Çizelge 8.6: Bazı kimyasal enjeksiyonların fiziksel özellikleri (ATM, 1970)

Grup Adı Alt Grup Adı Ticari Adı / Bileşimi

Viskozite (cP – santi

poise)

Jelleşme Zamanı Aralığı

(dakika)

Tek Eksenli Basınç

Dayanımı (kgf/cm2)

Silikat (düşük konsantrasyonlu) Silikat – bikarbonat 1.5 0.1 - 300 < 3.5

Silikat – formamit (Siroc) (1) 4 – 40 5 – 300 > 35

SİLİ

KATL

AR

Silikat (yüksek konsantrasyonlu) Silikat – klorit

(Joosten karışımı) 30 – 50 0 > 35

TDM 2.5 – 4 5 – 120 3.5 – 35

Terra Firma (2) 2 – 5 10 – 300 < 3.5

Blox- All (3) 8 3 – 90 < 3.5 Krom - Odun Özü

Lignosol (4) 50 10–1000 --

Vinil polimer AM – 9, Akralamit (5) 1.2 – 1.6 0.1–1000 3.5 – 35

Üre - Formaldehit 6 3 – 300 > 35

Herculox (3) 13 4 – 60 > 35

Cyanaloc 62 (5) 13 1 – 60 > 35 Metilol köprülü polimer

Resorsinol - Formaldehit 3 – 5 -- > 35

Yağ bazlı asit polimerler Polythixon FRD 10 – 80 25 – 360 > 35

OR

GAN

İK P

OLİ

MER

LER

Epoksi Reçinesi 62 E 2 (6) 2 – 18 -- > 35

(1) : Diamond Alkali Company (2) : Intrusion Prepakt, Inc. (3) : Halliburton Company (4) : Lignosol Chemical, Ltd. (5) : American Cyanamid Company (6) : George W. Whitesides Company


H.ÖZKAN, 2006

167

Şekil 8.19: Enjeksiyon tiplerinde basınç dayanımı - viskosite ilişkisi (Hilton, 1967'den)

Şekil 8.20: Viskozite ve dayanımın zaman ile ilişkisi (Harris, 1983)

VİS

KO

ZİTE

ZAMAN ZAMAN

DA

YA

NIM

10-2

10-1

1

10

102 103 104 10 102 105

3

1 2

5 7

6

9

8

4

10 11

12 13

Enjeksiyon Tipleri 1. Politiksiyon 2. Epoksi Reçinesi 3. Joosten Karışımı 4. Polyester Reçinesi 5. Bentonit Jeli 6. Bentonit – Silikat 7. Odun Özü 8. Guttman 9. Silikat – Asetat 10. Silikat – Alüminat 11. Üre formaldehit 12. Silikat – Bikarbonat 13. (AM -9) Akralamit

Enjeksiyonlu zeminin basınç dayanımı (kN / m2) Vi

skoz

ite (P

oise

)


H.ÖZKAN,2006

168

Şekil 8.21: Sodyum silikat ve reçine enjeksiyonları viskozitesi (CECW-EG, 1995)

Şekil 8.22: Değişik oranlarda silikat ile enjeksiyonun basınç dayanımları (CECW-EG, 1995)

0.86

1.38

2.41

2.76

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 B C A D

BA

SIN

Ç D

AY

AN

IMI (

MP

a)

ENJEKSİYON KARIŞIMI A - 40% SİLİKAT B - 50% SİLİKAT C - 60% SİLİKAT D - ÇİMENTO

0 120 30 40 50

KONSANTRASYON (%)

1

10

VİS

KO

ZİTE

(cP

- sa

ntip

oise

) (2

0o C d

e) SODYUM SİLİKAT

ENJEKSİYONU

REÇİNE ENJEKSİYONU


H.ÖZKAN, 2006

169

• Jelleşme Zamanı

Jelleşme zamanı veya jelatinleşme zamanı, enjeksiyon karışımına giren gereçlerin karışımdan sonra jel durumuna gelmesi için geçen zaman olarak tanımlanır. Jelleşme zamanının kontrolü enjeksiyonun pompalanma kolaylığı açısından önemlidir. Jelleşme zamanının değiştirilmesi/ kontrol edilmesinde enjeksiyon karışımındaki bileşenler (tepkime başlatıcılar, tepkime geciktiriciler, katalizörler) işlev görür. Kimyasal enjeksiyonlarda viskozite, jelleşme zamanı boyunca sabit kalabilir veya değişim gösterebilir. Yüksek viskoziteli akışkanların pompalanması ile ilişkili olarak, viskozitenin jelleşme zamanı boyunca değişim göstermesinin sorunlara neden olabileceği, bilinmesi gereken diğer önemli konudur. Jelleşmeden sonra kimyasal enjeksiyonların dayanımları gittikçe artmaya başlar. Son aşama dayanımım değerlerine ulaşması için geçen zamana kür zamanı denir.

• Çözeltinin Yeraltısuyu ile Seyrelmesi

Genel olarak kimyasal enjeksiyonların jelleşmesine etki edebilecek şekilde yeraltısuyu tarafından çözeltinin konsantrasyonunun düşürülmesi enjeksiyonun başarısını etkiler. Çözeltinin yeraltısuyu ile seyreltilme durumu sadece türbülanslı yeraltısuyu akımlarında veya büyük debili yeraltısuyu akışlarında olur. Yeraltısuyu akımının seyreltme özelliği, kumaş boyası gibi izleyici (tracer) kullanılarak belirlenebilir (CECW-EG, 1995).

• Duyarlılık

Bazı kimyasal enjeksiyon karışımları ortamın sıcaklığına, yeraltısuyunun kimyasına (özellikle pH değerine) ve çözülmemiş katı maddelere karşı duyarlıdırlar. Bu duyarlılık özellikleri jelleşme zamanına etki edebilir.

• Zehirleme Etkisi ve Yanıcılık

Özellikle akralamit gibi kimyasal enjeksiyonların zehir etkisi bulunmaktadır (Çizelge 8.7). Kimyasal enjeksiyon gereçlerinin zehirleme etkisinin ve yanıcılığının olup olmadığı üretici firma tarafından belirtilir. Kimyasal enjeksiyon maddelerinin kullanımında üretici firma tarafından belirtilen kullanım şekline ve uyarılara uygun davranılmalıdır. Zehirleme etkisi bulunan kimyasal enjeksiyonların, yeraltısuyu kullanımının olduğu alanlarda uygulanmasından kaçınılmalıdır.

Çizelge 8.7: Başlıca enjeksiyon türlerinin özellikleri (CECW-EG, 1995)

Özellik

Enjeksiyon Türleri Yayılım Etki

Durumu Duraylılık Uygulama Kolaylılığı

Potensiyel Zehirleme Yanıcılık Göreceli

Maliyet

Portland çimentosu tabanlı enjeksiyon Düşük Yüksek Orta Düşük Yanıcı değil Düşük

Silikatlar Yüksek Orta Yüksek Düşük Yanıcı değil Düşük

Akralitler Yüksek Orta Yüksek Orta Düşük Yüksek

Odun Özü (Lignin) Yüksek Orta Yüksek Yüksek Düşük Yüksek

Poliüretanlar Orta Yüksek Orta Yüksek Yüksek Yüksek

Reçineler Düşük Yüksek Orta Yüksek Orta Yüksek


H.ÖZKAN,2006

170

BÖLÜM 9

9. ENJEKSİYON DONANIMLARI

9.1. Karıştırıcılar (Mikser) ve Çalkalayıcılar

- Karıştırıcılar

Karıştırıcılar çimento, bentonit, kum, su ve gerektiğinde kimyasal maddeleri homojen halde birbirine karıştırmak için mekanik olarak çalışan dönme hızı yüksek (~1500 devir/dakika) bir ekipmanlardır (Şekil 9.1). Karışıma giren maddelerin oranını dikkatle kontrol etmek amacıyla mikserler üzerinde veya yanında tartı cihazı ile duyarlı ölçü kapları bulundurulur. Mikser hacimleri test enjeksiyonlarındaki enjeksiyon alışlarına göre seçilmelidir (Örn. Karstik ortamda alışın fazla olacağı düşüncesiyle mikser hacimleri küçük tutulmamalıdır).

Şekil 9.1: Craelius marka kolloidal karıştırıcılar (mikserler)

Karıştırıcılarda, silindirik karıştırma haznesi içine monte edilmiş bir mil ve buna bağlı kanatlar yardımıyla karışıma katılan maddeler karıştırılır. Karıştırma haznesindeki mil ve kanatların hareketi, haznenin tabanına veya üstüne yerleştirilmiş olan güç kaynağından sağlanır. Mile hareketi sağlayan güç kaynağı, elektirikli, hidrolik veya havalı sistem olabilir. Karıştırıcılar, dönen millerin konumlarına ve karıştırırken hazne içinde oluşan şekile göre sınıflandırılabilir. Buna göre kolloidal karıştırıcı, lastik kanatlı karıştırıcı, kürek şeklinde kanatlı karıştırıcı gibi türleri vardır (Şekil 9.2).

Bunlardan kolloidal karıştırıcılarda, hazne altında yüksek hızla dönen rotor yardımıyla, haznedeki karışımın hareketi girdap oluşturur.

Lastik kanatlı karıştırıcılar düşey veya yatay hareketli olabilir ve karıştırıcı örneğin bir helezonik pompa ile birlikte olabilir (bkz Şekil 9.5). Bu tür karıştırıcıların hızları 700 – 1000 devir/dakika arasında değiştiği için enjeksiyon karışımının karıştırılması, kolloidal karıştırıcılara göre daha az etkindir.

Model CEMIX 210E - Elektirikli Model CEMIX 410E - Elektirikli


H.ÖZKAN, 2006

171

Şekil 9.2: Karıştırıcı türleri (Houlsby, 1990)

2

1

3

Çalkalacıya

Çalkalacıya

Çalkalacıya

Çalkalacıya

Yüksek hızlı rotor

Vana

Vana

Vana

Vana

Motor

Motor

Motor

Kanatlar

Rotor

Helezonik pompa

Karışımda topakları önlemek için tel kafes

Karıştırıcının üstten görünüşü

Kürek şeklinde kanatlar

Kürek şeklinde kanatlar

Kolloidal Karıştırıcı Lastik Kanatlı Karıştırıcı – Pompa Birleşimi

Düşey Hareketli Kürek Şekilli Kanatlı Karıştırıcı

Yatay Hareketli Kürek Şekilli Kanatlı Karıştırıcı

Hazne içinde oluşan girdap


H.ÖZKAN,2006

172

Kürek şekilli kanatları olan karıştırıcılar yatay veya düşey hareketli olabilir. Bu tür karıştırıcılar diğerlerine göre daha düşük hızlara sahiptir (100 – 700 devir/dakika). Karıştırma zamanları yaklaşık 5 dakika olan bu tür karıştırıcılar düşük kaliteli enjeksiyon karışımlarının hazırlanmasında kullanılır. Karışımın içinde topak kalması olasılığı fazladır. Bu durumun önüne geçebilmek, hazne içinde topakları en aza indirgemek için, tel kafes bulunur.

Topak haldeki çimento gibi maddelerin taneciklerine ayrılması ve diğer maddeler ile homejen olarak karıştırılması, karışım içinde bulunan soğurulmuş gazların dışarı atılması, çimento enjeksiyonlarında her çimento taneciğinin su ile ıslatılması karıştırıcının görevleri arasındadır. İyi özelliklere sahip bir karıştırıcı, karıştırma işlemini 15 saniye gibi kısa bir sürede yapabilmelidir (Mining life,2003).

Çimento enjeksiyonlarında, su/çimento karışım oranlarına bağlı kalarak, su saati veya ölçülü tank yardımıyla karıştırıcıya öncelikle su konur ve çimonto ekleme öncesinde karıştırıcı en yüksek hızda döndürülür. Karıştırıcıya daha önce açılmamış çimento torbalarından belirli miktar çimento eklenir. Karıştırıcı bir kaç dakika çalıştırıldıktan sonra, enjeksiyon karışımı çalkalayıcılara aktarılmalıdır. Karıştırıcının enjeksiyon şerbeti ile uzun zaman çalıştırılması, enjeksiyon karışımına ısı aktarımını gerçekleştireceğinden, enjeksiyonun katılaşma zamanını istenmeyen bir şekilde kısaltacaktır.

Çimento enjeksiyonlarında, karıştırıcıların homojen şekilde ve tanecikleri askıda tutabilme yeteneklerinin kontrolü için zaman zaman karıştırıcı durdurularak haznesinin belirli derinliklerinden saydam kaplarla örnekler alınır ve karışımın renklerine bakılır. İyi karışım sağlanmış ise değişik derinliklerden alınan karışımlarda belirgin renk değişimleri olmaz. Saydam kaplarla alınan örneklerde yatay kuşak veya şerit halinde renk değişimi var ise, taneciklerin çökelimi sözkosudur. Yani karıştırıcı görevini yapamamaktadır. Bu durumda karıştırıcının dönüş hızları kontrol edilmelidir. Karışımın etkinliğinin denetlenmesi için diğer bir basit deney Şekil 9.3’de açıklanmıştır.

Şekil 9.3: Karıştırmanın verimliliği için yapılan deney (Houlsby, 1990)

Enjeksiyon vardiya değişimlerinde veya gün sonunda karıştırıcılar sadece su kullanılarak temizlenmelidir. Karıştırıcı haznesinde mili örtecek kadar yeterli su olmadığı zaman çalıştırılmamalıdır. Çimento enjeksiyonlarında kullanılan karıştırıcıların kapasiteleri 200 – 400 litre arasındadır (Craelius, 1990).

a) Derin olmayan kaba karıştırıcıdan alınan karışım doldurulur.

b) Karışım donunca kaptan çıkartılır ve kırılır.

c) Karışım kırık yüzeyi üniform ise iyi karışımdır.

c) Eğer karışım kırık yüzeyinde bandlar var ise kötü karışımdır.

2.5 cm


H.ÖZKAN, 2006

173

- Çalkayıcılar

Hazırlanmış olan enjeksiyon karışımlarında taneciklerin askıdaki (süspansiyon) durumlarını korumak için mekanik olarak karıştırıcı düzeneğe sahip silindirik tanklardır (Şekil 9.4). Çalkalayıcılar, karıştırıcı hacimlerine göre en az eşit veya daha büyük hacimde olmalıdır. Çimento enjeksiyonlarında kullanılan çalkalayıcıların kapasiteleri 400 – 700 litre arasındadır (Craelius, 1990). Çalkalayıcılar, kırıntı ve yabancı maddelerin enjeksiyon pompasına gitmesini önleyecek şekilde bir elek ile donatılmıştır. Bir deliğe veya enjeksiyon kademesine verilen enjeksiyon karışım hacmini ölçmek için bazı çalkalayıcılarda, litre cinsinden hacmi belirten bir eşel sistemi bulundurulur.

Çalkalayıcılarda, karıştırıcılarda olduğu gibi kanatların dönmesini sağlayan güç kaynağı, elektirikli, hidrolik veya havalı sistem olabilir. Çalkayıcıların dönme hızları karıştırıcılara göre daha yavaştır (~ 60– 100 devir/dakika). Dönüş hızının azaltılması bir dişli sistemiyle sağlanır. Geri dönüşlü enjeksiyon yönteminde, enjeksiyon deliğinden geri dönen enjeksiyon karışımı çalkalayıcılara aktarılır.

Şekil 9.4: Karıştırıcı (mikser) ve çalkalayıcı birleşimi

9.1.1. Kimyasal Enjeksiyonlarda Çalkalıyıcı ve Karıştırıcı Sistemleri

Kimyasal enjeksiyon uygulamalarında kullanılan karıştırıcı ve çalkalayıcılar, enjeksiyon karışımına giren maddelerle kimyasal tepkime yaratmayacak şekilde alüminyum, paslanmaz çelik, plastik veya plastik koruyuculu gibi maddeler kullanılarak üretilir. Karıştırıcı ve çalkalayıcı hazneleri, çimento enjeksiyonlarında kullanılanlara göre daha az kapasiteye sahiptir. Tankların sayısı ve düzeni, karışımın türüne ve enjeksiyon uygulama sistemine bağlıdır.

- Tekli tank sistemi

En basit enjeksiyon karıştırma sistemi olan tekli sistem daha çok çimento enjeksiyonu uygulamalarında kullanılmasına rağmen zaman zaman kimyasal enjesiyon uygulamalarında da kullanılır. Bu sistemde tüm karışım tepkime sağlayıcılarla birlikte tek bir tankda karıştırılır (Şekil 9.5). Ancak basitliğinin yanı sıra, jelleşme zamanındaki kısalmalar nedeniyle olumsuz yönü bulunmaktadır. Eğer enjeksiyon karışımı pompalama öncesinde kısa zamanda jelleşip donarsa, pompada, borularda ve vanalarda tıkanmalara yol açabilir.

Karıştırıcı ve çalkalayıcı birleşimi Craelius marka çalkalayıcı

Çalkalayıcı güç kaynağı

Karıştırıcı (mikser) Çalkalayıcı

Ölçülü su tankı

Karıştırıcı güç kaynağı


H.ÖZKAN,2006

174

- İkili tank sistemi

Bu sistemde, kimyasal enjeksiyon karışımına giren ana maddeler ile tepkime sağlayıcıların ayrı iki tankda bulunması sistemin en olumlu yönüdür (Şekil 9.5). Böylece karıştırıcı içinde katılaşmanın önüne geçilmiş olur. Vana sistemi yardımıyla, asıl maddeler ve tepkime sağlayıcılar belirli oranlarda bu iki tankdan akacak şekilde ayarlanır ve birlikte pompaya gönderilir. Pompaya gelmeden hemen önce boruda ve sonrasında pompalamada karışım başlar. Pompalama işlemi için geçen zaman jelleşme zamanına bağlıdır. Bu jelleşme zamanı, kimyasalları üreten firma tarafından belirtilir ya da arazide enjeksiyon laboratuvarında belirlenir.

