Sıvılaşma Azaltımında Kolon Izgarası: Tasarım Mantığı ve Doğrulama

Önce soru doğru kurulmalı: sıvılaşma var mı, etkisi ne?

İyileştirme kararı, sıvılaşma analizinden önce verilemez. TBDY-2018 Bölüm 16 kapsamında sıvılaşma potansiyeli incelemesi DTS=1, 1a, 2 ve 2a binalarda ZD, ZE veya ZF zemin sınıfları için yapılır ve zemin araştırması en az SPT ve/veya CPT deneyini, dane çapı dağılımını, su muhtevasını ve Atterberg limitlerini içermelidir. DTS=4 binalarda ise belirli koşullarda değerlendirme yapılmayabilir: kil içeriğinin %20'den fazla ve plastisite indeksinin %10'dan yüksek olması, ya da ince dane yüzdesinin %35'ten fazla ve N(1,60) değerinin 20'nin üzerinde olması bunlardandır.

Bölgesel genelleme, tasarımın en pahalı hatasıdır. Sünnetci ve Ersoy (2021), Samsun Bafra Sahilkent yöresinde yeraltı su seviyesi yüzeyden yaklaşık 2 m veya daha sığ olmasına ve 15 m'ye kadar alüvyon bulunmasına rağmen, Mw 7,2 senaryosu (1943 Ladik depremi esas alınarak, PGA 0,18g) için tüm lokasyonlarda sıvılaşma potansiyeli indeksini sıfır bulmuştur; sonuç "az–yok" sınıfındadır. Delta ovası olması bir parselin sıvılaşacağı anlamına gelmez. Karar parsel bazında verilir.

• Sıvılaşma analizi olmadan yapılan iyileştirme, gereksiz maliyet veya yetersiz önlem üretir
• Analiz girdisi olarak yeraltı su seviyesinin mevsimsel en yüksek değeri kullanılmalıdır

Kolon ızgarasının çalışma mantığı: üç mekanizma

Rijit kolon ızgarası, sıvılaşmayı üç ayrı mekanizmayla azaltır ve bunların hangisinin baskın olduğunu bilmeden aralık seçilemez. Birincisi kayma gerilmesinin yeniden dağılımıdır: deprem sırasında oluşan çevrimsel kayma gerilmesinin bir bölümü, çevredeki zemine göre çok daha rijit olan kolonlara aktarılır ve hücre içindeki zeminin maruz kaldığı gerilme oranı düşer. İkincisi şekil değiştirmenin sınırlanmasıdır: kolonlarla çevrelenen hücrede zeminin yanal şekil değiştirmesi kısıtlandığı için boşluk suyu basıncı artışı yavaşlar.

Üçüncüsü taşıma ve oturma davranışıdır: sıvılaşan tabakanın üstünde kalan yükün bir bölümü kolonlar aracılığıyla altta kalan sıvılaşmayan tabakaya iletildiği için toplam ve farklı oturma azalır. Burada önemli bir ayrım vardır: jet grout ve derin karıştırma kolonları drenaj sağlamaz. Boşluk suyu basıncının hızla boşalmasını hedefleyen bir tasarım isteniyorsa dane çaplı (taş kolon türü) çözümler ayrıca değerlendirilmelidir.

• Kayma gerilmesinin rijit elemanlara aktarılması
• Hücre içi yanal şekil değiştirmenin kısıtlanması
• Yükün sıvılaşmayan alt tabakaya aktarılmasıyla oturmanın azaltılması

Tasarım girdileri: kolon boyu, ızgara aralığı, alan oranı

Kolon boyu, sıvılaşabilir tabakanın tabanını geçmeli ve altındaki sıvılaşmayan tabakaya soketlenmelidir. Tabakanın içinde biten kolon, altta kalan bölümün sıvılaşmasını engellemez ve kolon ucunda yeni bir zayıflık düzlemi oluşturur. Izgara aralığı ise hücre boyutunu, dolayısıyla kayma gerilmesi yeniden dağılımının etkinliğini belirler.

Ölçek fikri için iki vaka çalışması: Kayakeser ve Sünbül Güner (2026), 80 cm çaplı jet grout kolonlarını yaklaşık 150 × 150 cm karelajla, temel altı bölgede 13 m, çevredeki geçirimsiz perde bölgesinde 18 m boyunda tasarlamış; emniyetli taşıma gücünün iyileştirme öncesi 337 kPa'dan 13 m kolonlarla 448 kPa'ya, 18 m kolonlarla 517 kPa'ya çıktığını, toplam oturmanın 4,58 cm olduğunu raporlamıştır. Aynı çalışmada iyileştirme öncesi boşluk suyu basınç oranı 0,99–1,11 aralığındayken uygulama sonrası belirgin biçimde azalmıştır.

Davran, Özocak, Sert ve Bol (2024) ise alüvyon zeminde sayısal analizle, jet grout kolonlarla iyileştirmenin yatay deplasmanları %59 değerine kadar azalttığını; iyileştirme yapılmayan durumda boşluk suyu basınçlarının toplam gerilmeye ulaşmasına karşılık iyileştirmeli durumda sıvılaşmanın engellendiğini göstermiştir. Bu sayılar ilgili sahaların koşullarına aittir; başka bir parselde aralık ve boy, o sahanın analiziyle yeniden belirlenir.

