Jetgrout nedir ?

Jetgrout nedir ?

Sayın ziyaretçimiz Jet grout nedir sorusuna cevap vermek için jetgrouttun bir enjeksiyon türü olduğunu bilmek gerekir. Bu sebebten ötürü  jetgrout’u anlayabilmek için öncelikle enjeksiyon ve çeşitlerini bilmemiz ve neden jet grout yapılır sorusunada cevap verebilmemizi sağlayacaktır. Öncelikle enjeksiyon çeşitlerinden biri olan jet grout’tan önce enjeksiyon nedir sorusunu ve hangi çeşitleri vardır sorusna cevap vermeye çalışarak jet grout yani jet enjeksiyonu hatta süper jet enjeksiyonu hakkında size bilgi vermeye çalışacağız.

Enjeksiyon (içitim) ile Zemin İyileştirme

 

Zemin veya kaya ortamına dışarıdan, basınç altında ve sondaj kuyusu gibi bir girişten yollanan akışkanlaştırılmış bir madde ile iyileştirme ve stabilizasyon sağlamaya yönelik işlemlere içitim denir. İçitim veya Türkiye’de kullanılan yabancı adıyla enjeksiyon çalışmaları birçok amaca yönelik olarak yapılmakta, hacımca en büyük uygulaması da baraj temellerinde geçirimsizliğin sağlanması için gerçekleştirilmektedir. Çalışmalar amacına göre literatürde dört ya da altı gurupta toplanmakta ise de burada bina temelleri açısından basitçe;

1 – Sızdırma enjeksiyonu

2 – Telafi enjeksiyonu

3 – Jet enjeksiyonu

olmak üzere üç kategoriye ayrılır. (Şekil – 1)Bu guruplara ek olarak elektro-içitim olarak nitelendirilen, elektro osmoz sırasında ortama anot tarafında sodyum silikat veya kalsiyum klorür gibi kimyasallar katarak taşlaştırma işlemi de önümüzdeki yıllarda yeni ve özel bir gurubu oluşturacağa benzemektedir. Bunlara yönelik enjeksiyon çalışmaları günümüzde zeminin güçlendirilmesi, sıvılaşına potansiyelinin düşürülmesi, farklı oturmaların giderilmesi (kaldırma), özel durumlarda kazı duvarlarının oluşturulması gibi giderek artan önemli uygulamalar bulmaktadır.

Enjeksiyon Türleri

Şekil - 1

Sızdırma (permeation, intrusiori) enjeksiyonu

 

1802’de Fransa’da geliştirilmiş bir yöntem olup, kumlar ve çakıllar gibi zeminlerin özelliklerini (dokusunu) bozmadan içine düşük viskoziteli peltecil veya daneli karışımları görece düşük basınçlarda yollama tekniğidir. Ortamın özellikleri bu işleme elverişli ise enjeksiyon sıvısı çatlak ve boşluklara kolayca girerek onları tıkar ve daneleri yapıştırır. Böylece sıkışabilirlik ve geçirimlilik azalır, kayma direnci buna bağlı olarak da taşıma gücü yükselir. Bu uygulamada kabarmaları önlemek için kural olarak enjeksiyon basıncının o noktadaki örtü yükü eş değerinden (o0) yüksek olmaması istenir. Çizelge-1’de zemin ve kaya ortamında mevcut boşlukları doldurmada kullanılan maddelerin etkinliği gösterilmektedir. Buradan sızdırma enjeksiyonunun killer ve sağlam, çatlaksız kayalar gibi düşük geçirimlilikteki ortamlarda uygun bir yöntem olmayacağı görülebilmektedir.

Enjeksiyon sıvısı penetrasyon yeteneği

Çizelge -1

Ortama yollanan, örneğin çimento-kil karışımı işitimlerde çimento/su oranının 0.3’ten büyük olduğu durumlarda basma dayanımının 1 MPa’dan 7 MPa düzeyine doğrusal olarak arttığı bulunmuştur. Ayrıca, karışıma hava katmanın da önemli yararlar sağladığı bildirilmiştir.