Şekil 9.5: ChemGrout marka karıştırıştırıcılar ve tank sistemleri

- Eşit hacimli tank sistemi

Eşit hacimli tank sistemi ikili tank sisteminin değişik uygulamasıdır. Bu sistemde, her iki tankda eşit özellikde pompalar bulunmakta ve pompalar ortak çalıştırılmaktadır. Her tankdaki kimyasal bileşenler tasarlanan konsantrasyona göre iki kez karıştırılır. Bu sistemde tanklar eşit hacimli olduğundan, oranların ölçülmesinde hata yapma olasılığı azalmaktadır. Tankların içine konulacak olan enjeksiyon bileşenlerinin konsantrasyon değerleri (miktarları) standart olarak üretici firma tarafından önceden belirlenir.

9.2. Enjeksiyon Pompaları

Enjeksiyon pompaları, uygulanacak enjeksiyon işlerine göre çeşitli çalışma basıncına sahip, çimento yanında, orta ve kaba boyuttaki (1-8 mm) kumlu karışımları da basabilecek kapasitede basınç ve akım özelliklerini taşıyan pompalardır. Enjeksiyon işlerinde işin niteliğine ve ortamına göre yaygın olarak pistonlu ve helozonik pompalar kullanılır.

- Pistonlu Pompalar

Diğer pompa türlerine göre hacim ve basınç kontrolü iyi olan pistonlu pompalar, tek veya çift silindirli olabilmektedir (Şekil 9.6, 9.7). Pistonların hareketi elektirik, hava ve dizel yakıt ile çalışan güç kaynağı tarafından sağlanır. Güvenlik açısından, sağlık yönünden ve boyutlarının küçük olması nedeniyle hava güç kaynağı ile çalışan pistonlu pompa türü, tünel ve şaft gibi kapalı alanlarda yapılan enjeksiyon uygulamalarında yeğlenir.

Model : CG-500 (Hava güç kaynaklı – Eşit hacimli ikili tank sistemi)

Model : CG-680 (Hidrolik güç kaynaklı – Tekli tank sistemi ve çalkalayıcı

Karıştırıcı -1 Karıştırıcı -2

Helozonik Pompa

Karıştırıcı

Helozonik Pompa

Çalkalıyıcı


H.ÖZKAN, 2006

175

Şekil 9.6: ZBA model pistonlu enjeksiyon pompası ve basınç-akım özellikleri (Craelius,1990)

Şekil 9.7: ZBE-02 model pistonlu enjeksiyon pompası ve basınç-akım özellikleri (Craelius,1990)

Pistonlu pompalarda, pistonun geri çıkış hareketinde, enjeksiyon karışımı pompa silindirine çekilir ve pistonun ileri gidiş hareketinde ise silindirdeki enjeksiyon hortuma basılır. Silindir giriş ve çıkışları vana ile kontrol edilmektedir. Çizelge 9.1’de enjeksiyon uygulamalarında kullanılan pistonlu pompaların diğer pompalara göre olumlu ve olumsuz yönleri verilmiştir.

- Helozonik rotorlu (eksantrik milli) pompalar

Helozonik pompalarda sabit (stator) ve hareketli (rotor) iki ana kısım bulunmaktadır. Bunlardan çelikten yapılmış olan sabit (stator) kısım dairesel kesitli spiral şeklinde boşluk içermektedir. Bu spiral şekilli boşluk içinde eksantrik dişliler yardımıyla dönen rotor boşluğa gelen enjeksiyonu helozonik yapısı ile ileri doğru belirli bir basınç ve hacimle taşır (Şekil 9.8). Helezonik rotorda hareket eksantrik dişliler yardımıyla sürekli ileri doğru olduğundan, pistonlu pompalarda görülen titreme ve sarsıntı olayları bu tür pompalarda gözlenmez.

Kimyasal enjeksiyon uygulamalarında jelleşme zamanına bağlı olarak helozonik rotorlu pompaların dönüş hızları vites sistemine bağlı dişliler yardımıyla kolaylılıkla ayarlanabilir. Çizelge 9.2’de enjeksiyon uygulamalarında kullanılan helezonik rotorlu pompaların olumlu ve

B C

50

40

30

20

10

0 0 20 40 60 80 100 120 140

D

Akım (litre/dakika)

60

Basınç (bar)

A A – 80 mm çift silindirli B – 110 mm çift silindirli C – 80 mm tek silindirli D – 110 mm tek silindirli

Model : ZBA (Hava güç kaynaklı)

Akım (litre/dakika)

80

60

40

20

120 100 80 60 40 20

0

0

100 Basınç (bar) Model : ZBE-02 (Elektirik güç kaynaklı)


H.ÖZKAN,2006

176

olumsuz yönleri verilmiştir.

Çizelge 9.1: Pistonlu pompaların olumlu ve olumsuz yönleri (Mining Life, 2003)

Şekil 9.8: Helezonik rotorlu (eksantrik milli) pompa (Craelius,1990)

Çizelge 9.2: Helezonik rotorlu pompaların olumlu ve olumsuz yönleri (Mining Life, 2003)

Olumlu Yönleri Olumsuz Yönleri - Diğer pompalara göre ucuzluğu, - Kolaylıkla temizlenmesi, - Yüksek basınçlar elde edilmesi

(yaklaşık 70 bar’a kadar), - Parçalarının kolay takılıp

sökülebilmesi ve tamirinin kolay olması ve

- Pistonların hareketi elektirik, hava ve dizel yakıt ile sağlanmasıdır.

- Kontrol vanalarında ve contalarında sık sık arıza vermeleri, - Çalışma anında titremelerinden dolayı, üzerinde bulunan

monometreden basınçların izlenmesinin güç olmasıdır.

Olumlu Yönleri Olumsuz Yönleri - Yüksek hacimli enjeksiyon

uygulamalarında kullanışlılığı, - Sabit basınç sağlaması, - Pompada titreme ve sarsıntı

olmaması, - Ard arda seri pompa bağlantıları ile

basıncın yükseltilebilmesi, - Dönme hızlarının ayarlanabilmesi ve - Pistonların hareketi elektirik, hava ve

dizel yakıt ile sağlanmasıdır.

- Pistonlu pompalara göre parçalalarının zor takılıp

sökülmesi, - Pistonlu pompalara göre daha pahalı olması ve - Düşük basınçlar (15-20 bar) elde edilmesidir.

Sabit kısım (Stator)

Hareketli kısım (Rotor)

Boşaltım tıpası

Rod Motor gövdesi Hareket mili


H.ÖZKAN, 2006

177

9.2.1. Kimyasal Enjeksiyonlarda Pompa Sistemleri

- Değişken hacimli (oranlı) pompa sistemleri

Kimyasal enjeksiyonlarda bu sistem jelleşme zamanının, pompalama hızının ve basıncın zaman içinde değiştirilmesi için kullanılır (Şekil 9.9). Bu sistemde, uygulama boyunca çözelti bileşenlerinin miktarları veya konsantrasyon ayarlanması ihtiyacı ortadan kalkmaktadır.

Değişken hızlı motor kullanılması ile karışımın son durumundaki temel konsantrasyon değeri çok fazla değişmeden jelleşme zamanı değiştirilebilir ve jelleşme zamanı değiştirilmeden pompalanan toplam enjeksiyon hacmi değeri değiştirilebilir.

Şekil 9.9: Değişken hacimli (oranlı) pompa sistemi (CECW-EG, 1995’den uyarlanmıştır)

- Basınçsız, serbest beslemeli iki karıştırıcılı pompa sistemi

Bu sistemde, jelleşme zamanı önceden belirlenir ve tüm çalışma boyunca bu jelleşme zamanı geçerli olur. Yani bu sistemde (Şekil 9.10) jelleşme zamanı değiştirilemez veya kontrol edilemez. Eğer çalışma sırasında jelleşme zamanının değiştirilmesi gerekli ise, bu durumda karıştırıcı tanklarına önceden belirlenen oranlarda tepkime sağlayıcıların ve tepkime hızlandırıcıların katılması gerekir.

Karıştırıcıların tankları, eşit hacimli ve aynı olmalıdır. Her iki karıştırıcıda da aynı bileşenler aynı hacimde bulunmalıdır. Karıştırıcıdan çıkan enjeksiyon, çalkalayıcının tankına gelir ve burada yeniden karışır. Çalkalayıcının vanası ile kontrollü olarak enjeksiyon karışımı ile pompa beslenir.

Değişken hızlı motor

Karışım noktası

Enjeksiyon hattı

Helezonik rotorlu pompa No:1

Helezonik rotorlu pompa No:2

Karıştırıcı (1)



H.ÖZKAN,2006

178

Şekil 9.10: Serbest beslemeli, iki karıştırıcılı pompa sistemi (CECW-EG,1995’den)

- Tek pompa sistemi

Bu sistemde tüm enjeksiyon bileşenleri bir tankda karıştırılır (Şekil 9.11). Tek pompa ve tank sistemininde üç ana sınırlama bulunmaktadır. Bunlar,

a) Diğer sistemlerde olduğu gibi iki yerine tek karıştırıcı tank bulunması nedeniyle jelleşme zamanı boyunca tüm sistem çalışmalıdır. Sistemde arıza olması durumunda yedek olarak çalıştırılabilecek pompa veya karıştırıcı bulunmadığından dolayı hatlarda, vanalarda, pompada enjeksiyonun katılaşması nedeniyle tıkanıklıklar olabilir.

b) Pompalama zamanı boyunca jelleşme zamanında değişimler olabilmektedir.

c) Küçük işler dışında bu sistem kısa jelleşme zamanı olan karışımların enjeksiyonunda kullanılmamalıdır.

Şekil 9.11: Tek pompa sistemi (CECW-EG, 1995’den uyarlanmıştır)

9.3. Tıkaçlar (Paker)

Enjeksiyon delgilerinde kademeli enjeksiyon işlerinin yapılabilmesi için tıkaçlarlar kullanılır. Mekanik yolla genişleyen veya hava – sıvı yardımıyla şişirilebilen lastiğin / lastiklerin yardımıyla tıkaç kuyu içine sıkıca tutturulur. Bu lastik / lastikler yardımıyla enjeksiyon işlemininin yapıldığı kademenin diğer kademe ile bağlantısı kesilmiş olur. Böylece sadece o kademede enjeksiyon işlemi gerçekleştirilir. Enjeksiyon çalışmalarında iki tür tıkaç (paker) kullanılır.

Enjeksiyon hattı

Helezonik rotorlu pompa


Enjeksiyon hattı

Helezonik rotorlu pompa



Çalkayıcı


H.ÖZKAN, 2006

179

- Mekanik tıkaç

Vida sistemine sahip iç içe geçmiş iki kısımdan oluşmaktadır. İçteki dişli boruya bağlı vidanın sıkıştırılmasıyla dış boru üzerinde bulunan lastik daralarak kuyu çeperlerine yapışır (Şekil 9.12). Mekanik tıkaç tünellerde dolgu (kontak ) enjeksiyonları ile perde ve sağlamlaştırma enjeksiyonlarında yüzeyden itibaren ilk kademelerinin enjeksiyonları için kullanılır. Standart olarak 11/2, 13/4, 2, 21/2 ve 3 inç çaplarında bulunur. Uzunlukları değişken olabilir (ChemGrout,2002).

- Şişirilen tıkaç

Enjeksiyon borusuna monte edilen lastiğin ince plastik boru yardımıyla basınçlı su veya basınçlı hava/gaz ile şişirilerek kuyu cidarlarına yapışması ile enjeksiyon uygulanan kademenin üst ve alt kademelerle olan bağlantısının kesilmesi sağlanır. Derin kuyularda enjeksiyon borularına bağlanarak indirilir ve enjeksiyon kademesine kolaylıkla monte edilebilir. Tek lastikli ve çift lastikli türleri bulunmaktadır. Tek lastikli olan tür aşağıdan yukarıya doğru enjeksiyon yönteminde daha çok kullanılır.

Şekil 9.12: Mekanik tıkaç

Şişebilen tıkaçlarda enjeksiyon karışımı, tıkaç lastiğinin altından, enjeksiyon borusu içinden verilir. Çift lastikli olanında ise enjeksiyon, iki lastik arasında kalan sistematik olarak delinmiş borudan verilir (Şekil 9.13). Şişebilen tıkaçlar mekanik tıkaçlara göre daha pahalıdır .

Şekil 9.13: Şişirilen çift lastikli tıkaç

Tıkaçlarda şişen lastiğin/lastiklerin içindeki hava veya sıvı basıncı enjeksiyon basıncından büyük olmalıdır. Bimbar marka tıkaçlar, özel durum olmadığı zaman dış çapları 28 mm’den 170 mm’ye kadar değişen 9 değişik dış çaplarda üretilmektedir (Geopro, 2004). Çizelge 9.3’de enjeksiyon delik çaplarına göre kullanılan Bimbar marka tıkaçların dış çap ölçüleri ile lastik şişirilme için en yüksek basınçlar verilmiştir. Lastiklerin şişirilmesinde genellikle basınçlı su kullanılmaktadır. Düşük hava sıcaklıklarında donmaya karşı, şişirme işleminde kullanılan suya anti-friz (glikol) katılabilir.

Şişirme için su kullanılması, kirletici özelliğinin bulunmaması ve lastiklere olabilecek zararların en aza indirilmesi açısından en uygun olanıdır. Suyun dışında lastik şişirilme işlemi için basınçlı hava veya nitrojen gibi gazlar kullanılabilir. Gazların kullanılması durumunda işlem daha kısa sürmekte ve gazın kaynağından kuyu içindeki lastiğe iletilmesi için kullanılan boru sistemi ve diğer ekipmanların boyutları, su kullanılmasına göre daha küçüktür. Buna rağmen gaz basınçlarının iyi kontrol edilmemesi gibi nedenlerden dolayı lastiğin patlaması gibi sorunlarla karşılaşılabilir.


H.ÖZKAN,2006

180

Çizelge 9.3: Bimbar marka tıkaçların yüksek şişirilme basınçları (Geopro, 2004)

Çaplar (mm) Delik çaplarına göre en yüksek lastik dayanım basınçları (bar)

28 120 90 70 50

30 120 90 70 50

42 135 110 90 75 60 50 40 35 30 25

56 125 105 90 80 65 50 40 35 30 20 15

72 100 85 70 55 50 45 40 35 30 25 15 10

85 120 110 100 100 90 70 50 40 30 20 15

Tıka

çlar

102 130 110 90 70 50 40 35 30 15

Enj. Delgisi 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 120 130 140 150 160 170 180 190

130 75 65 55 50 45 40 35 30 25 25 20

Tıka

çlar

170 60 55 50 45 40 40 35 30 30 25 25 20 20 15 15 15

Enj. Delgisi 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330

9.3.1. Tıkaçlarda Uygun Lastik Basınçlarının Hesaplanması

Gaz kullanılması durumunda:

Şişirme için minimum gaz basıncı (MGB) = (DÇB) + (SB) + (MEB)’dir. Burada;

DÇB = Delik çapına kadar lastiğin şişirilmesi için gerekli basınç (bar),

SB = Üretici firma tarafından önerilen tıkacı kuyuya sabitleme basıncı (bar),

MEB = En yüksek enjeksiyon basıncı (bar)’dır.

DÇB değeri, tıkaçların basınca karşılık lastik çapındaki değişimine (mm) göre hazırlanmış eğrilerden bulunur. Bu eğriler üretici firma tarafından hazırlanır. Ancak bu değerin bulunması için, enjeksiyon çalışmasının yapıldığı yerde, dış ortamda lastiğin şişirilerek ölçülerin yapılması ve basınç (bar) - şişme kapasitesi (mm) eğrisinin hazırlanması daha yerinde olacaktır.

Tıkacı kuyuya sabitleme basıncı (SB) değeri olarak genelde, en yüksek enjeksiyon basıncının (MEB) %15’i kadar alınır (Geopro, 2004).

En yüksek enjeksiyon basıncı (MEB), yüzeydeki manometreden okunan basınç olmayıp tıkaçtaki enjeksiyon basıncıdır. Buna göre;

Tıkaçtaki en yüksek enjeksiyon basıncı (MEB) = [(H / 10) x GS]+[YPB] – [h /10]’dir. Burada;

H = Tıkacın kuyuda bağlandığı derinlik (m),

GS = Enjeksiyon karışımının özgül ağırlığı,

YPB = Yüzeyde (pompa) enjeksiyon basıncı (bar),

h = Yeraltısuyu ile tıkaç arasındaki uzaklık (m)’dır.


H.ÖZKAN, 2006

181

Önerilen lastik şişirme gaz basıncı (ÖGB) = (MGB) x (GK)

GK = Tıkacın kuyuya tam olarak bağlanmasının garanti edilmesi için kullanılan güvenlik katsayısı. (Güvenlik katsayısı 1.3 olarak alınır) (Geopro, 2004).

Önerilen gaz basıncından elde edilen değer bir üst değere tamamlanır ve Çizelge 9.3’de verilen Bimbar marka tıkaçların en yüksek lastik basınç dayanım kapasitesi değerlere göre basınç kontrolü yapılır. Çizelgede basınç değeri, hesaplanan önerilen lastik şişirme basıncından büyük ise bulunan basınç değeri kullanılarak çalışmalara devam edilir. Tıkaç üreticileri, tıkaçların özelliklerini Çizelge 9.3’de verilen değerlere benzer şekilde vermektedir.

Su kullanılması durumunda:

Şişirme için minimum su basıncı (MSB) = (DÇB) + (SB) + (MEB) - (H / 10) ’dir. Burada;

DÇB = Delik çapına kadar lastiğin şişirilmesi için gerekli basınç (bar)

SB = Üretici firma tarafından önerilen tıkacı kuyuya sabitleme basıncı (bar)

MEB = En yüksek enjeksiyon basıncı (bar)

H = Tıkacın kuyuda bağlandığı derinlik (m)’dir.

