Jet Grout Kolon Tasarımı

1. Tanım ve Sistem Tipleri

1.1 Jet Grout Sistem Sınıflaması

Jet grout yöntemi, zemin içerisine yerleştirilen enjeksiyon borusunun ucundan 350–600 bar (35–60 MPa) basınçla çimento şerbetinin püskürtülmesi prensibine dayanır. Nozzle çıkış hızı ~250 m/s olan jet enerjisiyle parçalanan zemin, çimento şerbetiyle karışarak soilcrete adı verilen silindirik kolon oluşturur.

Tablo 1: Jet Grout Sistem Sınıflaması

Saha Notu: Türkiye'de en yaygın kullanılan sistem Jet 2 (çift sıvı) sistemidir. İstanbul alüvyon ve Konya havzası killi-siltli zeminlerinde Jet 1 sistemi tercih edilmektedir.

Dikkat: Yüksek organik içerikli zeminlerde (turba, organik kil; organik madde > %5) çimento hidrasyon reaksiyonu inhibe olabilir. Bu zeminlerde özel katkı maddesi (hızlandırıcı, alkali aktivatör) kullanılması veya alternatif yöntem seçilmesi gerekir (TS EN 12716 Madde 5.3).

1.2 Temel Parametreler

Tablo 2: Notasyon ve Semboller

Türkiye Şantiye Koşullarına Özgü Parametreler:

• Nozzle çapı: 1,5–4,0 mm (standart kullanım 2–3 mm)
• Su/çimento oranı: W/C = $0{,}6$–$1{,}3$ (ağırlık oranı)
• Dönüş hızı: 10–20 dev/dk; çekme hızı 4–15 cm/dk

2. Kolon Çapının Tahmini

TS EN 12716 Ek A'da belirtildiği üzere bu değerler yalnızca ön boyutlandırma içindir; gerçek çap mutlaka saha deneyleriyle doğrulanmalıdır.

2.1 Tek Sıvı Sistem (ampirik bağıntı)

$D_c \approx 0{,}04 \left(\frac{P_j}{100}\right)^{0{,}5} \cdot \left(\frac{1}{v_r}\right)^{0{,}2} \quad \text{(m)}$

Burada $P_j$ MPa cinsinden jet basıncı, $v_r$ cm/dk cinsinden çekme hızıdır.

Dikkat: Bu bağıntı yalnızca kil/silt zeminler için geçerlidir. Tüm empirik formüller ±15–25% hata payı içerir; saha deneyleri ile doğrulanması zorunludur.

2.2 Zemin Tipine Göre Tipik Çaplar

Tablo 3: Zemin Tipine Göre Tipik Çaplar

3. Kolon Dayanım Özellikleri

3.1 Basınç Dayanımı (UCS)

Tablo 4: Basınç Dayanımı (UCS)

Dikkat: Karot örnekleri en zayıf bölgeleri yansıtmayabilir. EN 12716:2018 Madde 8.3.2, örnekleme kalitesinin kapsamlı belgelenmesini zorunlu kılmaktadır.

3.2 Elastisite Modülü

$E_c = (100 \sim 200) \cdot q_u \quad \text{(MPa)}$

Tasarımda konservatif yaklaşım: $E_c = 100 \cdot q_u$. Kil zeminde $q_u = 2{,}5$ MPa için $E_c = 250$–500 MPa.

4. Tasarım Yöntemi

Adım 1 — Alan İkame Oranı

$a_s = \frac{n \cdot A_c}{A_{total}}$

Burada $n$ = kolon sayısı, $A_c = \pi D_c^2/4$ kolon kesit alanıdır.

Tablo 5: Adım 1 — Alan İkame Oranı

Adım 2 — Kompozit Zemin Parametreleri

İyileştirilmiş zemin bileşik dayanımı (karma model; CDIT, 2002):

$q_{composite} = a_s \cdot q_{u,c} + (1 - a_s) \cdot q_{u,s}$

Burada $q_{u,c}$ = kolon tasarım dayanımı, $q_{u,s}$ = orijinal zemin dayanımı.

Adım 3 — Düşey Yük Taşıma Kapasitesi

Uç taşıma kapasitesi (TS EN 1997-1:2004 Madde 7.6):

$Q_{b} = q_u \cdot A_c$

Yan (sürtünme) taşıma kapasitesi:

$Q_{s} = \frac{q_u}{2} \cdot \pi D_c \cdot L$

Toplam nihai kapasite:

$Q_{ult} = Q_b + Q_s = q_u \cdot A_c + \frac{q_u}{2} \cdot \pi D_c \cdot L$

Güvenlik katsayısı: $FS = 2{,}5$–$3{,}0$ (TS EN 1997-1:2004 Ek A)

$Q_{izin} = \frac{Q_{ult}}{FS}$

Adım 4 — Oturma Hesabı

$s = \frac{\Delta\sigma \cdot H}{E_{composite}}$

Kompozit modül:

$E_{composite} = a_s \cdot E_c + (1 - a_s) \cdot E_s$

Dikkat: Kil zeminlerde konsolidasyon oturması Terzaghi teorisi ile ayrıca hesaplanmalıdır.