Telafi Enjeksiyonu

 

Bu teknikte (compensation grouting) orta – yüksek viskoziteli karışımların ortama yüksek basınçlarla  (>50 bar) yollanması ve bunların boşluk/çatlaklara girmeden kendisinin ortamda ayrı bir kütle oluşturması gözetilmektedir. İlk kez 1951’de Almanya’da bir hidroelektrik santralını kaldırmak için uygulanmıştır. Şekil 2’de telafi enjeksiyonuna elverişli zeminlerin dane dağılımı eğrileri verilmektedir. Bu uygulama sonucunda zemine önemli ek hacımlar girdiğinden kontrollü veya kontrolsüz sıkıştırma etkisi (compaction grouting), ayrıca mevcut yapının istenen yönde ötelenmesi sağlanır (displacement grouting). Böylece telafi enjeksiyonu yapıların farklı oturmalarının giderilmesi, bunların yükseltilmesi/kaldırılması ve ortamın sıkıştırılması sonucu taşıma gücünün yükseltilmesi gibi önemli yararlar sağlar. Örneğin Türkiye’de gelecek yıllarda büyük kentlerde yapılması gerekecek metro kazıları sonucu oturma ve ötelenme gösterme olasılığı bulunan binaların güvenliğinin önceden sağlanması için bu tür enjeksiyonun uygulaması kaçınılmaz olacaktır. Ayrıca şimdilerde ortama 10-30 bar dolayında basınçla düşük çökme değerli beton yollanarak (s«25 mm) iyileştirme sağlanması ile ilgili araştırma ve uygulamalar yapılmaktadır (low/limited mobility grout: LMG).

Telafi (sıkıştırma) Enjesiyonu Dane Dağılımları

Şekil -2

Kayada Enjeksiyon

 

Kaya ortamında enjeksiyon sızdırma (permeation, intrusion), bazen de sıkıştırma (compaction) tipi ile geçmişte çok ağırlıklı olarak baraj temellerinde ve çoğunlukla bunların geçirimsiz hale getirilmesi amacıyla son 300 yılda uygulanagelmiştir. Bunun sonucu çimento ana enjeksiyon gereci olarak kullanılmıştır. Ayrışmış / killeşmiş ortamda ve olası çatlaklara sıvının yollanabilmesi için de son yıllarda yüksek basınçlar kullanılarak çatlatma ya da yapraklandırma enjeksiyonu olarak nitelendirilen yöntem (hydrofracturing) geliştirilmiştir. Çimentonun içitim sıvısında etkinliği akışkanın viskozitesi, dolayısı ile su/çimento oranı w/c ile ifade edilmekte, bu oranın 0.6-1 arası değiştiği, ancak bu oranın ağırlıkça mı yoksa hacimce mi hesaplandığının bilinmesi gerekmektedir . Öte yandan, bazı araştırmacılar yamaçlarda kayanın enjeksiyonla iyileştirme girişimlerinin bazen hedeflenenin tam tersi bir etki ile kapalı çatlak sistemlerini açarak ortamı zayıflatabileceğini savunmuşlardır. Kaya temel ortamında yapılacak uygulamaların en azından oturmaları azaltacağı, ayrıca süreksizliklerin olası kayma direncini yükselteceği gerekçesi ile olumlu bakmak mümkündür. Ancak, yüksek basınçlı enjeksiyon çatlakları açarak zemin/kayanın hacminde artış ta (heave) oluşturabilmektedir. Özellikle kazı ve yamaçlarda çatlak açılmasının ne getirip/götürdüğünü iyi değerlendirmek gerekmektedir. Enjeksiyon işlemleri geçmişte olduğu gibi günümüzde de büyük ölçüde bir “sanat” olma özelliğini korumaktadır. Herhangi bir ortamda gerekli enjeksiyon basıncı, enjeksiyon sıvısı ve olası hacımlar şimdilerde ‘akıllı tahminlerle saptanmaktadır.

GIN Kavramı

 

Bu çelişkiden bir ölçüde kaçınmak için enjeksiyon yoğunluğu (grouting intensity) kavramı geliştirilmiştir. Bu sayı (GIN: grouting intensity number) işlemin herhangi aşamasında uygulanmakta olan enjeksiyon basıncı ile pompalamanın durdurulmasıyla debinin sıfıra düştüğü ana kadar alınmış sıvı hacminin çarpımına eşittir. Şekil 3’den görüldüğü gibi GIN kaya ortamına sağlanan enerjinin bir göstergesidir ve ile gösterilebilir. Sürecin elastik (doğrusal) olması durumunda enjeksiyon sıvısının akışmazlığı, sıvının çatlak duvarlarına görece kayması ve kayanın elastik olmayan deformasyonlarına bağlı enerji kayıpları yok sayılırsa GIN basitçe, kitlede biriken elastik enerjinin iki katı olur.

e formül

İle gösterilebilir. Sürecin elastik (doğrusal) olması durumunda enjeksiyon sıvısının akışmazlığı, sıvının çatlak duvarlarına görece kayması ve kayanın elastik olmayan deformasyonlarına bağlı enerji kayıpları yok sayılırsa GIN basitçe, kitlede biriken elastik enerjinin iki katı olur.