• Kolon boyu = sıvılaşabilir tabaka kalınlığı + sıvılaşmayan tabakaya soket boyu
• Izgara aralığı hücre boyutunu belirler; hücre büyüdükçe gerilme yeniden dağılımı zayıflar
• Bina dışına taşan bir sınır sırası (etek), kenar hücrelerde çevrelemenin kaybolmasını önler

Yöntem seçimi: jet enjeksiyonu mu, derin karıştırma mı?

İki yöntem de rijit kolon üretir ama imalat mantıkları farklıdır. Jet enjeksiyonu (TS EN 12716) yüksek basınçlı jet ile zemin yapısını bozarak bağlayıcıyla karıştırır; zeminin bir bölümü yüzeye çamur olarak döner. Derin karıştırma (TS EN 14679) ise karıştırıcı uçla bağlayıcıyı yerinde harmanlar, dönüş malzemesi çok daha azdır. Seçim, zemin türü, hedeflenen kolon çapı, atık yönetimi ve çevre kısıtlarının birlikte değerlendirilmesiyle yapılır.

Karadeniz kıyı alüvyonu gibi yüksek yeraltı suyu bulunan sahalarda dönüş çamurunun toplanması ve kolon geometrisinin doğrulanması, imalat planının belirleyici kalemleridir. Yüksek su seviyesi ayrıca bağlayıcı oranı ve priz süresi üzerinde etkilidir; deneme kolonu (test kolonu) yapılmadan ana imalata geçilmemelidir.

• Jet enjeksiyonu (TS EN 12716): geniş zemin yelpazesi, değişken kolon çapı, dönüş çamuru yönetimi gerekir
• Derin karıştırma (TS EN 14679): düşük dönüş malzemesi, homojen kolon; iri dane/blok içeriğinde sınırlı
• Her iki yöntemde de imalat öncesi deneme kolonu ile çap, dayanım ve süreklilik doğrulanmalıdır

Sıvılaşmayan üst tabaka ve temel tipi etkileşimi

Sıvılaşan tabakanın üzerinde kalan sıvılaşmayan kabuk, yüzeye ulaşan hasarın büyüklüğünü doğrudan etkiler. Bu kabuk yeterince kalın ve süreklidir denilebiliyorsa iyileştirme ihtiyacı azalabilir; ince veya süreksiz ise yüzeyde kum konisi, oturma ve yanal yayılma beklenir. Bu nedenle kolon ızgarası kararı, temel tipi kararından bağımsız verilemez.

Uygulamada ızgara çoğu zaman rijit bir radye ile birlikte tasarlanır: radye, hücreler arası farklı oturmayı üst yapıya aktarmadan dengeler. Kolon ızgarası ile kazıklı temelin birbirinin yerine geçmediğini de belirtmek gerekir; kazıklı temel yükü derindeki tabakaya taşır, ızgara ise zeminin çevrimsel davranışını değiştirir. Aynı sahada ikisi birden gerekebilir.

Doğrulama: iyileşme derecesi ölçülerek kanıtlanır

TBDY-2018 Ek 16D, hedeflenen iyileşme derecesinin önceden belirlenmesini ve aletsel ölçümlerle takip edilmesini şart koşar. Bu, tasarımda "jet grout yapılacaktır" yazmanın yeterli olmadığı anlamına gelir: hangi parametrenin (kayma dayanımı, sıkışma modülü, sıkılık) hangi değere ulaşacağı ve bunun hangi deneyle ölçüleceği projede tanımlı olmalıdır.

Doğrulama zinciri iki koldan yürür. İmalat kolu kolonun kendisini kontrol eder: kolon karotu ve tek eksenli basınç dayanımı, kolon çapı ve merkez sapması kontrolü, enjeksiyon basınç–debi kayıtları. Zemin kolu ise iyileştirilmiş kütlenin davranışını sınar: iyileştirme sonrası SPT/CPT tekrarı, plaka yükleme deneyi ve gerektiğinde sismik hız ölçümü. Kendi uygulama pratiğimizde karot alımı, düşük gerilmeli bütünlük (PIT) deneyi ve statik yükleme deneyi kendi bünyemizde yapılır; PDA dinamik yükleme deneyi bağımsız bir kuruluştan alınır.

• Hedef parametre ve kabul değeri projede sayısal olarak tanımlanmalıdır
• Deneme kolonu sonuçları, ana imalat parametrelerini (basınç, çekme hızı, dönüş hızı) sabitlemelidir
• İyileştirme sonrası arazi deneyi, iyileştirme öncesi deneyle aynı yöntemle ve aynı noktalarda yapılmalıdır

Karadeniz sahalarında pratik notlar

Samsun ve çevresinde Bafra ile Çarşamba delta ovaları ve kıyı şeridi, yüksek yeraltı suyu ve değişken ince dane oranı ile karakterizedir. Bu üç pratik sonucu doğurur: sondaj programının sığ tutulmaması, su seviyesinin tek ölçümle sabitlenmemesi ve deneme kolonunun imalat planına baştan yazılması. Sahilkent örneğinin gösterdiği gibi sonuç parselden parsele değişir; etüt bu değişkenliği yakalayacak yoğunlukta planlanmalıdır.