Aynı şekilde bulunan su basıncı değeri gaz basınçlarının değerlendirilmesinde olduğu gibi Çizelge 9.3 kullanılarak gerçekleştirilir.

9.4. Diğer Enjeksiyon Donamımları

- Enjeksiyon hortumları

Kullanılacak enjeksiyon hortumları, o işte uygulanacak veya daha yüksek enjeksiyon basınçlarına dayanabilecek sağlamlıkta ve iç çapı enaz 2.54 cm olan hortumlardır (Şekil 9.14). Ağır çalışma koşullarından dolayı enjeksiyon hortumları aşınmaya karşı koruyucu madde ile kaplanmıştır. Hortumların başında ve sonunda diğer hortum veya borulara hızlı bir şekilde bağlantı yapılabilmeyi sağlayan başlıklarla donanımlıdır. Standart olarak in 1, 1¼, 1½ ve 2 inç iç çaplarında üretilir. Çalışma basınçları 35–70 kg/cm2 olabilir (ChemGrout,2002).

Şekil 9.14: Enjeksiyon hortumu

- Enjeksiyon iletim boruları

Enjeksiyonlarda karışımının hazırlandığı yerden kuyu başı manometresine kadar, enjeksiyon karışımının gidiş ve dönüşü için enaz bir inçlik (2.54 cm ) galvanizli veya siyah demir borular kullanılmalıdır. Bu borular ve bağlantı noktaları enjeksiyon basıncının en az iki katı kadar basınça dayanıklı olmalıdır (Mining Life, 2003).


H.ÖZKAN,2006

182

- Basınçölçer (Manometre)

Uygulanacak enjeksiyon işlerine göre çeşitli kapasitede ve yağ içinde çalışan bir alettir (Şekil 9.15). Kullanılacak bütün manometrelerin doğruluğunu, ayrıca tamir edilen manometrelerin kontrolu için özenle ayarlanmış olan hassas bir kontrol manometresi bulundurulmalıdır.

Enjeksiyonda çalışacak manometreler içi yağ dolu ve özel diyafram içeren manometre koruyucusu ile donatılmıştır. 1 ve 1¼ inç iç çapında hortumlara veya borulara bağlanabilecek şekilde ve değişken basınç değerlerine göre üretilir (ChemGrout, 2002). Basınç ölçerlerin (manometrelerin) kayıt yapabilen tipleri de bulunmaktadır. Kayıt edici özelliği olan basınç ölçerler, enjeksiyonun başarısının kontrolünü kolaylaştır (Şekil 9.16).

Ayrıca enjeksiyonun hem basıncını hem de enjeksiyon alış miktarını litre/dakika cinsinden ölçerek kayıt edebilme özelliğine sahip olan aletler de bulunmaktadır.

Şekil 9.15: Basınç ölçer (Manometre)

Şekil 9.16: Kayıt edici basınç ölçerler

- Su Saatleri

Karışım oranlarında kullanılacak su miktarını ve basınçlı su deneyinde su kaçak miktarlarını litre derecesinde duyarlılıkla ölçebilecek tipte ve 1 litrelik gösterge numaraları bulunan su saatleridir (Şekil 9.17). Yapılan işin özelliklerine uygun kalitede ve kapasitede vanalar, çekvalfler ve diğer bağlantılar kullanılmalıdır.

1 – Kayıt edici basınç ölçer (manometre) 2 – Enjeksiyon basıncını ve enjeksiyon alış miktarını ölçen ve kayıt eden alet 3 – Disk yazıcılı enjeksiyon basınç kayıt örneği

1

2

3


H.ÖZKAN, 2006

183

Şekil 9.17: Enjeksiyonda kullanılan çeşitli su saatleri (ChemGrout, 2002 ve Craelius,1990)

- Haberleşme Sistemi

Enjeksiyon uygulamalarının düzenli ve hızlı bir şekilde yürüyebilmesi için çalışma noktaları ile enjeksiyon santrali arasında birer ışık ve ses ikazlı telefon, telsiz gibi haberleşme sistemleri olmalıdır.

- Hareketli Servis Araçları

Özellikle tünellerde enjeksiyon çalışmalarının kısa ve hızlı bir şekilde yapılabilmesi için hareketli enjeksiyon işlemi için donanımlı araçlar ve platformlar kullanılabilir. Şekil 9.18’de bu amaçlara hizmet eden araçlardan bazıları görülmektedir. Şekil 9.19’da Kızılcapınar Barajı (Kdz. Ereğli, Zonguldak) sol yaka yamaçlarında enjeksiyon perdesi delgilerinin yapılabilmesi için kullanılan, ray üzerinde kendini çekebilen vinçli platform görülmektedir. Platform delgi yerine kendini çektikten sonra, kayaya yapılan ankrajlara bağlanmıştır. Bu düzenek ile enjeksiyon çalışmalarına hız kazandırılmıştır (Özkan, 1994). Şekil 9.20'de bir çimento enjeksiyon istasyonunu ve Şekil 9.21’de ise çimento enjeksiyonu donanımlarının bağlantı sırası verilmiştir.

Şekil 9.18: Enjeksiyon işlemi için donanımlı hareketli servis araçları (GIA, 2003)


H.ÖZKAN,2006

184

Şekil 9.19: Vinç donanımlı raylı sistemde hareketli platform (Özkan, 1994)

Şekil 9.20: Çimento enjeksiyon istasyonu (Craelius,1990)

2

5

4

3

1

6

1: Çimento silosu 2: Bentonit silosu 3: Karıştırıcılar (mikser) 4: Çalkalayıcı 5: Enjeksiyon pompaları 6: Kumanda ve kontrol panosu


H.ÖZKAN, 2006

185

Şekil 9.21: Enjeksiyon donamımlarının bağlantı sırası (Craelius,1990)

Karıştırıcı (Mikser)

Enjeksiyon Hortumu veya Borusu

Manometre

Enjeksiyon Pompası

Kayıt Edici Basınç Ölçer

Enjeksiyon Delgisinde Tıkaça (Pakere)

Ölçülü Su Deposu

Su Saati

Çalkalayıcı

Vanalar

Enjeksiyon Hortumu veya Borusu

Basınçlı Su Deneyi Seti


H.ÖZKAN,2006

186

BÖLÜM 10

10. ENJEKSİYON İŞLERİNDE KAYITLAR VE KONTROL

Yapılan her teknik işte olduğu gibi enjeksiyon işlerinde de izleme ve kontrol için kayıt tutulur. Enjeksiyon çalışmalarının kapsamında yer alan delgi, basınçlı su testi ve enjeksiyon vb. çalışmalarının kayıtları, işlerin kontrolü ve ödemelere temel olacak şekilde düzenlenir. Bu bölümde bu kayıtların tutulması sırasında oluşturulacak log ve günlük raporların örnek çizelgeleri verilmiştir (Çizelge 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5, 10.6 ve 10.7). Bu çizelgelerde, işin kapsamına yönelik ekleme veya çıkarma yapılabilir. Baraj yeri enjeksiyon çalışmalarına örnek olan bu çizelgelerinin değerlendirilmesi ile aylık delgi, basınçlı su deneyi ve enjeksiyon işleri raporları (aylık icmal çizelgeleri) oluşturulur. Bu raporlardan birim fiyat tariflerine göre hazırlanan ve her işin tarifine uygun şekilde düzenlenen çizelgelerin (aylık ataşman çizelgeleri) sonuçlarında bulunan toplam iş durumuna göre ödeme yapılır.

Diğer bir konu da yapılan çalışmanın eksiksiz ve başarılı yapılabilmesi için iş izleme grafiklerinin oluşturulmasıdır. Bunun için barajlarda Şekil 10.1’deki gibi şeritsel bir grafik hazırlanabilir. Bu grafik, kademe boylarına göre bölümlendirilir ve enjeksiyonda katı madde alışlarını gösterecek şekilde, Bölüm 7, Çizelge 7.1’de belirtildiği üzere boyanır. Bu şekilde kademe enjeksiyon alışları birlikte gözlenebilir ve değerlendirilebilir. Aynı şekilde tünel ve galeri enjeksiyonları için buna benzer bir grafik hazırlanabilir. Ayrıca bir ölçekli plan üzerinde, türlerine göre enjeksiyon delgileri (birincil, ikincil, üçüncül gibi) içi boş daire, kare, üçgen gibi simgelerle gösterilerek, enjeksiyon çalışması biten delgilerin simgeleri boyanarak işin devamlılığı izlenebilir.

Del

gi N

o /

Der

inlik

(m)

PB

-010

2

PD

-010

5

PC

-010

8

PD

-011

1

PA

-011

4

PD

-011

7

PC

-012

0

PD

-012

3

PB

-012

6

PD

-012

9

PC

-013

1

PD

-013

4

PA

-013

7

5

20 15 15 10 10 15 10 15 15 10 15 10 10

10

10 20 31 31 31 41 15 20 61

124 61 41 20

15

20 51 20 31 20 20 20 85 41 51 71 15 15

20

15 61 20 15 20 20 71 41 41 20 51 20 10

25

10 15 5 15 10 61 41 31 20 20 31 10 51

30

5 10 15 10 82 51 31 20 20 20 20 5 61

Şekil 10.1: Perde enjeksiyonu alış izleme grafiği

.................... PROJESİ

....................... BARAJI PERDE ENJEKSİYONU İZLEME GRAFİĞİ

KM : 0+102 – 0+137 ARASI

0+0

00

0+0

50

0+1

00

0+1

50

0+2

63

0+2

00

NOT : KADEME BOYU 5 METREDİR. KADEMELERDEKİ ENJEKSİYON ALIŞLARI O KADEMEDE METRE BAŞINA GİDEN KATI MADDE MİKTARINI BELİRTİR.


H.ÖZKAN, 2006

187

Çizelge 10.1: Zemin sondaj logu örneği

PROJE ADI : ................................................. SONDAJ NO : SK - 3

( Firmanın adı ve/

veya amblemi) ZEMİN SONDAJ LOGU SAYFA NO : 1 / 1

YÜKLENİCİ : BAŞLAMA TARİHİ : 20.06.2004 YERALTISUYU DURUMU

SONDAJ YERİ : SOL YAKA / DÜŞEY ve KONUMU BİTİŞ TARİHİ : 21.06.2004 DERİNLİK

(m) TARİH SAAT AÇIKLAMA

MAKİNE TİPİ : CREALLIUS N-S (x) : 4 536 436 4.80 21.06.2004 8.45

SONDAJ YÖNTEMİ : ROTARY KOORDİNAT

E-W (Y) : 406 709 4.90 22.06.2004 9.00

DERİNLİK : 10.00 m ZEMİN KOTU : 29.90 m 4.80 23.06.2004 10.30

SPT 15 cm için

darbe sayısı (adet)

SPT GRAFİĞİ

SO

ND

AJ D

ERİN

LİĞ

İ (m

)

MU

HA

FAZA

BO

RU

SU

(m

)

ÖR

NE

K N

O

ÖR

NE

K D

ER

İNLİ

Ğİ (

m)

ÖR

NE

K Tİ

Pİ

15 30 45 10 20 30 40 50 İLER

LEM

E /Ö

RN

EK B

OYU

(cm

)

ZEM

İN G

RU

P S

EM

BO

LÜ

ZEM

İN P

RO

FİLİ

ZEMİN TANIMLAMASI

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

NW

8.50

4

12

16

13

18

14

5

15

21

20

22

21

6

18

22

17

29

18

45/40

45/45

45/37

45/42

45/40

45/45

CH

SC

CL

Bitkisel toprak Kırmızımsı kahverenkli, yağlı ve parlak, yumuşak – orta katı, yüksek plastisiteli KİL Gri renkli, gevşek – orta sıkı, %10 – 15 ince çakıl içeren killi KUM Sarımsı kahverenkli, yumuşak – orta katı, orta plastisiteli, ince kum içeren siltli KİL

ZEMİN DEĞERLENDİRMESİ SONDÖR : KONTROL :

İNCE TANELİ ZEMİN İRİ TANELİ ZEMİN

N : 0 – 2 N : 3 – 4 N : 5 – 8 N : 9 – 15 N : 16 – 30 N : > 30

ÇOK YUMUŞAK YUMUŞAK ORTA KATI KATI ÇOK KATI SERT

N : 0 – 4 N : 5 – 10 N : 11 – 30 N : 31 – 50 N : > 50

ÇOK GEVŞEK GEVŞEK ORTA SIKI SIKI ÇOK SIKI LOGU YAPAN : ONAY :

PLASTİSİTE ÖRNEK ALMA TİPİ PI : 1 – 5 PI : 5 – 10 PI : 10 – 20 PI : 20 – 40 PI : > 40

ÇOK DÜŞÜK DÜŞÜK ORTA YÜKSEK ÇOK YÜKSEK

SPT SH R D

Standart Penetrasyon Deneyi Şelbi Tüpü Ring Denison Karotiyeri

KUYU SONU 10.00 m

1 SPT 1.95 1.50

2 SPT 3.45 3.00

3 SPT 4.95 4.50

4 SPT 6.45 6.00

5 SPT 7.95 7.50

6 SPT 9.45 9.00

0.00 – 1.00 m

1.00 – 4.30 m

4.30 – 7.20 m

7.20 – 10.00 m


H.ÖZKAN,2006

188

Çizelge 10.2: Kaya sondaj logu örneği

PROJE ADI : .......................................................... SONDAJ NO : SK - 2

( Firmanın adı ve/

veya amblemi) KAYA SONDAJ LOGU SAYFA NO : 1 / 1

YÜKLENİCİ : BAŞLAMA TARİHİ : 24.06.2004 YERALTISUYU DURUMU

SONDAJ YERİ : SAĞ YAKA / DÜŞEY ve KONUMU BİTİŞ TARİHİ : 25.06.2004 Derinlik Tarih Saat Açıklama

MAKİNE TİPİ : CREALLIUS N-S (x) : 4 541 478 9.10 m 25.06.2004 8.45

SONDAJ YÖNTEMİ : ROTARY KOORDİNAT

E-W (Y) : 549 566 8.90 m 26.06.2004 9.00

DERİNLİK : 10.00 m ZEMİN KOTU : 113.00 m 9.00 m 27.06.2004 9.30

BASINÇLI SU DENEYİ SU DENEYİ YERİNDE ÖZELLİKLER

SO

ND

AJ D

ERİN

LİĞ

İ (m

)

GÜ

NLÜ

K İL

ERLE

ME

(m

) ve

KU

YU Ç

API v

e KE

SİC

İ UÇ

MU

HA

FAZA

BO

RU

SU

, Ç

İMEN

TOLA

MA

SO

ND

AJ S

UY

U K

AYB

I (%

) ve

REN

Gİ

BA

SIN

Ç (k

g/cm

2 )

1. B

EŞ

DAK

.’LIK

KA

YIP

(litr

e)

2. B

EŞ

DAK

.’LIK

KA

YIP

(litr

e)

TOP

LAM

KA

YIP

(itre

)

LUG

EON

DE

ĞER

İ

SU

KA

YBI

(litr

e)

PE

RM

EAB

İLİT

E –

K ,

(cm

/s)

KA

RO

T YÜ

ZDES

İ (%

)

RQ

D (%

)

ÇA

TLA

K SI

KLI

ĞI (

adet

/met

re)

AY

RIŞ

MA

DER

ECE

Sİ

DA

YAN

IM

Jeolojik KESİT

TANIMLAMA

- - - - - Bitkisel Toprak

2

90 30 12

W 2

-3

S 2

-3

2 205 201 406 > 25

- - 95 45 10 W 2

S 2

-3

2 4

63

64

65

63

128

127

6.2

100 72 5 W 2

S 4

2 4

46

54

38

49

84

103

7.7

100 85 5 W 1

S 4

-5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

76 m

m N

WM

Elm

as K

ron

89 mm

SO

ND

AJ

SUYU

GR

İ REN

KLİ

, %

20 K

AY

IPLA

DE

VA

M E

DİY

OR

.

2 4

33

39

37

28

70

67

2.9

100 90 4 W 1

S 5

Beyazımsı gri renkli, az ayrışmış – taze, az çatlaklı, dayanımlı KİREÇTAŞI

DEĞERLENDİRMELER KONTROL :

GEÇİRİMLİLİK (lugeon) KAYA KALİTE TANIMI (RQD) DAYANIM

< 1 1 – 5 5 – 25 > 25

Geçirimsiz Az Geçirimli Geçirimli Çok geçirimli

0 – 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100

Çok zayıf Zayıf Orta İyi Çok iyi

S1 S2 S3 S4 S5

Çok zayıf Zayıf Orta zayıf Orta dayanımlı Dayanımlı ONAY :

AYRIŞMA ÇATLAK SIKLIĞI (adet/metre) SONDÖR : W1

W2 W3 W4 W5

Taze (Ayrışmamış) Az ayrışmış Orta derecede Ayrış. Çok Ayrışmış Tamamen Ayrışmış

< 1 1 – 3 3 – 10 10 – 50 > 50

Masif Az çatlaklı – kırıklı Çatlaklı – Kırıklı Çok Çatlaklı – Kırıklı Parçalanmış

LOGU YAPAN :

0.00 – 0.50 m

Lastik tutmadı.


