Konsolidasyon Nedir? Konsolidasyon Teorisi, Deneyi ve Süreci

Doygun zeminlerde, hava suyun yerini almadan, su muhtevasının düşümüne konsolidasyon adı verilmektedir. Bir üst yapı yükü veya toprak dolgusu ağırlığı altında efektif düşey gerilmedeki artış sonucu, zamanla zemin yüzeyinde meydana gelen oturmaya konsolidasyon denir. Konsolidasyon, geoteknik mühendisliğinde incelenen başlıca konulardandır.

Zemin taneleri arasında boşluklarda yer alan su düşük permeabiliteli ince taneli zeminlerde yükleme sonucu hemen ortamı terk etmez. Bu durum boşluk suyu basıncının artmasına yol açar. Artan boşluk suyu basıncı nedeniyle zeminde bir su akımı meydana gelir ve boşluk suyu zamanla ddışarıya atılır. Konsolidasyon zamana bağlı olarak gelişen bir süreçtir ve bazı zeminlerde 100 yıla varan uzun bir sürede gerçekleşir. Zeminlerin boşluk oranları ve permeabilite katsayıları arttıkça konsolidasyon hızları da buna bağlı olarak artmaktadır

Zeminlerde gerilme-şekil değiştirme ilişkisi beton ya da çelik gibi malzemelere kıyasla karmaşıktır ve zeminin cinsine göre büyük farklılıklar gösterir. Özellikle ince daneli zeminlerde şekil değiştirmeler zamana bağlı olarak gözlenmektedir. Zeminin zamanla ilişkili şekil değiştirmesi (konsolidasyon) özellikle ince daneli zeminlerde oturma hesabında kullanılmaktadır.

Oturma yer altı su seviyesindeki düşüş, titreşim gibi etkilerle de oluşmasına rağmen genellikle dış yükleme nedeniyle belirmektedir. Tipik olarak, lineer olmamakla beraber gerilmenin artmasıyla oturma büyüklüğü artmaktadır. Örneğin, zemin yüzeyine uygulanan herhangi bir yükün sonucu olarak temel altında oturmalar tahmin edilebilmektedir. Bunun yanında kazı ve yer altı su seviyesindeki yükselişten dolayı efektif gerilmedeki azalım gibi nedenlerle yükün kalkması durumunda ise şişme veya kabarma meydana gelebilir.

Zemin hacmi ve efektif gerilme arasındaki zamandan bağımsız ilişki ise sıkışma olarak tanımlanır.

Konsolidasyon Teorisi

Konsolidasyon teorisi, zeminin konsolidasyon sürecindeki davranışı ve konsolidasyondan kaynaklanan oturmaların büyüklük ve zamanlaması hakkında bilgi veren teoremdir. Terzaghi, killerin sıkışmasında oluşan fazla boşluk suyu basınçlarının zamanla sistem dışına atılması sonucu boşluk hacminde azalmaların meydana  geldiğini farkederek bu teoremi geliştirmiştir.

İnce daneli zeminler olarak bilinen kil ve silte bakıldığında permeabilite (geçirimlilik) çok düşük olmakla birlikte, suyun dışarı çıkması çok yavaş ve konsolidasyon süresinin de çok uzun olduğu gözlemlenmektedir.

Teori, zeminin suya doygun olması, drenajın düşey yönde olması ve zeminin yatay yönde genişlemediği gibi varsayımlar yapmaktadır. Teori, killerin yüzde yüz doygun olduğu kabul edilerek geliştirilmiştir. Böylece sıkışmanın havadan kaynaklanmadığı düşüncesi çözüme kolaylık sağlamaktadır. Zeminlerin sıkışması hesaplanırken gerilme, şekil değiştirme ve zaman parametreleri üzerinde durulmaktadır.

Teoremde yapılan kabuller şunlardır:

• a) Zemin homojendir,
• b) Boşlukların hepsi su ile doludur,
• c) Darcy yasası geçerlidir,
• d) Gerilme artışları ani olarak uygulanır,
• e) Sıkışmalar ve zemin hareketi tek yönde oluşur.

Konsolidasyon Deneyi

Ödometre aleti kullanılarak konsolidasyon deneyi gerçekleştirilmektedir. Bir boyutlu ödometre deneyi ilk olarak Terzahgi tarafından uygulanmıştır. Ödometre deneyi, ince daneli zeminlerin 1 boyutlu konsolidasyon davranışının belirlenmesinde kullanılmaktadır.

Arazideki zemin katmanlarının düşey yüklemeler altında sıkışması esasına dayanarak laboratuvardaki doygun zemin numunelerinin yatay genişlemelerinin engellenmesi amaçlanmaktadır. Buna yönelik olarak numuneler bir çelik halka içine yerleştirilerek bu aşama gerçekleştirilir. Numunenin alt ve üst yüzeyine konan gözenekli taşlar ile zemin içindeki suyun düşey doğrultuda dışarı çıkmasını sağlamak hedeflenmektedir.

Ayrıca bu deneyde zeminin tabakalarının düşey yüklemeler altındaki sıkışması tek boyutlu (düşey doğrultuda) olduğu için deney sırasında yanal gerilmelere izin verilmemekte ve belirli düşey yükler altında zeminin boy kısalması hesaplanmaktadır.

Konsolidasyon Süreci

Terzahgi konsolidasyon teorisi, geçirimliliği düşük zeminlerde sıkışmaların yüklenme ile hemen gerçekleşmeyeceğini varsaymakta ve fazla boşluk suyu basınçlarının zaman içerisinde sönümlenmesiyle ortaya çıktığını öne sürmektedir.

Zemin geçirimliliği sıfırdan büyük ise fazla boşluk suyu basıncının zaman içinde sönümlenmesi beklenir. Başlangıçta uygulanan toplam gerilmenin tümü su tarafından taşınırken zaman içinde boşluk suyu basıncının sönümlenmesiyle birlikte boşluk suyu basıncı sıfıra yönelirken efektif gerilme toplam gerilmeye eşit olacaktır. Bunun sonucunda hacimsel azalma meydana gelecektir.

Sıkışma, boşluklardaki suyun dışarı çıkması sonucu, zemin iskeletindeki hacim değişiminden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, boşluk oranındaki değişim büyük önem kazanmaktadır.

Yukarıdaki şekil incelendiğinde yükleme – zaman, boşluk suyu basıncının artması – zaman, efektif gerilmenin yükselmesi – zaman ve hacim azalması – zaman parametrelerine bağlı olarak konsolidasyon sürecinin tamamlanması görülmektedir.

Yararlanılan Kaynaklar:
İrfan SAVAŞ-SIĞ TEMELLERİN KONSOLİDASYON OTURMASININ HESAPLANMASINDA KULLANILAN GELENEKSEL YÖNTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI
Özge ÖNCÜ BALİ-YUMUŞAK ZEMİNLER ÜZERİNDEKİ YOL DOLGULARINDA KONSOLİDASYONUN HIZLANDIRILMASI
Yadigar ALTUNDAĞ-SİLTLİ ZEMİNLERİN KONSOLİDASYON KARAKTERİSTİKLERİ