A laboratory study on the use of lime columns to improve expansive soils

Şişen zeminler, mevsimsel nem değişikliklerinden dolayı oluşan döngüsel büzüşme-şişme davranışlarıyla tanınırlar. Şişen zeminlerde meydana gelen döngüsel hareketler, bu zeminlerin mineralojik yapısına bağlı olarak parçacık düzeyindeki fiziko-kimyasal değişimlerinden ileri gelmektedir. Su içeriği değişimine yatkın zemin derinliği, aktif derinlik olarak bilinir ve önceki çalışmalara göre bu derinlik değişiklik gösterir. Bu derinliklerdeki hareketler, altyapıları örten zeminlerdeki önemli deformasyonları yüzeyde yansıtır. Sonuç olarak, bu tür zeminler üzerinde herhangi bir yapı çalışmasından önce şişen zeminlerin iyileştirilmesi gerekmektedir. Mevcut yöntemlerin birçoğu derin zemin stabilizasyonuna uygun olmadığı için bu araştırmada kireç kolon tekniği ile zemin iyileştirilmesi çalışılmıştır. Şişen zeminlerin stabilizasyonu için kireç kolon tekniği uygulanmıştır. Bununla birlikte lignosülfonat içeren kireç kolon, literatürde çalışılmamıştır. Bu çalışmanın esas amacı, kireç kolon tekniği üzerindeki lignosülfonat etkisinin araştırılmasıdır. Kaolinin ve bentonitin karıştırılmasıyla oluşturulan yüksek plastisiteli bir kil numunesi üzerinde laboratuvar çalışmaları yürütülmüştür. Stabilizasyon süresi boyunca iyileştirilmiş numunelerin serbest basınç mukavemeti, şişme potansiyeli, permeabilite katsayısı, CEC, SSA değişimi araştırılmıştır. Boyut etkisinin test sonuçları üzerindeki etkisi farklı ölçeklerdeki kalıplar kullanılarak araştırılmıştır. Zemin içerisindeki kireç difüzyonu, bu teknikte önemli bir faktördür. Zemin içerisindeki kireç difüzyonunu artırmak için kireç kolonlara katkı malzemesi olarak lignosülfonat ilave edilmiştir. Kireç kolonu tekniğinin, hem şişme davranışını en aza indirmedeki hem de zeminin mukavemetini önemli derinliklere kadar değiştirmedeki etkinliği kapsamlı laboratuvar çalışmaları yürüterek araştırılmıştır. Lignosülfonatlı kireç kolon metodunun etkisi, şişen zeminlerin kabarma hareketi bakımından değerlendirilmiştir. Bu çalışmada yeni bir metod tasarlanmıştır: Birleştirilmiş iyileştirme metodu, ön ıslatma, lignosülfonatlı kireç kolon ve geotextile+ankraj tekniklerini içermektedir. LLC ile iyileştirilen numuneler 37 adet kolondan oluşurken, CIM ile iyileştirilen numunelerde kolon sayısı yalnızca 19 adettir. Zemin parametrelerindeki değişim, iyileştirilmiş ve iyileştirilmemiş numuneler test edilerek araştırılmıştır. Serbest şişme ve CBR deney sonuçları, her iki iyileştirme metodunun, zemin özelliklerini kür etkisi ile güçlendirdiğini göstermektedir. Ek olarak, kolonlar arasındaki bir bölgeden alınan numunelerin özelliklerindeki değişim, serbest şişme deneyi, tek eksenli basınç deneyi, SEM-EDX analizi gibi testlerle gözlemlenmiştir. Bu test ve analizlerin sonuçları, zemin özelliklerinin bu metodlar ile iyileştiğini aşağıda belirtildiği gibi göstermiştir: Kireç kolon stabilizayonunda, kireç kolonun yüksekliği aktif bölgenin derinliği kadar olmalıdır. Kireç kolonun su muhtevası arttığında, kireç kolon metodu ile iyileştirilen numunelerin şişme potansiyeli azalmaktadır. Kireç kolona lignosülfonat ilavesi, bu çalışmada hazırlanan şişen zemin içerisindeki kireç parçacıklarının difüzyon hızını artırmıştır. Stabilizasyon için kalsiyum lignosülfonat, sodyum lignosülfonata göre daha etkilidir. Lignosülfonat kireç kolon ile iyileştirilen numunelerin serbest basınç mukavemeti, iyileştirilmemiş numunelerinkinden daha büyüktür. Birleştirilmiş iyileştirme metodu (CIM) ile iyileştirilen numuneler, bu çalışmada hazırlanan iyileştirilmemiş ve diğer iyileştirilen numunlere göre hacimsel değişikliğe karşı daha rijit ve dayanıklıdır. Aynı zamanda CIM metodunun iyileştirme süreci, bu çalışmada uygulanan diğer metodlara göre daha hızlıdır. Bu çalışmada bir tasarım yöntemi (CIM) geliştirilmiş ve alt temel kil tabakalarının aktif derinlikteki yüksek şişme potansiyelinin bu yöntemle düşük şişme potansiyeli değerlerine indirilebileceği gösterilmiştir.