H.ÖZKAN, 2006

189

Çizelge 10.3: Basınçlı su deneyi raporu örneği

( Firmanın adı ve / veya amblemi)

................................................................ PROJESİ

BASINÇLI SU DENEYİ RAPORU

SONDAJ NO SK - 21 KUYUBAŞI MANOMETRE YÜKSEKLİĞİ 1.10 m

DENEYİN YAPILDIĞI KADEME 26.00 – 28.00 m KULLANILAN TİJ ÇAPI 76 mm

KADEME BOYU 2 m YERALTISUYU DÜZEYİ 6.70 m

TARİH 22.06.2004 KULLANILAN TIKAÇ (PAKER) TİPİ Wireline

SU SAATİ OKUMALARI

DENEY ÖNCESİ

DENEY SONRASI

BASINÇ (kg/cm2) İLK 5 DAKİKALIK SU KAYBI

İKİNCİ 5 DAKİKALIK SU

KAYBI

10 DAKİKALIK TOPLAM SU KAYBI

245129 245156 245156 245185

2 27 29 56

245185 245220 245220 245258

4 35 38 73

245285 245299 245299 245339

6 41 40 84

245339 245386 245386 245432

8 47 46 93

245432 245490 245490 245540

10 58 50 108

245540 245577 245577 245609

8 37 32 69

245609 245633 245633 245653

6 24 20 44

245653 245671 245671 245686

4 18 15 33

245686 245696 245696 245705

2 10 9 19

DENEYİ YAPAN: KONTROL : ONAY :

SU KAYBI, Q (litre/dakika)

BASINÇ, P (kg/cm2)

AÇIKLAMA : Düzenli (laminer) akım, sonra yüksek basınçla tıkanma

LUGEON DEĞERİ : 5.1

0

2

4

6

8

10

2 1 3 4 5 6 7 8 9 10


H.ÖZKAN,2006

190

Çizelge 10.4: Günlük enjeksiyon raporu örneği

TOP

LAM

(k

g)

154.

5

103

1030

1030

515

103

154.

5

Diğ

er

(kg)

- - - - - - -

Kum

(k

g)

- - - - - - -

TAR

İH

:

23.

06.2

004

İŞ Y

ER

İ

: G

övde

altı

/ K

apak

EN

JEK

SİY

ON

YÖ

NTE

Mİ

: Aş

ağıd

an y

ukar

ıya

ÇİM

ENTO

TİP

İ

: P

ortla

nd

Ben

toni

t (k

g)

4.5 3 30

30

15

3 4.5

KA

TI M

ADD

ELE

R

Çim

ento

(k

g)

150

100

1000

1000

500

100

150

Topl

am

Enj

eksi

yon

Hac

mi (

litre

)

504

336

3360

2360

680

336

504

Mik

ser

Ade

ti

3 2 20

20

10

2 3

Mik

ser

Hac

mi

(litre

)

168

168

168

118

68

168

Ben

toni

t (%

)

3 3 3 3 3 3 3

Man

omet

re

Bas

ıncı

(k

g/C

m2 )

0.8

2.5 4 4 4 6 7.5

Kar

ışım

O

ranı

(Ç

/S)

1 / 3

1 / 3

1 / 3

1 / 2

1 / 1

1 / 3

1 / 3

Biti

ş

15.4

0

14.4

0

11.2

0

12.4

0

13.4

0

9.55

9.15

......

......

......

......

......

......

......

......

......

......

.... P

RO

JESİ

G

ÜN

LÜK

EN

JEK

SİYO

N R

APO

RU

Zam

an (s

aat)

Baş

lam

a

14.5

5

14.0

5

10.1

0

11.2

5

12.4

5

9.30

8.30

‘e k

adar

5 10

15

15

15

20

25

Kad

eme

‘den

0 5 10

10

10

15

20

( Firm

anın

adı

ve/

vey

a am

blem

i)

Kuy

u N

o

K -1

Y

ÜKL

ENİC

İ :

K

ON

TRO

L :


H.ÖZKAN, 2006

191

Çizelge 10.5: Delgi raporu örneği

( Firmanın adı ve / veya amblemi)

...................................................... PROJESİ

GÜNLÜK DELGİ RAPORU TARİH : 23.06.2004

MAKİNA TÜRÜ : CREALLIUS ÇALIŞMA YERİ : PERDE ENJ. DELGİLERİ

KUYU DELGİ SÜRESİ DELGİ MİKTARI TEKRAR DELGİ

NO Eğim ‘den ‘e kadar ‘den ‘e kadar ‘den ‘e kadar DELGİ ÇAPI

KAYA / ZEMİN TÜRÜ

AÇIKLAMALAR

PA-0024 Düşey 9.30 17.30 23.00 37.00 - - 76 mm Andezit Sert Kaya



PC-0090 Düşey 19.30 23.30 13.00 20.00 - - 76 mm Andezit Sert Kaya


GÜNLÜK DELGİ MİKTARI : 49.00 GÜNLÜK TEKRAR DELGİ MİKTARI : -

YÜKLENİCİ : KONTROL :

Çizelge 10.6: Basınçlı su deneyi raporu örneği

( Firmanın adı ve /

veya amblemi)

...................................................... PROJESİ

GÜNLÜK BASINÇLI SU DENEYİ RAPORU TARİH : 23.06.2004

ÇALIŞMA YERİ : PERDE ENJ. ANO BAŞI DELGİLERİ KADEME BOYU : 2 m

KUYU KADEME 0 – 20 m arası 20 – 40 m arası 40 – 80 m arası

NO Eğim ‘den ‘e kadar Aşağıdan yukarıya

(adet)

Yukarıdan aşağıya (adet)

Aşağıdan yukarıya

(adet


Aşağıdan yukarıya

(adet


AÇIKLAMALAR

PA-0024 Düşey 22.00 36.00 - - - 7 - -

PA-0048 Düşey 0.00 10.00 - 5 - - - -

PA-0072 Düşey 0.00 14.00 - 7 - - - -

PA- 0120 Düşey 28.00 42.00 - - - 7 - -

TOPLAM : - 13 - 14 - -

YÜKLENİCİ : KONTROL :


H.ÖZKAN,2006

192

BÖLÜM 11

11. ÖLÇÜM BİRİMLERİ ÇEVRİM ÇİZELGELERİ

METRİK SİSTEMİN KATLARI VE ASKATLARI

Katlar Askatlar

E eksa (exa) 1018 d desi (deci) 10-1

P peta (peta) 1015 c santi (centi) 10-2

T tera (tera) 1012 m mili (milli) 10-3

G giga (giga) 109 µ mikro (micro) 10-6

M mega (mega) 106 n nano (nano) 10-9

k kilo (kilo) 103 p piko (pico) 10-12

h hekto (hecto) 102 f femto (femto) 10-15

da deka (deca) 10 a atto (atto) 10-18

UZUNLUK

1 m 1 cm 1 mm 1 mil 1 yd 1 ft 1 in

m 1 0.01 0.001 1609.4 0.9144 0.3048 0.0254

cm 100 1 0.1 1609.4x102 91.44 30.48 2.54

mm 1000 10 1 1609.4x103 914.4 304.8 25.4

mil 6.214x10-4 6.213x10-6 6.213x10-7 1 5.682x10-4 1.894x10-4 1.578x10-5

yd 1.0936 1.09x10-2 1.09x10-3 1760 1 0.3333 2.778x10-2

ft 3.281 3.28x10-2 3.28x10-3 5280 3 1 8.333x10-3

in 39.37 0.3937 0.03937 63360 36 12 1

ALAN

1 m2 1 cm2 1 mm2 1 mil2 1 acre 1 yd2 1 ft2 1 in2

m2 1 10-4 10-6 2.59x106 4046.873 0.8361274 9.29x10-2 6.45x10-4

cm2 104 1 10-2 2.59x1010 4.047x107 8361.274 929.03 6.4516

mm2 106 102 1 2.59x1012 4.047x109 836127.4 9.29x104 645.16

mil2 3.861x10-7 3.86x10-11 3.86x10-13 1 1.563x10-3 3.228x10-7 3.587x10-8 2.491x10-10

acre 2.471x10-4 2.47x10-8 2.47x10-10 639.96 1 2.066x10-4 2.296x10-5 1.594x10-7

yd2 1.196 1.196x10-4 1.196x10-4 3.097x106 4840 1 0.11111 7.716x10-4

ft2 10.764 1.076x10-3 1.076x10-5 2.788x107 43560 9 1 6.944x10-3

in2 1550 0.155 1.55x10-3 4.01x109 6.273x106 1296 144 1

1 hektar (ha) = 10000 m2 1 ar (dekametre kare) = 100 m2 1 dönüm (da) = 919.3 m2


H.ÖZKAN, 2006

193

HACİM

1 cm3 (ml)

1 dm3 (l)

1 m3 1 yd3 1 ft3 1 in3 1ABD

Galonu 1 İngiliz Galonu

cm3 (ml) 1 103 106 764554.9 28316.84 16.38706 3.785x103 4.546x103

dm3 (l) 10-3 1 103 764.555 28.32 0.01638 3.785412 4.546092

m3 10-6 10-3 1 0.7645 2.832x10-2 1.638x10-5 3.785x10-3 4.546x10-3

yd3 1.308x10-6 1.308x10-3 1.307951 1 3.704x10-2 2.143x10-3 4.951x10-3 5.946x10-3

ft3 3.531x10-5 3.531x10-2 35.31467 27 1 5.787x10-4 0.1337 0.1605437

in3 0.061 61.02 61023.74 46656 1728 1 231 277.4196 ABD Galonu

2.642x10-4 0.2642 264.17 201.974 7.48052 4.329x10-3 1 1.20095

İngiliz Galonu

2.199x10-4 0.2199 219.97 168.1785 6.22883 3.605x10-6 0.8326738 1

KÜTLE

1 g 1 kg 1 ton 1 ons 1 lb

(1pound) 1ABD Tonu 1 İngiliz Tonu

g 1 103 106 28.34952 453.5824 907.18x103 1016x103

kg 10-3 1 103 0.02834 0.4536 907.18 1016

ton 10-6 10-3 1 2.8349x10-5 0.453x10-4 0.90718 1.016

oz 3.527x10-

2 35.274 3.527x104 1 16 32000 35840

lb 2.204x10-

3 2.2046 2204 6.25x10-2 1 2000 2240

ABD Tonu

1.102x10-

6 1.102x10-3 1.102 3.125x10-5 5x10-4 1 1.12

İngiliz Tonu

9.842x10-

7 9.842x10-4 0.9842 2.79018x10-5 4.46x10-4 0.8928 1

YOĞUNLUK

1 ton/m3 1 g/cm3

1 Mg/m3 1 kg/m3 1 lb/ft3 1 lb/in3

1 ton/yd3 İngiliz

1 ton/yd3 ABD

ton/m3 g/cm3 Mg/m3

1 10-3 1.602x10-2 27.680 1.3289 1.1865

kg/m3 1000 1 16.019 27680 1.328x103 1.186x103

lb/ft3 62.4279 6.243x10-2 1 1.728 82.955 74.074

lb/in3 0.03613 3.613x10-5 5.787x10-4 1 4.801x10-2 5.787x10-4

ton/yd3 İngiliz

0.75247 7.525x10-4 1.205x10-2 0.75247 1 0.8929

ton/yd3 ABD

0.8428 8.428x10-4 1.35x10-2 0.8428 1.12 1

1 cm3 tatlı su = 0.909 g ( 60oF = 15.55 oC’de) 1 cm3 tatlı su = 0.998 g ( 20oF = -6.67 oC’de)

1 cm3 deniz suyu = 1.025 g (15 oC’de) 1 cm3 hava = 1.20x10-3 g ( 20oC ve 1 atm basınç)


H.ÖZKAN,2006

194

KUVVET ve AĞIRLIK

1 MN 1 kN 1 N 1 kgf 1 tonf 1 lbf

(1poundf) 1 din

MN 1 10-3 10-6 9.8066x10-6 9.964x10-3 4.448x10-6 10-11

kN 1000 1 10-3 9.8066x10-3 9.964 4.448x10-3 10-8

N 106 103 1 9.80665 9964 4.44822 10-5

kgf 1.0197x105 101.97 0.10197 1 1016 0.4536 1.019x10-6

tonf 100.4 0.1004 1.004x10-4 9.842x10-4 1 4.464x10-4 1.004x10-9 lbf (poundf)

2.2481x105 224.8089 0.2248089 2.204623 2240 1 2.2481x10-6

din 1011 108 105 980665 9.964x108 444822.5 1

PERMEABİLİTE

1 m/s 1 cm/s 1 m/yıl 1 Darcy 1 ft/yıl 1 ft/gün

m/s 1 0.01 3.169x10-8 9.66x10-6 9.658x10-9 3.527x10-6

cm/s 100 1 3.169x10-6 9.66x10-4 9.658x10-7 3.527x10-4

m/yıl 3.156x107 3.156x105 1 304 0.3048 111.33

Darcy 1.04x105 1.04x103 3.28x103 1 0.001 0.365

ft/yıl 1.035x108 1.035x106 3.281 1000 1 365.25

ft/gün 2.835x106 2.835x103 8.982x10-3 2.74 2.733x10-3 1

VERİM – DEBİ

1 m3/gün 1 l/s 1 ft3/s 1 yd3/s 1 Galon/dk ABD (GPM)

1 Galon/dk İngiliz (GPM)

m3/gün 1 86.4 2446.576 66057.54 5.451 6.5464

l/s 0.01157 1 28.317 764.555 0.0631 0.0758

ft3/s 4.087x10-4 0.0353 1 27 2.229x10-3 2.6758x10-3

yd3/s 1.514x10-5 1.308x10-3 0.037 1 8.252x10-5 9.91x10-5 Galon/dk ABD (GPM)

23.482 15.85 448.83 12118.44 1 1.201

Galon/dk İng. (GPM)

24.44 13.198 373.73 10090.71 0.8327 1

VİSKOZİTE

Dinamik (Mutlak) Viskozite

Ölçü birimi : din.s/cm2 = Poise = 100 cP (santipoise) 1cP= 10 Newton-saniye/m2 (N.s/m2) 1 Poise = 2.088x10-3 lb.s/ft2 = 1.0197x10-2 kg.s/m2

Suyun dinamik viskozitesi = 1.005 cP (20oC’de) = 1.124 cP (60oF, 15.55oC’de)

Kinematik viskozite, viskozite katsayısının akışkanın yoğunluğuna oranıdır.


H.ÖZKAN, 2006

195

BASINÇ, DAYANIM, ELASTİSİTE MODÜLÜ

1 MN/m2

(MPa) 1 kN/m2

(kPa) 1 kgf/cm2

(kp) 1 bar (106

din/cm2) 1 atm 1 mH2O 1 mmHg

(torr) 1 lbf/in2

(psi) 1 lbf/ft2

(psf)

MN/m2 (MPa)

1 0.001 9.80665x10-2 0.1 0.101335 9.788x10-3 1.3332x10-4 6.895x10-3 4.788x10-5

kN/m2 (kPa)

1000 1 98.0665 100 101.325 9.7885 0.1333224 6.895 4.788x10-2

kgf/cm2 (kp)

10.197 1.019x10-2 1 1.019716 1.033227 9.983x10-2 1.3595x10-3 7.031x10-2 4.8824x10-4

bar (106

din/cm2) 10 0.01 0.980665 1 1.01325 9.789x10-2 1.3332x10-3 6.8947x10-2 4.788x10-4

atm 9.869233 9.87x10-3 0.9678411 0.9869233 1 9.661x10-2 1.3157x10-2 6.8046x10-2 4.7254x10-4

mH2O 102.2 0.1022 10.017 10.215 10.351 1 1.362x10-2 0.7043 4.891x10-3

mmHg (torr)

7500.617 7.500617 735.5952 750.0617 760 73.424 1 51.71493 0.3591315

lbf/in2 (psi)

145.0377 0.1450377 14.22334 14.50377 14.69595 1.4198 1.9336x10-2 1 6.9444x10-3

lbf/ft2 (psf)

20885.43 20.88543 2048.161 2088.543 2116.217 204.45 2.784496 144 1

AÇI

1 Saniye 1 Dakika 1 Derece 1 Radyan 1 Grad 1 Devir

Saniye 1 60 3600 206264.8 3240 1296x103

Dakika 0.016667 1 60 3437.747 54 21600

Derece 2.77778x10-4 0.016667 1 57.29578 0.9 360

Radyan 4.8481x10-6 2.90888x10-4 0.01745329 1 0.01570796 6.283185

Grad 3.08642x10-4 0.01851852 1.111111 63.66198 1 400

Devir 7.71605x10-7 4.62963x10-5 2.77778x10-3 0.1591549 0.0025 1

ZAMAN

1 Saniye 1 Dakika 1 Saat 1 Gün 1 Hafta 1 Ay

(30 gün) Saniye 1 60 3600 86400 604800 2.592x106

Dakika 0.0166667 1 60 1440 10080 43200

Saat 2.77778x10-4 0.0166667 1 24 168 720

Gün 1.157407x10-5 6.94444x10-4 0.04166667 1 7 30

Hafta 1.653439x10-6 9.920635x10-5 5.952381x10-3 0.1428571 1 4.285714

Ay (30 gün) 3.858025X10-7 2.314815x10-5 1.388889x10-3 0.03333333 0.2333333 1

SICAKLIK

Santigrad (0C) =(5/9) x [(0F) – 32] Santigrad (0C) = (K) – 273.15

Fahrenheit (0F)= [(9/5) x (0C)] + 32 Fahrenheit (0F) = [(9/5) x (K)] – 459.67

Kelvin (0K)= (0C) + 273.15 Kelvin (0K)= (5/9) x [(0F) + 459.67]


H.ÖZKAN,2006

196

Dünyada kullanılan bir çok değişik ölçü sistemlerinin yanında, son yıllarda yeni metrik sistem yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. “Uluslararası Ölçü Sistemi (International System of Units)” olarak bilinen bu yeni sistem kısaca (SI) ile gösterilir. SI sistemi dünya üzerindeki ölçü birimlerinde standartı sağlamak amacıyla 1960 yılında II. Ağırlık ve Ölçüler Genel Kongresi’nde önerilmiş olup, son yıllarda teknik eserlerde bu sistemin benimsendiği gözlenmektedir (Şekercioğlu, 1998). Aşağıda mühendislik alanında sıkça kullanılan bazı metrik büyüklüklerin SI birimlerine çevirme çizelgesi verilmiştir.