Adım 5 — Geçirimsizlik Perdesi Tasarımı

Minimum zorunlu örtüşme mesafesi (TS EN 12716 Madde 8.2):

$\Delta x \geq 0{,}1 \cdot D_c$

Eksen-eksen mesafe koşulu:

$s_{eksen} \leq 0{,}9 \cdot D_c$

Geçirimsizlik kriteri: $k \leq 10^{-7}$ m/s (Lugeon değeri $\leq 1$ Lu) — TS EN ISO 22282-3.

5. Formüller Özeti

Tablo 6: Formüller Özeti

6. Tasarım Akış Diyagramı

7. Saha Deneyleri ve Kalite Kontrol

Tablo 7: Saha Deneyleri ve Kalite Kontrol

TS EN 12716:2018 zorunlulukları:

• Dijital gerçek zamanlı kayıt (data logger): Her kolon için basınç, debi, çekme hızı, dönüş hızı anlık kaydedilmeli
• Düşeylik ölçümü: Derine bağlı sıklıkta düşeyden sapma ölçümü (maks. 1/50)
• Karot kalitesi: Numune alım yöntemi kapsamlı belgelenmelidir

8. Türkiye'ye Özgü Uygulama Koşulları

8.1 Deprem ve Sıvılaşma Riski (TBDY 2018)

TBDY 2018 kapsamında jet grout tasarımında dikkat edilmesi gereken kriterler:

• TBDY 2018 Bölüm 16.6.4: Potansiyel sıvılaşabilir zemin: yeraltı su tablasının altında kalan kum, çakıllı kum, siltli killi kum, plastik olmayan silt — plastik indis PI < 12 koşuluyla
• TBDY 2018 Ek 16B: Basitleştirilmiş sıvılaşma değerlendirmesi — $S_S$ ve $S_1$ spektral ivme parametrelerinin tespiti
• Hedef alan ikame oranı: Sıvılaşma önlemek için $a_s = 0{,}10$–$0{,}25$

Tablo 8: Deprem ve Sıvılaşma Riski (TBDY 2018)

8.2 Geçirimsizlik Perde Tipleri

8.3 İklim Koşulları ve Don Derinliği

Tablo 9: İklim Koşulları ve Don Derinliği

Dikkat: Çimento hidrasyon reaksiyonu zemin-su sıcaklığının +5°C üzerinde olmasını gerektirir. Donmuş veya 5°C altındaki zeminlerde jet grout uygulaması yapılmamalıdır.

8.4 Birim Fiyatlar (ÇŞİDB 2024)

Tablo 10: Birim Fiyatlar (ÇŞİDB 2024)

*Çimento ve katkı malzemeleri dahil değildir; ayrı rayiç ile hesaplanır.

9. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Zemin tipi: Yumuşak kil, $E_s = 5{,}0$ MPa
• Jet sistemi: Tek sıvı (Jet 1), $D_c = 0{,}60$ m
• Kolon düzeni: 1,2 m aralıklı kare grid
• Kolon boyu: $L = 6{,}0$ m
• Kolon basınç dayanımı: $q_{u,lab} = 1{,}5$ MPa → $q_{u,c} = 0{,}5 \times 1{,}5 = 0{,}75$ MPa

İstenen: Alan ikame oranı ve tek kolon tasarım taşıma kapasitesi.

Çözüm:

$A_c = \frac{\pi \times 0{,}60^2}{4} = 0{,}283 \text{ m}^2$

$a_s = \frac{0{,}283}{1{,}2^2} = \frac{0{,}283}{1{,}44} = 0{,}197 \approx 0{,}20$

$Q_{ult} = 750 \times 0{,}283 + \frac{750}{2} \times \pi \times 0{,}60 \times 6{,}0 = 212{,}25 + 4241{,}15 = 4453 \text{ kN} \approx 445 \text{ kN}$

$Q_{izin} = \frac{445}{2{,}5} = 178 \text{ kN/kolon}$

Sonuç: $a_s = 0{,}20$; tek kolon izin verilen yük = 178 kN

Kontrol: $a_s = 0{,}20$ → Tablo 5'e göre taşıma kapasitesi artırımı aralığında (0,15–0,30) ✓

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Zemin: Orta katı kil, $q_u = 100$ kPa (orijinal), $E_s = 8$ MPa
• Jet sistemi: Çift sıvı (Jet 2), $D_c = 0{,}80$ m
• Kolon dizilimi: 1,6 m × 1,6 m kare grid; $L = 10{,}0$ m
• Uygulanan gerilme artışı: $\Delta\sigma = 100$ kPa

İstenen: 1) $a_s$, 2) $E_{comp}$, 3) İyileştirme öncesi ve sonrası oturma karşılaştırması.