Enjeksiyonun seçilmiş bir basınç ve GIN değerinin durudurulması

Şekil - 3

Farklı bir deyişle, GIN kavramı içeriye basılan enjeksiyon şerbeti hacmine bağlı olarak basıncın azaltılmasını sağlar. Böylece ortamda olası çatlamalar önlenir. GIN de buradan enjeksiyonun erişebileceği en uzun mesafeyi yaklaşık

R formül

İfadesi ile verir (R\reach). Şekil – 4’te  birçok enjeksiyon şantiyesinde edinilmiş deneyimlere dayalı olarak geliştirilen enjeksiyon yoğunluk sayısı eğrileri vermektedir.

Klavuz olarak kulanılabilecek Standart GIN limit eğrileri

Şekil - 4

Çatlatma Enjeksiyonu

 

Sızdırma enjeksiyonunun başarılı olamadığı düşük hidrolik iletkenlikli kil ve kaya ortamlarında bir tür telafi enjeksiyonu olarak nitelendirilebilecek yeni bir yöntem çatlatma/yapraklandırma enjeksiyonudur (hydrofrac). Bu yöntemde ortama yeterince yüksek basınçta yollanan sıvının mevcut kılcal çatlakları açarak veya yeni çatlaklar oluşturarak olası oturmaların önlenmesi gözetilmektedir. Basıncın düzeyi oluşacak hidrolik eğim ve söz konusu zemin derinliğinde etkiyen efektif gerilmeye bağlı olarak standarttır.

Normal yüklenmiş bir zeminde oluşacak ilk enjeksiyon merceği büyük asal gerilme yönü olan düşeyde ilerleyecek ve zemini sıkıştıracak, artan enjeksiyon hacimleri ise yatay mercekler oluşturacağından dikkatli olunmazsa zeminde istenmeyen kabarmalar başlayacaktır. Diğer ortamlarda, özellikle mevcut çatlaklar ve süreksizlikler varsa, ilk yapraklanma etkin gerilmelere değil bunların konumlarına bağlı olacaktır.

Doldurma Enjeksiyonu

 

Türkiye’de birçok yörede karşılaşılan karst, özellikle baraj temellerinde binlerce m3’e varan hacimlerdeki boşluklarla mühendise kâbus yaşatan doğal bir malzemedir. Keban barajı santral binası altında beklenmedik şekilde beliren mağaralar yüzünden devletin uğradığı astronomik kayıplar hala belleklerdedir. İtalya’da Catania hava meydanı pisti altında varlığı keşfedilerek bu yöntemle doldurulan büyük boşluk da bu konuda karşılaşılmış gülünç örneklerden biridir.  Günümüzde hızla gelişen Akdeniz kıyısındaki kentlerde aynı sorun yaşanmaktadır. Antalya’da da karşılaşılan bu problem boşlukların yeri ve hacminin sondajla saptanmasından sonra buraya kil, uçucu kül hatta kum ve bunların çimento ile karışımı ile doldurulması yoluyla çözülebilir.

Enjeksiyon Yöntemi

 

Enjeksiyon tek aşamalı/sıvılı yapılacak ise en kolay yol Şekil – 5.a ‘da gösterildiği gibi muhafaza borusunu kuyuda belirli derinliğe indirdikten sonra öngörüldüğü kadar yukarı çekerek sıvıyı basmaktır. Bu yöntem enjeksiyon sıvısının muhafaza borusu çevresine toplanmaması durumunda etkin olur.Bir diğer tek aşamalı yöntem yüksek geçirimli bir ortamda muhafaza borusunun yukarı çekilmesini izleyerek enjeksiyon sıvısının basılması ile gerçekleştirilir. Sıvının dışarı kaçmaması için kuyunun ağzı kapalı tutulur. Tubes a mamchettes yönteminde çok aşamalı çalışma mümkün olup aynı bölgede tekrarlı enjeksiyon yapılmasına da olanak sağlanmaktadır. Çamur veya muhafaza borusu ile tutulan enjeksiyon kuyusu içine enjeksiyon borusu yerleştirilerek bu boru kil-çimento karışımı ile kuyunun içine kalıcı olarak bağlanır.