SIK KULLANILAN METRİK BİRİMLERİN (SI ) BİRİMLERİNE ÇEVRİLMESİ

Metrik birimler SI birimleri BÜYÜKLÜK Boyut Birim

Çevirme Katsayısı Birim Boyut

Birim ağırlık FL-3 1 kgf/cm3 1 gf/cm3

1 tonf/m3

9.81 9.81 9.81

N/m3 kN/m3 kN/m3

ML-2T -2

Kuvvet F 1 kgf 1 gf

1 tonf

9.81 9.81x10-3

9.81

N N kN

MLT -2

İş – Enerji FL 1 kgf.m 9.81 N.m ( Jül -Joule) ML2T -2

Güç FLT -1 1 kgf.m/s 1 HP

9.81 746

Watt Watt ML2T -3

Gerilme FL-2 1 kgf/cm2 1 kgf/cm2 1 kgf/cm2

9.81x104 9.81

9.81x10-2

N/m2 (Pa) kN/m2 (kPa) MN/m2 (MPa)

ML-1T -2

- Yerçekimi ivmesi = 9.81 m/s2 - 1 gf = 981 din - 1 N = 105 din

- 1 Joule (jül) = 1 N.m - 1 Pa = 1 N/m2 - 1 Bar = 1 Atm = 9.81 kN/m2 = 10 mH2O

ÇEVRİM ÇİZELGELERİNDE KULLANILAN SİMGELER

Simge Türkçe İngilizce Simge Türkçe İngilizce m metre meter akr akr acre

cm santimetre centimeter dm desimetre decimeter

mm milimetre millimeter s saniye second

yd yarda yard kgf kilogram kuvvet kilogram force

ft Ayak foot tonf ton kuvvet tone force

in Parmak inch lbf libre kuvvet libre force

lb libre libre din din dyne

pound (lb) pound pound N Newton Newton

g gram gram kN Kilonewton Kilonewton

kg kilogram kilogram MN Meganewton Meganewton

ons/oz ons ounce kPa kilopaskal Kilopascal

l (dm3) litre liter MPa Megapaskal Megapascal

ml (cm3) mililitre milliliter HP Beygir gücü Horsepower


H.ÖZKAN, 2006

197

BÖLÜM 12

12. TERİMLER

Akış zamanı (Flow time)

Enjeksiyon karışımına giren gereçlerin tane boyutlarına, enjeksiyon araç ve gereçlerine, seçilen enjeksiyon yöntemine bağlı olarak değişen ve kapasiteleri yaklaşık 1000 mililitre olan marsh hunisinden akması için geçen zaman.

Akralamit enjeksiyonu (Acyrlamide grout)

Kimyasal formülü C3H5NO olan akralamit ve metilen bisakralamit karışımından oluşan (organik monomerlerin karışımından oluşan organik polimer), zehirli, pudra görünüşlü toz enjeksiyon karışım maddesinin suda çözünerek, katalizör ve tepkime başlandırıcılar yardımıyla polimerize olmasından sonra jelleşen enjeksiyon.

Akralit enjeksiyonu (Acrylate grout)

Alkralamitler gibi polimerizasyon sonucu jelleşir. Metal akralitlerde (genellikle magnezyum akralit kullanılır) kristalleşerek jelleşmeyi sağlamak için trietinolamin, amonyum veya sodyum persülfat kullanılır. Katılaşma zamanını geciktirmek için karışıma potasyum ferrisiyanit katılır. Akralitin, akralamite göre daha az zehirleme etkisi vardır.

Aktivite (Activity)

Zemin plastisite indeksinin, o zemin içerisindeki kil boyutu tanelerin yüzdesine oranı.

Alüminosilikat (Aluminosilicate)

Rhombik kristal şeklinde, renksiz, silikat ve alüminat kristalleri bileşimi.

Amonyum sülfat (Ammonium sulfate)

Suda çözünebilen, 1400oC’de eriyen, renksiz rhombik kristal.

Anizotropik ortam (Anisotropic medium)

Farklı yönlerde, farklı fiziksel özellik gösteren ortam.

Ano Sistemi (Sequance/Sequential system)

Baraj yerinde, tünel ve galerilerde enjeksiyonlar bir doğrultu boyunca yapılır. Bu doğrultunun 12 veya 24 m’lik her bir kesimine ano denir. Bir anoda enjeksiyon çalışması bitirilmeden bir diğer anoda uygulama yapılmamaktadır.

Basınç (Pressure)

Birim alana etkiyen yük değeri.

Basınçölçer / Manometre (Pressure gauge/Manometer)

Yağ içinde çalışan, çeşitli ölçüm kapasitelerinde kadranlı ve kayıt yapabilme özellikleri olabilen, bar, atmosfer vb. birimlerde basınç ölçmeye yarayan alet.


H.ÖZKAN,2006

198

Bentonit (Bentonite)

Doğal olarak beyazdan griye renkler arasındaki tonlarda olmalarına karşın, yeşil ve sarının hafif tonlarında ve pempe renklerde de bulunan, yüksek şişme kapasiteli, suya karıştırıldığında kolayca dağılan ve topaklaşmayan volkanik kül kökenli, montmorillonit sınıfından, bir levha alüminyum ve iki levha silisyum içeren kil.

Beyler kovası (Bailer bucket)

2-3 m metre uzunluğunda değişik çaplarda imal edilebilen, üst kısmında kuyuya halatla indirilmesine olanak sağlayan halka düzeneğinin ve alt kısmında basınçla açılan bir vana sisteminin bulunduğu borudur. Alt ucunda yer alan vana, beyler kovası kuyuya indirilirken, kuyu içinde bulunan sıvıvın basıncı ile açılır ve dolar, yukarı çekilirken boru içinde dolan sıvıların basıncı ile kapanır. Böylelikle kuyu içinden kırıntılı gereçler alınarak kuyu temizlenir. Beyler kovası aynı zamanda kuyudan su örneği alınması ve düşük verimli - sığ kuyularda verim – düşüm deneylerinin yapılması için kullanılır.

Bikarbonat (Bicarbonate)

Bikarbonat (HCO3) major katyonlardandır ve suda açığa çıkan karbondioksit gazı (CO2) nedeniyle veya kalsiyum karbonatın suda çözünmesiyle bikarbonat oluşur. Ortam sıcaklığının artması bikarbonat oluşumunu artırıcı yöndedir. CaCO3+ H2O = Ca+2 + HCO3

- + OH- CO2 + H2O = HCO3

- + H+

Birim hacim ağırlık (Unit weight)

Bir kaya veya zeminin birim hacminin ağırlığı.

Bitüm (Bitumen)

Petrolün işlenmesi sonucunda elde edilen sert veya yarı sert bir madde, zift – katran. Bitümlü kömür : katranlı kömür.

Borik asid (Boric acid)

Suda çözünebilen ve erime sıcaklığı 1850oC olan, beyaz trikilnik kristalleri olan borikoksitden türetilen asit. Borosik asit veya ortoborik asit olarak da bilinir.

Boşluk oranı (Void ratio)

Kaya veya zemin içindeki boşlukların hacminin, o kaya veya zemin kütlesinin toplam hacmine oranıdır ve yüzde olarak tanımlanır.

Büzülme/Rötre limiti (Shrinkage limit)

Su içeriğindeki azalmanın (kurumanın) zemin kütlesinin hacminde daha fazla bir azalmaya neden olmadığı durumdaki su içeriğidir ve yüzde olarak tanımlanır.

Çakıl (Gravel)

Amerikan standart eleklerinden 3 inç (76 mm)’lik elekten geçen ve 4 nolu (4.76 mm) elek üzerinde kalan yuvarlak veya yarı yuvarlak kaya parçaları.

Çalkalayıcı (Agitator)

Karıştırıcı hacimlerine göre en az eşit veya daha büyük hacimde olan ve hazırlanmış olan enjeksiyon karışımlarını süspansiyon (askılı) halde korumak için mekanik olarak karıştırıcı düzeneğe sahip silindirik tank.


H.ÖZKAN, 2006

199

Çamur pastası (Mud cake)

Sondaj sırasında, matkabın soğutulması, matkap tarafından kesilen birimlerden oluşan kırıntıların kuyu dışına çıkartılması işlevleri için kullanılan genellikle bentonitten hazırlanmış olan çamur bulamaçının, delinen kuyuda devir-dolaşımı sırasında kuyu cidarlarında oluşturduğu ince tabaka.

Çimento enjeksiyonu (Cementitious grout)

Çimentolanma özelliği olan gereçlerin su ve/veya ince gereçler ile segragasyon ve sedimantasyon olmayacak şekilde akıcılık kazandırılması için belirli oranlarda karıştırılmasından sonra gözenekli, geçirgen zemine veya kayaların kırıklarına, çatlaklarına düzenekler yardımıyla, serbest halde veya basınç altında pompalanma işlemi. Tanecikli (particulate) veya süspansiyon (suspension) enjeksiyon adlarıyla da anılır.

Çok İnce Çimento (Ultrafine/Micro-fine cement)

Portland çimentolarına göre daha yüksek dayanımlı, çok duraylı, akışkan ve çökelime (sedimentasyon), tanecik ayrılmasına (segregasyon) karşı dirençli, tane çapları çok küçük ve özgül yüzeyleri çok yüksek çimento türü.

Çözelti ısısı (Heat of solution)

Sıvı içinde çözünen katı maddenin yaydığı veya soğurduğu (absorbsiyon) ısı enerjisi. Çözünme sırasında çözeltinin ısısı artarsa bu tür tepkimelere ekzotermik, ısı azalması meydana geliyor ise bu tür tepkimelere de endotermik denir. Alkaliler ve silikatli tepkimeler ekzotermiktir.

Çözünebilirlik (Solubility)

Birim hacimdeki çözelti içinde çözülecek olan katı madde kütle miktarı.

Daralan aralık yöntemi (Split spacing / Closure Method)

Örneğin 24 metrelik bir enjeksiyon anosunda önce ano başlarında bulunan ( 0 – 24 m’deki) birincil kuyular daha önceden belirlenen derinlikte sırasıyla açılır, enjeksiyonları tamamlanır ve enjeksiyon katılaşma zamanı kadar beklenir. Daha sonra 12. metrede yer alan ikincil kuyu açılır ve enjeksiyonu tamamlanır. Böylelikle 24 metrelik ano 12 metreye daraltılmış olur. Daha sonra 6 metrede bir aralara girilerek ücüncül kuyular açılır ve enjeksiyonlarının yapılmasından sonra 3 m’lik aralara dördüncül kuyular açılır ve enjeksiyonları yapılarak 24 metrelik bir anonun uygulaması bitirilmiş olur.

Darcy Kanunu (Darcy Law)

Gözenekli ve geçirgen (poroz) ortamlarda ve laminer (düzenli)

akımlarda, Darcy Kanunu genel olarak

⋅⋅=

dLdhAKQ

eşitliği ile tanımlanır. Burada (K) katsayısı standart permeabilite (hidrolik iletkenlik) katsayısı ve (A) alandır. (dh/dL) oranı ise hidrolik eğimi vermektedir. Darcy’nin ölçümleri akım (Q) ile yük kaybının (hL) doğru orantılı, yük kaybının meydana geldiği uzaklık (L) ile ters orantılı olduğunu göstermiştir.


H.ÖZKAN,2006

200

Dayanıklılık / Uzun ömürlülük (Durability)

Enjeksiyon karışımına giren gereçlerin uzun zaman boyunca fiziksel ve/veya kimyasal özelliklerini koruma yeteneği veya enjeksiyonlarının, hava koşulları ve çevresel etkilere karşı direnci, uzun ömürlülüğü. (örneğin klorite ve sülfata, aşırı sıcağa ve soğuk havaya gibi karşı direnci gibi)

Dayanım (Strength)

Bir gerecin, yük altında yenilmeye uğramaksızın karşı koyduğu en büyük gerilim.

Dayanım verimi / noktası (Yield strength / point)

Bkz. Kohezyon

Debi / Akım oranı (Discharge / Rate of flow)

Bir taşıyıcının (kanal, tünel, boru) belirli bir kesitinden birim zamanında geçen su miktarı.

Deformasyon (Deformation)

Enerji etkisinde kalan katı bir cismin boyutlarında veya şeklinde meydana gelen değişim.

Derz (Joint)

Farklı zamanlarda dökülen iki betonun bağlantı yüzü veya yapı içinde gerilmelerinin aktarılması bakımından gerekli olan düzlem şeklinde küçük açık boşluk.

Derz enjeksiyonu (Joint grout)

Hacimce büyük kütle betonlarının dökümü sırasında, normal derz işlevlerini gerektirmeyen durumlarda da teknik nedenlerden dolayı derz bırakılır. Aynı kütle içinde farklı zamanlarda dökülen betonların arasında oluşan bu istenmeyen derzler, aralarına daha önceden yerleştirilen gidiş ve dönüş borularından oluşan sistem yardımıyla enjeksiyon ile doldurulur.

Dinamik / Mutlak viskozite (Dynamic viskosity)

Çeşitli tekniklerle ölçülen, akışkan içinde moleküler kohezyon tarafından oluşturulan içsel sürtünmeden dolayı sıvıların akmaya karşı gösterdiği kohezyon kuvveti, sıvı iç sürtünmesi. İki ölçüm sistemi vardır: (1) Marsh Hunisi (saniye olarak) (2) Dayanım verimi/noktası ve plastik viskosite (santipoise – cP olarak)

Disk makaslama indeksi (Direct shear test)

Makaslama kutusuna konulan örneğin üstteki kısmının alt kısmına göre göreceli olarak hareket ettirilmesi ve kaya veya zemin örneğinin, yada süreksizlik yüzeyinin uygulanan normal gerilim altında yenilmesinin sağlandığı deney.

Dolgu gereçleri (Filler material)

Kum, puzolanik madde gibi kendi başına tepkime sağlamayan ve saf maddelerle karıştırılmakla, saf maddenin maliyetini düşüren maddeler. Dolgu gereçleri katı durumları ile kullanılır ve saf maddenin ağırlığının azaltılması ve/veya arrtırılması ile basınç dayanım değerinin artırılması için kullanılır.

Katılaşma zamanı / Priz zamanı (Setting time)

Enjeksiyon gereçlerinin karışımından sonra başlayan ve enjeksiyon gereçlerinin jelleşmesi ve/veya katılaşması için geçen zaman.


H.ÖZKAN, 2006

201

Duyarlılık (Sensitivity)

Kimyasal enjeksiyon karışımlarının ortamın sıcaklığına, yeraltısuyunun kimyasına (özellikle pH değerine) ve çözülmemiş katı maddelere karşı gösterdikleri duyarlılık.

Düzenli akım (Laminar flow)

Düşük hızlarda gerçekleşen ve akışkan taneciklerinin paralel yol izleyerek hareket etmesi. Reynolds sayısı borularda ve diğer geniş kesitlerdeki düzenli ve düzensiz akım arasındaki kriteri verir.

Düzensiz akım (Turbulent flow)

Yüksek hızlarda, suya doygun bölgenin geniş boşluklarında oluşan çalkantılı, turbilanslı - düzensiz akım.

Ekstansometre (Extensometer)

Enjeksiyon sırasında basınç etkisiyle zeminin veya kayacın yukarı doğru olabilecek hareketini belirlemek ve hareketin miktarının ölçülmesi için kullanılan alet. Işıklı ve ses ikazı ile hareket miktarını kayıt edebilme özellikleri olabilir.

Elastisite (Elasticity)

Herhangi bir cismin üzerine uygulanan yükün kaldırıldığı zaman, o cismin yük öncesindeki şeklini kazanma özelliği.

Elastisite (deformasyon) modülü (Modulus of elasticity)

Elastik sınırlar içinde bir cisme uygulanan gerilimin birim deformasyona oranı olup, mekanik anlamda cisimlerin katılığı veya sertliğinin göstergesidir.

Elek Analizi (Sieve analysis)

bkz. Tane boyu dağılımı

Elektriksel resiztivite (Electrical resistivity)

Maddelerin elektirik akımını iletebilmesini engelleme yeteneklerinin ölçümü. Jeofizik ölçümlerde birimi tipik olarak ohms/metre ile belirtilir ve elektiriksel iletkenliğin tersidir.

Emilme Katsayısı (Absorption ratio)

Basınçlı su deneylerinde kademe boyunca 1m’de 1 dakikalık zaman içerisinde kırık – çatlaklar tarafından litre olarak emilen su miktarı.

Enjeksiyon (Grout)

Ortamın taşıma gücünün artırılması, geçirimsizliğinin sağlanması için yayılım yaptığı yerde donabilen, çeşitli maddelerin karıştırılarak yeterince akışkan hale getirilmesinden sonra gözenekli, geçirgen zemine veya kayaların kırıklarına, çatlaklarına, boşluklara düzenekler yardımıyla, serbest halde veya basınç altında pompalanma işlemi.

Enjeksiyon basıncı (Effective pressure)

Delikdeki enjeksiyon borusunda enjeksiyon sütununun kendi yoğunluğuna bağlı olarak oluşan basıncın ve borular ile diğer ekipmanlarda oluşan sürtünme kayıplarının da dikkate alınmasıyla enjeksiyon deliği içinde enjeksiyonun yapıldığı kademenin orta noktasına uygulanması istenilen basınç değeri (Gerçek / Etkin / Efektif basınç).


H.ÖZKAN,2006

202

Epoksi reçine enjeksiyonu (Epoxy resin grout)

Genel olarak organik reçineden ve bu reçineye eklenen organik katalizör veya sertleştirici kimyasaldan oluşan, yapıştırma özellikleri çok iyi, suya, aside ve alkaliniteye dirençleri çok iyi olan, zamanla özelliklerini yitirmeyen sentetik reçinelerin gözenekli ve çatlaklı ortamlara pompalanma işlemi. Epoksi reçine enjeksiyonlarında dolgu gereçleri olarak, esnekliğini artırıcı özellik kazandırması amacıyla alüminyum silikat, baryum sülfat, kalsiyum karbonat, kalsiyum sülfat, kaolin killeri, kayganlaştırıcı, yağlayıcı özellik sağlaması amacıyla grafit katılır.