Çözüm:

$A_c = \frac{\pi \times 0{,}80^2}{4} = 0{,}503 \text{ m}^2; \quad a_s = \frac{0{,}503}{1{,}6^2} = 0{,}197 \approx 0{,}20$

$q_{u,c} = 1{,}8 \text{ MPa}; \quad E_c = 100 \times 1800 = 180{,}000 \text{ kPa} = 180 \text{ MPa}$

$E_{comp} = 0{,}20 \times 180{,}000 + 0{,}80 \times 8{,}000 = 36{,}000 + 6{,}400 = 42{,}400 \text{ kPa} \approx 42{,}4 \text{ MPa}$

İyileştirilmemiş: $s_0 = \frac{100 \times 10}{8{,}000} = 125$ mm

İyileştirilmiş: $s_{iy} = \frac{100 \times 10}{42{,}400} = 24$ mm

Oturma azaltma oranı:

$\eta = 1 - \frac{24}{125} = 0{,}81 \quad \Rightarrow \quad \approx \%81 \text{ azalma}$

Sonuç: İyileştirme öncesi 125 mm, sonrası 24 mm oturma → %81 azalma (Konya vaka analizi ile uyumlu).

Problem 3 — Zor

Veriler:

• Zemin: Suya doygun siltli-kumlu zemin, Kocaeli ili (1. Deprem Bölgesi)
• SPT-N = 8 (düzeltilmiş), Fines Content = 20%, PI = 8% (< 12%)
• Yeraltı su seviyesi: YSS = 1,5 m; Derinlik: 8 m sıvılaşabilir tabaka
• TBDY 2018 Bölüm 16.6: $S_S = 1{,}25$ g, zemin sınıfı ZD
• İyileştirme: Jet 2, $D_c = 0{,}80$ m, $a_s = 0{,}20$
• Kolon: $q_{u,c} = 3{,}0$ MPa → $G_c \approx 120$ MPa; Zemin: $G_s = 5$ MPa

İstenen: 1) $G_r = G_c/G_s$, 2) Kayma gerilmesi azaltma faktörü, 3) TBDY 2018 sıvılaşma güvenlik sayısı.

Çözüm:

$G_r = \frac{G_c}{G_s} = \frac{120}{5} = 24$

Kayma gerilmesi azaltma faktörü (Baez, 1995 — ASCE):

$\alpha_s = \frac{G_r}{1 + a_s (G_r - 1)} = \frac{24}{1 + 0{,}20 \times (24 - 1)} = \frac{24}{1 + 4{,}6} = \frac{24}{5{,}6} = 4{,}29$

Zemin üzerindeki kayma gerilmesi azaltım oranı:

$\frac{\tau_{soil}}{\tau_{composite}} = \frac{1}{1 + a_s(G_r - 1)} = \frac{1}{5{,}6} = 0{,}179 \quad \Rightarrow \quad \%82 \text{ azalma}$

TBDY 2018 Bölüm 16.6 sıvılaşma değerlendirmesi:

$CSR = 0{,}65 \times \frac{\sigma_v}{\sigma'_v} \times \frac{a_{max}}{g} \times r_d = 0{,}65 \times \frac{130}{80} \times 0{,}40 \times 0{,}88 = 0{,}372$

İyileştirme sonrası:

$CSR_{soil} = 0{,}372 \times 0{,}179 = 0{,}067$

SPT-N = 8, FC = 20% için TBDY 2018 Ek 16B: $CRR \approx 0{,}13$

$FL = \frac{CRR}{CSR_{soil}} = \frac{0{,}13}{0{,}067} = 1{,}94$

TBDY 2018 kriteri: $FL \geq 1{,}25$ (DD-2 için)

Sonuç: $FL = 1{,}94 > 1{,}25$ → Sıvılaşma riski önlenmiştir ✓

$a_s = 0{,}20$ ile $G_r = 24$ kombinasyonu Kocaeli bölgesi için yeterli iyileştirmeyi sağlamaktadır.

10. Dikkat Edilmesi Gerekenler

1. Deneme kolonu zorunluluğu: Üretim başlamadan önce en az 3 adet deneme kolonu uygulanarak parametreler kalibre edilmelidir (TS EN 12716 Ek A).
2. Yüksek organik zeminler: Turba/organik kil (organik madde > %5) içeren zeminlerde özel katkı maddesi veya alternatif yöntem gereklidir (TS EN 12716 Madde 5.3).
3. Data logger zorunluluğu: TS EN 12716:2018 gereği her kolon için basınç, debi, çekme/dönüş hızı anlık kaydedilmeli; kayıtlar denetim için muhafaza edilmelidir.
4. Spoil return yönetimi: Geri dönen çimento-zemin karışımı komşu yapılara veya altyapıya zarar verebilir; özellikle tarihi yapı çevrelerinde (İstanbul, Bursa) özel titizlik gerekmektedir.
5. Kesişen kolonlarda örtüşme teyidi: Eksen mesafesi $\leq 0{,}9 D_c$ koşulunun sondajla doğrulanması şarttır (TS EN 12716 Madde 8.2).
6. TBDY 2018 sıvılaşma analizi: Yetersiz $a_s$ değeri ile yapılan iyileştirme deprem sırasında beklenen korumayı sağlayamaz.

İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Tablo 11: İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TS EN 12716 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
2. TS EN 1997-1:2004 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
3. EN 12390-3.
4. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
5. TS EN ISO 22282-3 — ISO / TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Kolon Boyutlandırma Hesaplama
• Kolon Donatısı Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.