Enjeksiyon (içitim) Yöntemleri

Şekil - 5.a, Şekil - 5.b,  Şeki -l 5.c

Bir diğer tek aşamalı yöntem yüksek geçirimli bir ortamda muhafaza borusunun yukarı çekilmesini izleyerek enjeksiyon sıvısının basılması ile gerçekleştirilir(Şekil – 5.b). Sıvının dışarı kaçmaması için kuyunun ağzı kapalı tutulur. Tubes a mamchettes yönteminde (Şekil – 5.c) çok aşamalı çalışma mümkün olup aynı bölgede tekrarlı enjeksiyon yapılmasına da olanak sağlanmaktadır. Çamur veya muhafaza borusu ile tutulan enjeksiyon kuyusu içine enjeksiyon borusu yerleştirilerek bu boru kil-çimento karışımı ile kuyunun içine kalıcı olarak bağlanır. Böylece enjeksiyon sıvısının kuyu yukarı hareketi önlenmiş olur ve basınç yükseltildiğinde enjeksiyon sıvısı ortama yanal olarak yayılır. Ortadaki çelik veya plastik enjeksiyon borusu 25-50 mm. çaplı olup, plastikten yapılırsa daha sonra kazıya izin verir. Bu borunun üzerinde sadece enjeksiyon derinliği boyunca 30cm aralıkla açılmış açılmış delikler bulunur. Deliklerin üzerine takılan lastik manşonlar (manşet) sadece basınç altında açılarak tek yönlü vana gibi işlev görürler. Sistemin çalışması Şekil 6’de gösterilmektedir.

Kaplama Borusu ile Enjeksiyon Yapma yolları

Şekil - 6

Jet Grout ( Jet Enjeksiyonu)

Türkiye’de uygulaması son birkaç yılda adeta bir patlama yapan jet enjeksiyonu (jet grouting), 1970li yıllarda Japonya’dan tüm dünyaya yayılmıştır. Avrupa’da soilcrete adı kullanılmaktadır. Yöntemde aşağıya indirilen bir sondanın ucundaki 3 mm çaplı memeden fışkıran yüksek basınçlı suyun zemini etkin aşındırabilme yeteneğinden yararlanılır. Zemin bu yoldan öngörülen derinliğe kadar parçalandıktan sonra sonda yine döndürülerek geri alınırken içeriye çimentolu enjeksiyon sıvısı basılmakta ve katkı gereci sıvı kıvamdaki zeminle karışmaktadır (Şekil 7).

Jetgrout - Jet Enjeksiyonu Uygulaması

Şekil - 7

Enjeksiyon memesinden 400 bar düzeyinde basınçla ve sesinkinin yarısı bir hızla çıkan su jetinin etkinliği çevresine bir hava ‘kefeni’ sarılması ile artırılmaktadır. Şekil 8’de işlemin gerçekleştirilmesinde kullanılan tek, çift ve üç sıvılı (triplex) sistemler gösterilmektedir. Üç sıvılı sistemde enjeksiyon sıvısı farklı yerdeki hava-su memesinden yollanmaktadır. Jet enjeksiyonu binaların altında zemini iyileştirmek, tabandan su girişini böylece hidrolik eğim ve kabarma problemlerini önlemek, kazıyı desteklemek, özellikle de mevcut eski temellerin altına girilerek taşıma gücünün artırılması amacıyla kullanılmaktadır,

Jet enjeksiyonunda Zemine Sıvı Yollama Biçimleri

Şekil - 8

öne sürüldüğüne göre yöntem ince, çakıldan küllere değişen çok geniş bir aralıkta uygulanabildiğinden (Şekil – 9) oldukça esnek bir özellik taşımaktadır. Şekilde koyu renkler uygulamada ekonomik olmayan bölgeyi göstermektedir

Enjeksiyon Yöntemlerinin Uygulanabilirliği

Şekil 9

Bu yöntemle oluşturulan 0,5-3 m çaplı kolonlarda çimento oranı ve karışan doğal zeminin niteliğine bağlı olarak 2-25 MPa basma dayanımlı bir karışım belirmekte ve dayanım artışı 45 güne kadar uzamaktadır. Çizelge -2 ‘de Japonya’da işlem sonunda istenen dayanımlar verilmiştir.

JET GROUT KOLONU TASARIMINDA ŞARTNAME (MPa)

Çizelge - 2

Hong Kong’da gerçekleştirilmiş bir projede öngörülen şartname bir örnek olarak verilmektedir.

Örnek Yerleşim ve Jet grout yapımı

Süper Jetgrout (Süper Jet Enjeksiyonu)

 

Yapılan araştırmalar jetleri yatay yöneltmek yerine belirli açı ile vererek kesiştirmenin enerjinin ortama yüksek verimde uygulanması, böylece üniform kesitli ve 5 m’ye varan büyük çaplı kolonlar oluşturulması olanağının sağlandığını göstermiştir. Bu yönteme Japonya’da çarpışan jetleme denmekte, üst ve alt memelerden yollanarak çarpıştırılan su jetlerinin yüksek kesme gerilmeleri oluşturduğu kabul edilmektedir (Şekil – 10). Bu yöntemin yararı çalışmalarda yüksek hızlara çıkılabilmesi ve bir kerede çok büyük hacimleri etkileyebilme imkânıdır.

Süper JetGrout (Super Jetgrouting)

Şekil - 10

Bize Ayrıca www.forekazık.com veya www.forekazık.tv adreslerinden de ulaşabilirsiniz