Geçirgenlik / Permeabilite (Permeability)

Geçirimli ve gözenekli ortamların (kaya ve zemininin) sıvıları ve gazları (akışkanları) iletebilme yeteneği, kapasitesi. Permealite değimi sık sık hidrolik iletkenlik veya permeabilite katsayısı ile eş anlamlı olarak kullanılır. Ancak hidrolik iletkenlikden farklı olarak, permeabilite akışkanın kinematik viskositesinin bir fonksiyonu değildir.

Geçirgenlik / Permeabilite katsayısı (Coefficient of permeability)

Standart sıcaklıkta, birim hidrolik eğim altında, birim zamanda, birim gözenekli ve çatlaklı ortamın kesitinden geçen su miktarı olarak ölçülen laminer (düzenli) akım hızı. Enjeksiyon işlerinde birimi genellikle cm/s olarak verilir.

Gerilim (Stress)

Birim alana etkiyen kuvvet (vektörel)

Gözlem (rasat) borusu (Observation pipe)

Açılan sondaj kuyusuna yerleştirilen ve yeraltısuyu düzeyinin ölçülmesi için kullanılan, üstü kör tıpa ile kapatılabilen boru.

Helozonik (Eksantrik) pompa (Eccentric screw pump)

Çelikten yapılmış, dairesel kesitli spiral şeklinde boşluk içeren sabit (stator) kısmı ve bu spiral şekilli boşluk içinde eksantrik dişliler yardımıyla dönen rotor kısmı olmak üzere iki ana parçadan oluşan, boşluğa gelen enjeksiyonu helozonik yapısı ile ileri doğru belirli bir basınç ve hacimle taşıyarak hortuma ileten pompa.

Hidratasyon ısısı (Heat of hydration)

Çimentonun su ile karıştırılmasından sonra katılaşması ve donması sırasında açığa çıkan ısı.

Hidrojen – ion aktivitesi / pH (Hydrogen – ion activity / pH)

Sıvıların veya zeminlerin asitlik veya alkalinitelik göstergesi. pH 7 ise sıvı veya zemin nötr, 7’den büyük ise bazik (alkali), 7’den küçük ise asitik özellik gösterir. (pH) çözeltideki hidrojen iyonları konsentrasyonlarının negatif logaritmasıdır.

)(1log

+=

HpH

Hidrolik iletkenlik (Hydraulic conductivity)

Geçirimli ortamda, akışkanın belirliyici özelliklerinden olan bir katsayısıdır ve gözenekli ortamın permeabilite katsayısı ile o ortamda akış halinde olan akışkanın kinemetik viskozitesinin bir fonksiyonudur. (bkz. permeabilite katsayısı)


H.ÖZKAN, 2006

203

Hidrolik kırılma (Hydro-fracturing)

Enjeksiyon deliği çevresinde sınırlanan bölgede, yüksek ve duraylı basınçlar kullanılarak, akışkan enjeksiyon şerbeti yardımıyla çatlakların-kırıkların oluşturulması. Hidrolik kırıklar, kaya ortamlarda kuyu çevresindeki ışınsal gerilim değerlerinin kaya dayanım değerlerini aşmasıyla başlar.

İçsel sürtünme Açısı (Internal friction angle)

Kaya ve zeminleri oluşturan tanelerin aralarındaki kenetlenmeden kaynaklanan direnç olup, belirli bir yenilme-gerilim koşulunu temsil eden bir noktadaki Morh zarfına teğet olan doğru parçası ile normal gerilim ekseni arasındaki açı.

İnce gereç (Fine material)

Yarısından fazlası 75 µm (No. 200) elek açıklığından geçen gereçler.

İritaş (Cobble/Cobblestone)

75 – 300 mm (3 ve 12 inç) arasında değişen ortalama boyutlarda, genellikle yarı yuvarlak ve yuvarlak kaya parçası.

İzotropik ortam (Isotropic medium)

Farkı yönlerde, her türlü fiziksel özelliğin aynı olduğu ortam.

Jel (Gel)

Sıvının, bazı kimyasallar ile karışımından sonra değişip katı duruma gelmesi veya sıvı kimyasal enjeksiyonların dayanımlarının oluşmaya başlaması durumu. Jeller, kütle içindeki konsantrasyonlara bağlı olarak çok değişken sertleşme derecelerine sahiptir.

Jelleşme Zamanı (Gel time, Gelation time)

Kimyasal enjeksiyonlarda, kimyasalların karışımdan sonra jel haline gelebilmesi için geçen zaman.

Joosten / İki çözelti yöntemi (Joosten/Two-solution process)

Kimyasal enjeksiyonlarda, zemin özelliklerinin iyileştirilmesi için sodyum silikat ve kalsiyum klorit kimyasallarının karıştırılması ile yapılan uygulama.

Kaba gereç (Coarse material)

Yarısından fazlası 75 µm (No. 200) elek açıklığının üzerinde kalan gereçler.

Kademe boyu (Stage length)

Enjeksiyonun başarısı için enjeksiyon delik boyunun zeminin veya kayanın fiziksel özelliklerine bağlı olarak, kısa aralıklara bölünmesi ile oluşan uzunluk (kademe boyu en fazla 5 metre olarak alınır).

Kademeli enjeksiyon (Stage grouting)

Enjeksiyon uygulaması yapılacak olan delginin, tıkaç (paker) kullanılarak, enjeksiyonlarının bölümler halinde ayrı ayrı yapılması işlemi. Bu işlem kuyu sonundan yukarıya doğru veya kuyu ağzından aşağıya doğru kademeler halinde uygulanır.

Kapak enjeksiyonu (Consolidation grouting)

Perde enjeksiyonu delgilerinin akış yukarısında ve akış aşağısında en az bir sıra olmak üzere ve uygun derinliklerde, kazı sonrası zedelenen zeminin veya kayanın enjeksiyonu.


H.ÖZKAN,2006

204

Karışım oranı (Admixture ratio)

Segregasyona, sedimantasyona en az düzeyde veya olmayacak düzeyde belirli bir viskoziteye sahip ve sertleşip donunca belirli bir dayanımı sağlayacak şekilde, pompalanabilir enjeksiyon akışkanı oluşturmak için gereçlerin veya sıvıların birbirlerine göre hacimleri ya da ağırlıklarına göre karıştırma oranları.

Karıştırıcı (Mixser)

Mekanik olarak çalışan ve silindirik karıştırma haznesi içine monte edilmiş bir mil ve buna bağlı kanatlar yardımıyla enjeksiyon karışımına katılan maddeleri (çimento, bentonit, kum, su ve gerektiğinde kimyasallar) homojen halde birbirine karıştırmak için kullanılan ekipman.

Kaya bulonu / Kaya Saplaması (Rock bolt)

Kaya ortamında yapılan kazılarda, duraylı olmayan kaya kütlelerini birbirine bağlayarak (süreksizliklerin sürtünme direncini artırmak), sağlam kayaya tutturabilmek (çekme gerilmelerini ana kayaya aktarmak) için açılan deliğe yerleştirilen ve delik içinde kalan kısmı enjeksiyonla veya mekanik olarak kayaya tutturulan metal çubuk. Açıkta kalan diğer ucu vidalıdır ve taşıyıcı plaka ile donatılmıştır.

Kil (Clay)

Su içeriğine gore, plastisitesi olan ince taneli zemin veya bir zeminin ince taneli bölümü. Bu terim, 0.002 mm bazı durumlarda 0.005 mm’den daha küçük boyuttaki taneleri belirtmek için kullanılır. Kil aynı zamanda, filosilikat grubunda yer alan bazı mineralleri tanımlayan genel mineral adıdır.

Kimyasal enjeksiyon (Chemical grout)

Yayılım yaptığı ortamda belirli bir zaman sonra kimyasal tepkime sonucunda jel veya katı hale gelebilen çözeltilerin geçirgen zemine veya kayaların kırıklarına, çatlaklarına düzenekler yardımıyla basınç altında pompalanma işlemi. Akralamit, akralit, epoksi, poliüretan enjeksiyonu gibi türleri olan kimyasal enjeksiyonlar, taneciksiz (non-particulate) enjeksiyon, solüsyon / çözelti (solution) enjeksiyonu adlarıyla da anılır.

Kimyasal korozyon / Aşınma (Corrosion)

Çevrelerindeki asit ve baziklerle olan etkileşim sonucu metallerin/alaşımların elektrokimyasal olarak veya cam, beton vb. gereçlerin kimyasal olarak aşınması, parçalanması ve özelliklerin zamanla yitirilmesi olayı.

Kimyasal reaksiyon (Chemical reaction)

Sonuçta yeni bir bileşimin oluşması için iki veya daha fazla madde arasındaki tepkime veya maddelerin kimyasal değişimi.

Kinematik viskozite (Kinematic viscosity)

Dinamik viskozite katsayısının akışkan yoğunluğuna oranı. Kinematik viskosite yerçekimi etkisiyle akışkanın akmaya karşı gösterdiği direnç olarak da tanımlanabilir. Düşük kinematik viskozite değerine sahip akışkan kolay ve hızlı akacaktır.

Kocataş (Boulder)

Genellikle ayrışma ve aşınma ile yuvarlaklaşmış ortalama boyutu 300 mm (12 inç)’den büyük kaya parçası.


H.ÖZKAN, 2006

205

Kohezyon (Cohesion)

Her bir taneciği çevreleyen nem örtüsünün yüzey basıncından dolayı taneciklerin birbirinden ayrılmaya karşı gösterdiği direnç (kaya veya zemin tanelerinin birbirine bağlanma özelliği) veya normal gerilimin sıfır olduğu durumdaki makaslama direnci / dayanımı.

Kohezyonlu zemin (Cohesive soil)

Serbest durumda iken önemli miktarda kohezyona sahip zemin (örneğin killi zemin).

Kohezyonsuz zemin (Cohesionless soil)

Serbest durumda çok az dayanıma sahip, havada kurutulduğu zaman dayanımı olmayan, suya doygun durumda iken çok az kohezyona sahip veya kohezyona sahip olmayan zemin (örneğin kumlu zemin).

Kondüvi (Conduit)

Baraj altında veya çevresinde aç - kapa (cut and cover) yöntemi ile su iletimi için yapılan kapalı kanal.

Konsolidasyon (Consolidation)

Yapay veya doğal yolla basınç gerilmesini artırarak zemin hacminin yavaş yavaş, zamanla azaltılması.

Kontak (dolgu) enjeksiyonu (Contact grouting)

Değişik iki metaryal kontağı (örneğin tünel kaplama betonu ile temel kaya veya beton ile çelik kaplama) arasında kalan boşlukların çimento enjeksiyonu ile doldurulması için yapılan enjeksiyon işlemi.

Kret (Crest)

Baraj dolgusu, dolusavak veya bir bağlama yapısının en üstü.

Kum (Sand)

Amerikan standart eleklerinden 4.47 mm ( 4 nolu) elekten geçen ve 75 µm (200 nolu) elek üzerinde kalan tane boyutundaki gereç.

Kür zamanı (Cure time)

Enjeksiyon karışımından sonra, karışımın yerinde istenilen katılaşma özelliklerine ulaşabilmesi için geçen zaman. (Örneğin betonlar için 7 günlük veya 28 günlük zaman)

Likit limit (Liquid limit)

Standart Amerikan 0.42 mm (40 nolu ) elekten geçen gereçler üzerinde yapılan atterberg limitleri deneyi ile belirlenen ve zeminin plastik durumdan akışkan duruma geçtiği andaki su içeriği.

Litoloji (Lithology)

Kaya veya taneli zeminin minerolojisi, tane boyutu, dokusu ve diğer fiziksel özellikleri.

Lugeon / Lüjon (Lugeon)

Basınçlı su deneylerinde, 10 atmosfer (yaklaşık 10 kg/cm2) basınç altında 1 dakikada, 1 metrelik deney uzunluğuna 1 litre su basılmasının değeri 1 lugeon/lüjyon’dur. Deneyi ilk olarak uygulayarak adını veren “Marucie Lugeon”un kaya porozitesi katsayısı dediği bu katsayıya lugeon birimi denilmesi alışkanlık olmuştur.

Malmberg sistemi (Malmberg system)

Sodyum silikat çözeltisi ve zayıf asitlerle karışımı temeline dayanan kimyasal enjeksiyon sistemi.


H.ÖZKAN,2006

206

Manşetli boru (Tubes à manchettes /Sleeve tube)

Üzerinde enjeksiyon basıncı ile dışa doğru açılabilen, aralarında 30 - 100 cm uzaklık olan lastik tıkaçlı delikleri (manşet) bulunan, genelde iç çapı 51 mm ve dış çapı 60 mm (1½ inç)’lik boru.

Marsh hunisi (Marsh funnel/cone)

Akışkan duruma gelen enjeksiyon karışımının veya başka bir akışkanın viskositesinin (akma zamanının) saniye cinsinden ölçülmesini sağlayan yaklaşık 100 ml hacime sahip huni.

Mini kazık yöntemi (pin pile – micro pile)

Temel altındaki zemine zarar vermeden, en az titreşimle zeminde oturmaların önüne geçilerek, zeminin basınç dayanımı, kesme gerilim değerleri ve yanal yüklere karşı direncin artırılması amacıyla zemine çakılan veya sürülen ince uzun yapı elemanları ve bu elemanların delik içinde enjeksiyonlarının yapılması yöntemi.

Montmorillonit (Montmorillonite)

Kimyasal formülü (OH)4 – Al (FeMg) Si8O20 olan, çok ince benzer boyutlu pullar halinde, su içinde şişme ve genişleme özelliği bulunan kil mineral grubu. Volkanik kökenli olan bentonitin bileşiminde başlıca bu madde olarak bulunur.

Muhafaza borusu (Casing pipe)

Zayıf zemin veya kayalarda delgi yapılırken, açılan kuyuda olabilecek yıkıntıların önüne geçebilmek için, kuyuya sürülen ve sondaj matkabından daha geniş çaplı boru.

Nem / Su içeriği (Moisture / Water content)

Yüzde olarak ifade edilen, bir kaya veya zeminin gözeneklerindeki su ağırlığının, o kaya veya zemin bünyesindeki kuru ve katı haldeki gereç ağırlığına oranı. Tam doygun ortamlarda nem içeriği porositeye eşittir.

Newtonian akışkanı / sıvısı (Newtonian fluid)

Newton’a göre herhangi iki sıvı tabakası arasında kesme gerilmesi (F) bulunmaktadır. Laminer bir düzende, değişik kesme gerilmeleri altında sabit hız gösteren su ve diğer akışkanlar (yağlar, gazlar).

Nokta yükü dayanım indeksi (Point load strength index)

Kaya örneğine konik başlıklar aracılıyla nokta yükü uygulayarak örneğin kırıldığı /yenildiği andaki yük değerinden hesaplanan ve kaya sınıflamasında kullanılan belirleyici bir değer.

Odun Özü (Lignin)

Kağıt sanayinde sülfit kullanımı sırasında yan ürün olarak elde edilen, okside etme özelliği bulunan, tepkime sağlayıcı olarak bikromat veya sodyum dikromat ile birlikte sos kıvamında ve jelleşme süresi kısa olan kahverenkli enjeksiyon maddesi.

Özgül ağırlık (Specific gravity)

Birim sıcaklıkta katıların havadaki ağırlığının (yoğunluğunun), aynı hacimdeki saf suyun havadaki ağırlığına (yoğunluğuna) oranı. Özgül ağırlık oranı değeri boyutsuzdur.

Özgül Yüzey (Specific Surface, Blaine)

Birim ağırlıktaki taneciklerin yüzey alanlarının toplamı. Taneciklerin küçülmesi ile özgül yüzey büyür.


H.ÖZKAN, 2006

207

Perde enjeksiyonu (Grout Curtain)

Baraj gövdesinin altında ve eksende ya da eksene yakın, baraj altından göl suyunun sızmasını önlemek veya sızma boyunu uzatmak ve başka yapılarda temellere yeraltısuyunun gelmesini önlemek için yapılan enjeksiyon çalışması.

Pistonlu pompa (Piston pump)

Pistonunun geri çıkış hareketinde, enjeksiyonun pompanın silindirine çekilerek ve pistonunun ileri gidiş hareketinde ise silindirdeki enjeksiyonun hortuma basıldığı pompa.

Plastik limit (Plastic limit)

Standart Amerikan 0.42 mm (40 nolu ) elekten geçen gereçler üzerinde yapılan atterberg limitleri deneyi ile belirlenen ve gerecin yarı katı duruma geçtiği andaki su içeriğidir. Plastik limit, her zaman zemin kitlesinin 3 mm çapında silindir hale getirilebildiği andaki su içeriğinin belirlenmesi yöntemiyle elde edilir. Bu nedenle plastik limit, zeminin kırılmadan yaklaşık 3 mm çapında silindir haline getirilebildiği en düşük su içeriği olarak da tanımlanır.

Plastisite indeksi (Plasticity index)

Likit limit ve plastik limit arasındaki sayısal farktır ve zeminin plastik olarak kalabildiği su (nem) içeriği aralığını gösterir.

Polimerler (Polymers)

İki veya daha fazla monomerin bileşiminden oluşan makromoleküler yapı.

Poliüretan reçine enjeksiyonu (Polyurethane resin grout)

Organik polimerlerden olan ve su ile tepkimeye girerek azdan çok miktara kadar değişen derecelerde köpürerek hacmi artan bir ürün ile çatlak ve gözeneklerin doldurulması işlemi. Hidrofilik (hydrophilic) ve hidrofobik (hydrophobic) türleri vardır. Bunlardan hidrofilik olanı jelleşmek için kimyasal yapısına çok fazla su alabilir. Fakat kurudukları zaman büzülürler, fiziksel ve kimyasal bozunmalara karşı dirençli değildir. Hidrofobik poliüretan reçineleri daha esnek olduğu için hareketli kırıkların enjeksiyonlarında kullanılır.

Polyester reçine enjeksiyonu (Polyester resin grout)

Polihidrik asitler ve polibazik organik asitlerden kimyasal bir takım tepkimelerinden oluşan termoplastik sentetik reçinelerin gözeneklere veya çatlaklara pompalanma işlemi.

Porozite (Porosity)

Yüzde olarak boşluk hacminin toplam hacime oranı.

Portland Çimentosu (Portland Cement)

Kalker, marn, kil, demir cevheri, boksit, pirit külü vb. hammaddelerin ve yardımcı malzemelerin uygun oranda karıştırılıp, öğütülüp, pişirilmesiyle elde edilen klinkerin, bir miktar priz düzenleyici (genellikle alçıtaşı – CaSO4.2H2O) ve puzolanik madde ile birlikte öğütülmesinden oluşan; suyla karıştırıldıktan belli bir süre sonra donarak dayanım kazanan hidrolik bağlayıcı ürün.

Puzolanik madde (Pozzolans)

Kendi başlarına hidrolik bağlayıcı özelliği olmadıkları halde, ince olarak öğütüldüklerinde nemli ortamlarda ve normal sıcaklıkta kalsiyum hidroksit ile tepkimeye girerek bağlayıcı özellikte bileşikler oluşturan doğal ve yapay maddeler.


H.ÖZKAN,2006

208

Püskürtmeli enjeksiyon yöntemi (Jet grouting method)

Daha önceden açılan sondaj kuyusuna indirilen ve 3600 sürekli döndürülerek geri çekilen bir boru takımı içinden çok yüksek basınçlarla enjeksiyon karışımı basılarak, kil – silt gibi ince tane boyutuna kadar zeminlerde ve çok zayıf, bozunmuş kaya ortamlarında enjeksiyon yapılmasını sağlayan teknik.

Refü durumu (Refuse case)

Daha önceden hesaplanarak belirlenen efektif basınç altında enjeksiyon yapılan kademenin bundan böyle enjeksiyon kabul etmemesi durumu. Bu durumda enjeksiyon başarılı olmuş sayılır ve diğer kademenin enjeksiyonuna geçilir.

RQD / Kaya kalite göstergesi (Rock quality designation)

Deere vd. (1967) tarafından önerilmiş ve silindirik şeklini koruyan, doğal süreksizlikler tarafından bölünmüş sağlam kaya karot parçaları arasında boyu 10 cm ve 10 cm'den büyük olanların toplam uzunluğunun, ilerleme uzunluğuna (manevra) oranı. Yüzde olarak ifade edilir.

Sağlamlaştırma enjeksiyonu (Consolidation grouting)

Tünel, galeri, şaft gibi yapıların kazılarından önce veya kazı sonrasında zemin veya kayanın istenilen uygun özellikleri gösterebilmesi için yapılan enjeksiyon uygulaması, Konsolidasyon enjeksiyonu.

Sertleştirici gereç (Hardener material)

Epoksi veya diğer reçine enjeksiyonlarında karışıma katılan ve reçinelerin katılaşmalarını sağlayan kimyasal bileşen.

Silt (Silt)

Standart Amerikan 75 µm (No. 200) elekten geçen plastik olmayan veya çok az plastik, havada kuruyunca çok az veya hiç dayanımı olmayan gereç.

Sodyum karbonat (Sodium carbonate)

Sodyum silikat üretimi için kullanılan işlenmemiş alkali hammadde. Soda külü olarak da bilinir.

Sodyum silikat (Sodium silicate)

Kumun ve sodyum karbonatın (soda külü) 1200 – 1400 derecede birlikte eritilerek, ağırlıkça 4 (SiO2):1 (Na2O) oranından daha az oranlarda hazırlanmış olan sodyum silikat karışımının suda çözülerek, sodyum bikarbonat, hidroklorik asit, bakır sülfat ve formamitler gibi jelleştirici tepkime sağlayıcılar kullanılarak gözenekli ve çatlaklı ortamlara pompalanması işlemi.

Standart penetrasyon deneyi (Standard penetration test)

Sondaj tijlerine takılmış, ortasından ikiye ayrılabilen (yarık) ve içine pirinçden yapılmış bir iç tüpün bulunduğu bir örnekleyicinin, 63.5 kg’lık ağırlığın 760 mm yükseklikten düşürülerek zemine sokulması ilkesine dayanan deney.

Su kaçağı /sızması (Water seepage)

Basınçlı su deneylerinde, kuyuya basınçla verilen suyun jeolojik birim tarafından birim zamanda litre olarak aldığı su miktarı, su kaybı. Diğer anlamı ise, çatlaklı kaya veya gözenekli zemin içine veya dışına doğru az miktarlarda suyun hareketidir.

Su Kusma / Resuaj (Bleeding )

Özellikle çimento enjeksiyonları karışımında hidrotasyonun sağlanabilmesi için gerekli olandan daha fazla suyun bir süre sonra karışımdan ayrılmaya başlayarak yoğunluk farklılığından dolayı enjeksiyon karışımının üzerine çıkması.


H.ÖZKAN, 2006

209

Süren yöntemi (Forepoling method)

Tünel açılımına başlamadan önce kazı aynasında ve tavandan yanlara doğru şemsiye gibi açılan geometrik şekilde ve tünel tavanı ile belirli bir açı yapacak şekilde yapılan delgilerin içlerine çelik boruların yerleştirilmesini ve delgi içindeki boruların çevrelerinin normal enjeksiyon basınçları altında enjeksiyonla doldurulması işlemlerini kapsayan tünel destekleme sistemi.

Tane boyu dağılımı (Grain size distribution)

Taneli zeminlerde, zemini oluşturan gereçleri temsil eden örneğin standart elekler kullanılarak elenmesinden sonra belirli aralıklarda boyutlara sahip olan gereçlerin ağırlıklarının, örneğin toplam ağırlığına oranının yüzde olarak ifadesi ve bu değerlerle oluşturulan grafik.

Tanecik Ayrılması (Segregation)

Çimento enjeksiyonlarında, taneciklerin çökelimi ve su kusmasından kaynaklanan enjeksiyon karışımındaki sıvı ve katı maddelerin hareketi sonucu, katı taneciklerin göreceli olarak iri taneli olanlarının en alta, daha küçük tanelerin üstte durması, segregasyon.

Tanecik Çökelimi (Sedimentation)

Çimento enjeksiyonlarında, hidrotasyon için gerekli olandan daha fazla olan su, yoğun olmayan, düşük viskoziteli karışımlarda, karışımdaki katı taneciklerin kümeleşerek çökelimi, sedimantasyon.

Tek eksenli sıkışma dayanımı (Unconfined compressive strength)

Düşey yönde uygulanan kuvvetin neden olduğu sıkışma sonucunda silindirik kaya veya zemin örneğinin yenildiği andaki yükün, örneğin tabanına oranı.

Tepkime başlandırıcı (Reactant)

Kimyasal enjeksiyonlara karışımda tepkimeyi başlatan ve karışımın jel haline gelmesini sağlayan kimyasallar.

Tepkime hızlandırıcı (Accelerator / Catalyst )

Kimyasal karışımdan sonra oluşan tepkimenin, oluşum hızını artıran kimyasallar.

Tıkaç (Packer)

Enjeksiyon delgilerinde kademeli enjeksiyon işlerinin yapılabilmesi için vida sistemine sahip iç içe geçmiş iki ana kısımdan oluşan ve mekanik yolla genişleyen (Mekanik tıkaç- Mechanical Packer) veya enjeksiyon borusuna monte edilen lastiğin ince plastik boru yardımıyla basınçlı su ile veya basınçlı hava/gaz ile şişirilebilen (Şişirilen tıkaç- Pneumatic packer) lastiğin / lastiklerin yardımıyla kuyu içine sıkıca tutturulması ile enjeksiyon işleminin yapıldığı kademenin diğer kademe ile bağlantısının kesen araç.

Tij (Drilling and grouting pipe)

Genelde 1.5 – 3 metre uzunluğunda amacına uygun çaplarda, birbirine bağlanabilmesi için vida sistemine sahip delgi ve enjeksiyon boruları.

Tiksotropi (Thixsotropy)

Bazı jellerin karıştırılması ile hızlı bir şekilde akışkan hale geldikten sonra, karıştırma işleminin durdurulması ile tekrar jel haline gelmesi özelliliği (örneğin bentonit jeli)


H.ÖZKAN,2006

210

Tünek Akifer /Su (Perched Aquifer / Water)

Sığ derinliklerdeki serbest bir akiferin su düzeyinin daha yukarılarında, geçirimsiz kil, silt, killi kum vb. gibi bir merceğin üzerindeki kum, çakıl gibi gözenekli gereç içerisinde küçük ölçüde suyun toplanması yoluyla meydana gelen akiferdir. Askılı akifer de denilen bu tip akiferlere daha çok alüvyonlar ve benzeri dağınık gereçler içinde rastlanır.

Uçucu kül (Fly Ash)

Termik santrallerde, toz haline getirilmiş linyit ve taş kömürünün yanmasından sonra elektro-filtrelerde tutulan iki ana grupta (F ve C tipleri) toplanan atık gereçler. “F” tipi yüksek oranda aktif-amorf SiO2 içeriğinden daha yüksek puzolanik aktivite gösterir.

Vadoz su / Bölge (Vadose water / zone)

Yeryüzünden itibaren buharlaşmanın etkileyeceği derinliğin altında yerçekimi etkisi ile akifere sızan / süzülen su ve bu suyun bulunduğu bölge.

Yayılım (etki) durumu (Penetration)

Önceden belirlenen basınç altında, belirli karışım oranlarındaki enjeksiyon gereçlerinin, enjeksiyon yapılan ortamın fiziksel özelliklerine (boşluk oranı, tane çapı, çatlak açıklığı, süreksizlik devamlılığı vb) bağlı olarak enjeksiyon ortamında yayılabilme / nüfuz etme durumu.

Yoğunluk (Density)

Boşluklarıda içine alan birim hacimdeki gerecin (katı taneler ve varsa su dahil) kütlesi, ağırlığın hacme oranı. Islak yoğunluk veya kuru yoğunluk olarak da ifade edilebilir.

Yük kaybı (Head loss)

Zeminin veya kayacın geçirgenliğininin bulunması için yapılan su deneylerinde, bir boruda akan suyun sürtünme, dirsek, genişleme, daralma, çarpma gibi suyun hakeketine karşı gelen direnci kırması için kaybettiği basınç, enerji yükü.

Zemin dondurma sistemi (Ground freezing system)

Suya doygun ve zayıf zemin içinde, amacına uygun derinlikte açılmış olan sondaj kuyusuna indirilen soğutucu sıvı dolaşımlı boru sistemi yardımıyla, zeminin delgi boyunca ısısının alınması sonucunda zemin içinde bulunan suyun dondurulması yöntemi.


H.ÖZKAN, 2006

211

- İNGİLİZCE – TÜRKÇE DİZİN Absorption ratio : Emilme Katsayısı Accelerator / Catalyst : Tepkime hızlandırıcı Activity : Aktivite Acyrlamide grout : Akralamit enjeksiyonu Admixture ratio : Karışım oranı Agitator : Çalkalayıcı Aluminosilicate : Alüminosilikat Ammonium sulfate : Amonyum sülfat Anchor : Ankraj Anisotropic medium : Anizotropik ortam Bailer bucket : Beyler kovası Bentonite : Bentonit Bicarbonate : Bikarbonat Bitume : Bitüm, zift, katran Bleeding : Su Kusması / Resuaj Boric acid : Borik asid Boulder : Kocataş Casing pipe : Muhafaza borusu Cementitious grout : Çimento enjeksiyonu Chemical grout : Kimyasal enjeksiyon Chemical reaction : Kimyasal reaksiyon Clay : Kil Coarse material : Kaba gereç Cobble / Cobblestone : İritaş Coefficient of permeability : Geçirgenlik / Permeabilite katsayısı Cohesion : Kohezyon Cohesionless soil : Kohezyonsuz zemin Cohesive soil : Kohezyonlu zemin Conduit : Kondüvi Consolidation : Konsolidasyon Consolidation grouting : Sağlamlaştırma (konsolidasyon),Kapak enjeksiyonu Contact grouting : Kontak (dolgu) enjeksiyonu Corrosion : Kimyasal Korozyon / Aşınma Crest : Kret Cure time : Kür zamanı Darcy Low : Darcy Kanunu Deformation : Deformasyon Density : Yoğunluk Direct shear test : Disk makaslama indeksi Discharge / Rate of flow : Debi / Akım oranı Drilling and grouting pipe : Tij Durability : Dayanıklılık /Uzun ömürlülük Dynamic viskosity : Dinamik viskozite Eccentric screw pump : Helozonik (Eksantrik) pompa Effective pressure : Gerçek, Etkin basınç Elasticity : Elastisite Electrical resistivity : Elektriksel resiztivite


H.ÖZKAN,2006

212

Epoxy resin grout : Epoksi reçine enjeksiyonu Extensometer : Ekstansometre Filler material : Dolgu gereçleri Fine material : İnce gereç Flow time : Akış zamanı Fly Ash : Uçucu kül Forepoling method : Süren yöntemi Gel : Jel Gel time, Gelation time : Jelleşme Zamanı Grain size distribution : Tane boyu dağılımı Gravel : Çakıl Ground freezing system : Zemin dondurma sistemi Grout : Enjeksiyon Grout Curtain : Perde enjeksiyonu Hardener material : Sertleştirici gereç Head loss : Yük kaybı Heat of hydration : Hidratasyon ısısı Heat of solution : Çözelti ısısı Hydraulic conductivity : Hidrolik iletkenlik Hydro-fracturing : Hidrolik kırılma Hydrogen – ion activity / pH : Hidrojen – ion aktivitesi / pH Internal friction angle İçsel sürtünme açısı Isotropic medium : İzotropik ortam Jet grouting method : Püskürtmeli enjeksiyon yöntemi Joint : Derz Joosten process : Joosten / İki çözelti yöntemi Kinematic viscosity : Kinematik viskozite Laminar flow : Düzenli akım Lignin : Odun Özü Liquid limit : Likit limit Lithology : Litoloji Lugeon : Lugeon / Lüjon Malmberg system : Malmberg sistemi Marsh funnel / cone : Marsh hunisi Material safety data sheet : Gereç güvenlik belgesi Mixser : Karıştırıcı Modulus of Deformation : Deformasyon modülü Modulus of Elasticity : Elastisite modülü Moisture / Water content : Nem / su içeriği Montmorillonite : Montmorillonit Mud cake : Çamur pastası Newtonian fluid : Newtonian akışkanı /sıvısı Observation pipe : Gözlem (rasat) / piezometre borusu Packer : Tıkaç Penetration : Yayılım (etki) durumu Perched aquifer : Tünek akifer / Askılı akifer Permeability : Geçirgenlik / Permeabilite Pin pile / Micro pile : Mini kazık yöntemi


H.ÖZKAN, 2006

213

Piston pump : Pistonlu pompa Plastic limit : Plastik limit Plasticity index : Plastisite indeksi Point load strength index : Nokta yükü dayanım indeksi Polyester resin grout : Polyester reçinesi enjeksiyonu Polymer : Polimer Polyurethane resin grout : Poliüretan reçine enjeksiyonu Porosity : Porozite Portland Cement : Portland Çimentosu Potassium Silicate : Potasyum silikat Pozzolans : Puzolanik madde Pressure : Basınç Pressure gauge / Manometer : Basınçölçer / Manometre Reactant : Tepkime başlandırıcı Refuse pressure : Refü Basıncı Rock bolt : Kaya bulonu / Kaya saplaması Rock quality designation : RQD / Kaya kalite göstergesi Sand : Kum Sedimentation : Tanecik Çökelimi Segregation : Tanecik Ayrılması Sensitivity : Duyarlılık Sequence / Sequential system : Ano sistemi Setting time : Katılaşma zamanı / Priz zamanı Shrinkage limit : Büzülme / Rötre limiti Sieve analysis : Elek Analizi Silt : Silt Sodium carbonate : Sodyum karbonat Sodium silicate : Sodyum Silikat Solubility : Çözünebilirlik Specific gravity : Özgül ağırlık Specific Surface, Blaine : Özgül Yüzey Split spacing / Closure Method : Daralan aralık yöntemi Stage grouting : Kademeli enjeksiyon Stage length : Kademe boyu Standard penetration test : Standart penetrasyon deneyi Strength : Dayanım Stress Gerilim Thixsotropy : Tiksotropi Tubes à manchettes / sleeve tube : Manşetli boru Turbulent flow : Düzensiz akım Ultrafine / Micro-fine cement : Çok İnce Çimento Unconfined compressive strength : Tek eksenli sıkışma dayanımı Unit weight : Birim hacim ağırlık Vadose water / Zone : Vadoz su / Bölge Vapor pressure : Buhar basıncı Void ratio : Boşluk oranı Water seepage : Su kaçağı /sızması Yield strength / point : Dayanım verimi / noktası , Kohezyon


H.ÖZKAN,2006

214

BÖLÜM 13

13. YARARLANILAN KAYNAKLAR

AKMAN,S.,YILDIRIM,H., 2002. Uçucu Kül ve Süper Akışkanlaştırıcı Katkıların Birlikte Kullanımının Yararları, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.

A.C.C., 1962. AM-9 Chemical Grouting, American Cyanamid Company, Explosives and Mining Chemicals Department, Bound Brook, New Jersey Elliot 6-2000, USA.

ANDERSSON, H.,1998. Chemical Rock Grouting, An Experimental Study on Polyurethane Foams, Department of Geotechnical Engineering, Chalmers University of Technology, S-41296, Göteborg, Sweden.

ANIK, F., ALKAN, F., 2004. Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) Barajlar ve Puzolan veya Uçucu Kül Kullanımı, Temelsu Uluslararası Mühendislik Hizmetleri A.Ş, DSİ I. Ulusal Barajlar ve Hidroelektrik Santraller Sempozyumu, Ankara.

ALBAYRAK,Z.,1975. Temel Sondajlarında Yapılan Permeabilite Testleri Hakkında Genel Bilgiler, DSİ Yayını, Ankara.

ALBAYRAK,Z., BOZKURT,A.,1977. Müsaade Edilen Enjeksiyon Basınçları Üzerine Düşünceler, DSİ Yayını, Ankara.

ALBAYRAK,Z., TÜRKEL,A., 1980. Yeraltı Çalışmalarında Enjeksiyon, Zonguldak - 2.Kömür Kongresi, 12-16 Mayıs, TMMOB Maden Mühendisleri Odası Yayını, Ankara.

ALTUĞ, S., 1999. Oymapınar Arch Dam, Turkey: Foundation Treatment in Karstic Limestone and Reservoir Curtains, International Symposium on “Dam Foundations Problems and Solution”, ICOLD, Antalya, Turkey.

ATM, 1970. Grouting Methods and Equipment, Department of The Army Technical Manual, No: TM 5-818-6, AFM 88-32, Washington, D.C., USA.

ATUK, N.,1970. Türkiye Hidrojeolojik Harita İşaretleri, DSİ Genel Müdürlüğü Yayınları, No:681-II - 78, Ankara.

BAYÜLKE, N., 2002. Depremlerde Hasar Gören Yapıların Onarım ve Güçlendirilmesi, Çatlakların Onarılması, (www.yapirehberi.net web sitesinden).

BOTAŞ, 2003, Soil Resistivity Survey Report for Gas Supply Lines to Pump Stations, Baku-Tbilisi-Ceyhan Crude Oil Pipeline Project, Report No ILF-REP-EPP-GGS-001 (yayınlanmamış).

CECW-EG,1995. Engineering and Design - Chemical Grouting, Publication No: EM1110-1-3500, Proponent:CECW-EG, Publication Date:January 1995, http://www.usace.army.mil

CECW-EG, 1984. Engineering and Design - Grouting Technology, Chapter 2: Purposes And Limitations Of Grouting, Chapter 4: Planning and Procedures, Publication Number: EM 1110-2-3506, http://www.usace.army.mil

CHEMGROUT INC.,2002. Technical Data Sheet, Web Page, 805E. 31st St. LaGrange Park, IL 60526, USA.

http://www.yapirehberi.net

http://www.usace.army.mil

http://www.usace.army.mil


H.ÖZKAN, 2006

215

CRAELIUS, 1990. Grout Equipment – Part 5, Product Catalogue, Diamant Boart Craelius, Printed Matter No : 110 175:5, Brussels, Belgium.

DSİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ, 2003. Su Sondajları, Temel Sondajları, Enjeksiyon İşleri, Kaya – Zemin Mekaniği Deneyleri ve Jeofizik Etütler Birim Fiyat Cetveli, Ankara.

DSİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ,1985.İstanbul - Jeoteknik Semineri, Cilt II, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Başkanlığı, Ankara.

DSİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ,1987.Sondaj ve Enjeksiyon Teknik Şartnamesi, Ankara.

DSİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ, 1972. Çimento Enjeksiyonlarında Uçucu Kül ve Bentonit Kullanılması, DSİ–Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı, Yayın no: Kİ–517, Ankara.

DİNİZ, A.R., 1989. İnşaat Mühendisliği Yönünden Killere Kısa Bir Bakış, DSİ Barajlar ve HES Dairesi Başkanlığı, Eğitim Semineri, Ankara.

EISWIRTH,M., OHLENBUSCH, R., SCHNELL K., 1997. Impact of Chemical Grout Injection on Urban Groundwater, Department of Applied Geology, University of Karlsruhe, Kaiserstr.12, 76128 Karlsruhe, Germany, IAHS-Publ., 259:187-194.

ESCOWELD, 2001. Epoxy Grout Systems, Hot and Cold Weather Grouting, Philadelphia Resins Comp. 130 Commerce Drive, Montgomeryville, Pennsylvania 18936, (www.philadlephiaresins.com).

EVİRGEN, C., 1994. Permeabilite Deneylerinin Bilgisayar İle Hesabı, DSİ IV. Bölge Müdürlüğü Yayını, Konya.

FANG, H.Y., 1991. Foundation Engineering – Handbook, Second Edition, Chapter 9,”Soil Stabilization and Grouting”, pp:360-370, Chapman&Hall Comp. New York, USA.

GANZ, H. R., VILDAER, S., 2002. Grouting of Post - Tensioning Tendons – 5, VSL Report Series, Published by VSL International Ltd. , Printed in January 2002, Lyssach-Subingen/ Switzerland.

GEOPRO S.A. COMP.,2004. Bimbar Inflatable Packers, User Manual, Parc Initialis, 1/3, reu Descartes, B-7000, Mons, Belgium, (web site: www.geopro.be).

GIA INDUSTRI AB, 2003. The Multi-Hole Grouting Rig, Technical Data sheet, P.O. Box 59, SE-772 22 Grangesberg, Sweden.

HARRIS, F.C.,1983. Ground Engineering Equipment and Methods, Granada Technical Books, Granada Publishing Ltd. London.

HEENAN, D., NAUDTS,A.A., 1998. Advanced Grouting Program at Penn Forest Dam Results in Reduced Construction Costs and High Quality Product, CAGES (1997) Computer Aided Grouting Evaluation System. ECO Grouting Specialists Ltd., Ontario, Canada.

HERCULES COMP., 2000 . Püskürtmeli enjeksiyon (jet grouting), Technical Data Sheet, Doc. No: H06-1999 M35, Hercules Grundlaggning Company, Swiden, (www.hercules.se).

HILTON,I.C.,1967.Grout Selection, A New Classification System, Civil Engineering and Public Works Review, September, pp. 993-995.

HOULSBY,A.C., 1990. Construction And Design Of Cement Grouting, A Guide To Grouting in Rock Foundations, Published by John Wiley and Sons, New York, ISBN 0-471-51629-5.

http://www.philadlephiaresins.com

http://www.geopro.be

http://www.hercules.se


H.ÖZKAN,2006

216

İMANÇLI,G.,2002. Uçucu Küllerin Zemin Özellikleri Üzerine Etkisinin İncelenmesi, Pamukkale Üni. İnşaat Mühendisliği, Master Tezi, Denizli (yayınlanmamış).

JET-GROUTING.COM., 2004. Jet Grouting Technology Overview – Chapter: Choice Of Jet Grouting Parameters, www.jet-grouting.com web site.

KAR-BEN, 2003. Karakaya Bentonit San. ve Tic. A.Ş, Tanıtım Broşürü.

KASKTAŞ, 1993. Alüvyonda Sondaj ve Alüvyonda Enjeksiyon, Araştırma Çalışması, Kayar Kalıp, Altyapı, Sondaj, Kazık ve Tecrit A.Ş., İstanbul (yayınlanmamış).

KASPER, T., MESCHKE,G.,2001.Three-dimensional Finite Element Simulations of Hydroshield Tunneling, Institute for Structural Mechanics, Ruhr-University Bochum, Germany.

KELLER, 1992. Soilcrete – Jet Grouting, Technical Data Sheet, Keller Grundbau GmbH, Kaiserleistrasse 44, D-6050, Offenbach 12, Germany.

KLEİNSORGE,H.,1962. Baraj İnşasında Temel Islah Çarelerinin Başlıca Prensip,Usul ve Metodlarına Giriş, EİEİ Yayını, Çeviren:Asım ALKUMRU, Ankara.

LECA, E., ve diğ. (2000). Underground Works in Soil and Soft Rock Tunneling, SCETAUROUTE/DTTS, Groupe EGIS, Les Pléiades n° 35, Park Nord Annecy, 74373 Pringy Cedex, France.

LENZINI, P.A. and BRUSS, B.,1975. Ground Stabilization: Review Of Grouting and Freezing Techniques for Underground Openings, Department of Transportation Report, no: FRA ORD and D 75-95, 86 pp.

MBT,1998. Rheocem 900 and MEYCO-MP 301 For Pre-injection in Subsea Tunnelling, Master Builders Technologies (MBT), International Underground Construction Group, Division of MBT (Switzerland) Ltd. Vulkanstrasse 110 CH-8048 Zurich.

MCMAHON & MANN CONSULTING ENGINEERS, 2001. Evaluation of Metal-Tensioned Systems in Geotechnical Applications, Phase I -Interim Report, NCHRP Web Document 27 (Project E24-13), Submitted by: D’Appolonia, McMahon & Mann Consulting Engineers, P.C., and The State University of New York at Buffalo, Prepared for: National Cooperative Highway Research Program Transportation Research Board National Research Council, USA.

MINING LIFE, 2003. Selecting Grout and Additives, Miner's Toolbox on Mining Life Web Site, (www.mininglife.com).

MINOVA, 2003. Sodium Silicate-Based Chemical Grout System, Terraset System, Technical Data sheet, Minova USA Inc. 150 Carley Court ,Georgetown, KY 40324,USA.

MYERS, R.D., 2001. Build a Better Foundation to Reduce Costly Downtime, ITW - Escoweld, Epoxy Grout Systems, Electronic Machinery Grouting Handbook , Philadlephia Resins Comp. 130 Commerce Drive, Montgomeryville, Pennsylvania 18936, (www.philadlephiaresins.com).

N.C.C., 2002. Pin Pile Technical Data Sheet, A Rodio Group Company, Nicholson Construction Company, Bridgeville, PA 15017, USA (www.nicholson-rodio.com).

NICNAS, 2002. Acrylamide, Priority Existing Chemical Assessment, Report no: 23, National Industrial Chemicals Notification and Assessment Scheme (NICNAS), Austria, (www. nicnas.gov.au).

http://www.jet-grouting.com

http://www.mininglife.com

http://www.philadlephiaresins.com

http://www.nicholson-rodio.com


H.ÖZKAN, 2006

217

OSHA,1990. Acrylamide Exposure During Chemical Grouting Operations, Health Hazard Information Bulletin, U.S. Department of Labor, Occupational Safety & Health Administration, USA.

ÖZBEK, E., 1987. Deneme Enjeksiyonlarının Yapımı ve Değerlendirilmeleri, Jeoteknik Seminer Kitabı, DSİ Genel Müdürlüğü, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi, sayfa: 86-98, Ankara.

ÖZKAN, H. 1994. Erdemir Su Temini Projesi, Kızılcapınar Barajı, Uygulama Sonu Mühendislik Jeolojisi Raporu, DSİ, 232. Şube Müdürlüğü, Zonguldak (yayınlanmamış).

PARCHEM, 2003. Ultra-superfine Cementitious Soil Stabilization Grout - ALOFIX-MC, Construction Products Pty Ltd, 7 Lucca Road Wetherill Park, WYONG, N.S.W. 2259 Sydney Australia, (www.partech.com.au).

PARSONS, 2002. Underpinning a City’s Transportation Past, Present and Future, Central Artery / Tunnel Project, Section C11A1 I-93 Northbound Tunnel, Technical Data Sheet, J / V of STV Incorporated / Parsons Transportation Group with Haley & Aldrich, Owner: Massachusetts Highway Department, Boston, MA – USA.

RICHARD, J. L., MAZZIERI, D., 1999. Xiaolangdi Dam Project Unusual Solutions for Cut-off Wall and Grouting, International Symposium on “Dam Foundations Problems and Solution”, ICOLD, Antalya, Turkey.

RICHARSON, A., 1978. A Review of Grouting Techniques and Their Application to Tunneling and Shaft-sinking, Mining 598, fall 1978.

ROTEX, 2002. Forepoling in Tunnels, System in Tunneling-3, Technical Data Sheet, Rotex-Oy Co. Switzerland.

POWDERHAM.A.J. ve diğ., 2001. Ground Movement Control for Tunnel Jacking Under Railway, Jacked Tunnel Sections of I-93/I-90 Interchange Central Artery/Tunnel Project, Boston, MA, A. J. Powderham, Mott MacDonald Group, Croydon, UK ; S Taylor, Hatch-Mott MacDonald, Boston, MA;A Hitchcock, University of Southampton, Southampton, UK; P M Rice, Parsons Brinckerhoff, Boston, MA.

SAUEREISEN, 2001. Epoxy Grout, No. F-150, Sauereisen Cements Company,160 Gamma Drive Pittsburgh, PA 15238-2989 USA,(www.sauereisen.com).

SCHURING, J.R., 2002. Fracturing Technologies to Enhance Remediation, Technology Evaluation Report ,TE-02-02, Civil and Environmental Engineering New Jersey Institute of Technology Newark, New Jersey, Prepared for: GWRTAC - Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center, 425 Sixth Avenue, 28th Floor, Regional Enterprise Tower Pittsburgh, PA 15219 (www.gwrtac.org).

ŞEKERCİOĞLU,E.,1998.Yapıların Projelendirmesinde Mühendislik Jeolojisi, JMO Yayınları No:28, Ankara.

SİKA, 2003. Intraplast-Z Genleşme Özellikli Çimento (Harç) Katkısı ve Sikadur – 52 Düşük Viskoziteli 2 Bileşenli Enjeksiyon Reçinesi, SİKA Firması web sayfası, (www.sika.com.tr).

SU KİRLİLİĞİ KONTROLU YÖNETMELİĞİ, 1989. 04.09.1989 tarih ve 19919 sayılı Resmi Gazete,TBMM Basımevi, Ankara.

SJÖSTRÖM, Ö.,1982. Grouting-Sealing, Strengthening and Stabilizing of Rock and Soil, Craelius Comp., Belgium.

http://www.partech.com.au

http://www.sauereisen.com

http://www.gwrtac.org

http://www.sika.com.tr


H.ÖZKAN,2006

218

TMMO, 2003. Endüstride Kullanılan Madenler, Türkiye Maden Mühendisleri Odası web sayfası (www.tmmo.com).

TODD, D.K., 1959. Groundwater Hydrology, Wiley International Edition, John Wiley and Sons Inc., Newyork and London, 336 pp.

TOLUN, M.G., 1995. Barajlar ve Hidroelektirik Tesislerin Planlama Düzeyinde Projelendirme Kriterleri, EİEİ Eğitim Notları, DOLSAR Mühendislik Limited Şti. Ankara (yayınlanmamış).

TOKYAY,M., ERDOĞDU,K., 1998. Türkiye Termik Santrallarından Elde Edilen Uçucu Küllerin Karakterizasyonu, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği, TÇMB / AR-GE / Y 98.3, Ankara.

TSE. TS 19, TS 20, TS 26, TS 3441, TS 10157, TS 10156, TS 12142, TS 12143 Numaral ı Türk Standartları, Türk Standartları Enstitüsü (TSE) Yayınları, Ankara.

UKQAA, 2002. Pulverised Fuel Ash for Grouting, United Kingdom, Quality Ash Association, Technical Datasheet – 3, June 2002.

ULUSAY, R., 2001. Uygulamalı Jeoteknik Bilgiler, Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, Genişletilmiş Baskı 4, No :38, ss: 385, Ankara.

U.S.D.I.,1981. United States Department. of the Interior, Ground Water Manual, A Water Resources Technical Publication, 247 - 285 p. U.S. Government Printing Office, Revised Reprint, Denver, USA.

WEAVER, K., 1991. Dam Foundation Grouting, Published by the American Society of Civil Engineers, New York.

WHITTAKER, B.N., ve FRITH, R.C., 1990. Tunelling – Design, Stability and Construction, The Institution of Mining and Metallurgy, 44 Portland Place London W1, England, Printed by Stephen Austin / Hertford.

YEN, P., 1984. Cold Weather Cement Grouting and Post Tensioning – Hauser Lake Dam, Montana,Innovative Cement Grouting, American Concrete Institute, Detroit, Publication No : SP-83, pp : 153-172.

http://www.tmmo.com

Hasan ÖZKAN (Jeo. Yük. Müh)

1964 yılında İstanbul’da doğan yazar, 1989 yılında Hacettepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeoloji (Hidrojeoloji) Mühendisliği Bölümü’nden mezun olmuştur. Aynı yıl DSİ Kastamonu bölgesinde proje mühendisi olarak çalışmaya başlamıştır. 1991 yılında DSİ Zonguldak şubesinde göreve başlamış ve Kdz. Ereğli, Kızılcapınar Barajı’nda enjeksiyon konusunda kontrol mühendisliği ve diğer jeoteknik konularda proje mühendisliği yapmıştır. 1996 yılında DSİ Ankara Bölge Müdürlüğü’ne proje ve kontrol mühendisi olarak atanmıştır. 1998 yılında DSİ’deki görevinden ayrılarak, Temelsu Uluslararası Mühendislik Hizmetleri A.Ş.’de proje mühendisi olarak çalışmaya başlamış olup, aynı yerde baraj, karayolu, doğal gaz boru hattı, sulama kanalları, çevresel etki değerlendirmeleri gibi konularda görevini devam ettirmektedir.

1989 – 1992 yılları arasında Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü’nde Jeoloji (Hidrojeoloji) Müh. Bölümü yüksek lisans programını tamamlayan yazar, 1982-1984 yıllarında devam ettiği Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Elektrik Bölümü’nden ön lisans diploması almıştır.

Jeolojik ve jeoteknik konularda metraj çıkartmada ve keşif hazırlamada deneyimli olan yazar,Mağara Araştırma Derneği (M.A.D.) üyesi olarak Türkiye’nin çeşitli yörelerinde bir çok dikey ve yatay mağarada araştırma yaparak, harita alma çalışmalarında bulunmuştur.

Evli olan Hasan ÖZKAN, hidrojeoloji ve mühendislik jeolojisi konularında bir çok seminer ile sempozyuma sunumcu/dinleyici olarak katılmıştır.

İletişim : [email protected]

mailto:[email protected]

Documents

Enjeksiyon yöntemleri ve Uygulamaları