Doygun olmayan zemilerin üç eksenli deneyleri

Üç eksenli deney, laboratuvarda bir zeminin kayma dayanımını ölçmek için

kullanılan en yaygın testlerden biridir. Üç eksenli deney için çeşitli prosedürler

vardır. Ancak, tüm test prosedürlerinde ortak olan üç eksenli deneyde kullanılan

temel ilkeler vardır. Üç eksenli deneyler, genellikle üç eksenli hücreye yerleştirilen

bir kauçuk membran içine silindirik bir zemin numunesi konularak gerçekleştirilir.

Çevre basıncı uygulamak için hücre su veya herhangi bir uygun akışkan ile

doldurulur. Hücre içindeki numuneye yükleme pistonu temas halinde olacak şekilde

eksenel gerilme uygulanır [15].

a) Birinci aşama

Çevre basıncı uygulaması üç eksenli deneyin ilk aşaması olarak kabul edilir. Çevre

basıncı uygulanması ile numunenin içindeki suyun akması ya da akmaması sağlanır.

Konsolidasyon, numuneye basınç oluşturarak fazla olan boşluk su basıncının

akmasını sağlamaktır. Bunun sonuçunda hacim değişimi meydana gelmektedir.

Konsolidasyon aşamasında numunenin suyunun akması sağlanıyorsa konsolidasyon

gerçekleşmiş olur, bunun aksine numuneden su akmıyorsa konsiladasyon süreci

geçekleşmez. Konsolide ve konsolide olmayan koşullar üç eksenli deneylerin ilk

kriteri olarak olarak kategorize edilir [15].

b) İkinci aşama

Eksenel gerilme uygulanması, ikinci aşama ya da üç eksenli deneyi kesme aşaması

olarak kabul edilir. Geleneksel üç eksenli deneyde numune eksenel bir yük

17

uygulanarak kesilir. Kırılma durumu oluşana dek eksenel gerilme sürekli artar.

Genellikle eksenel gerilme eksenel yöndeki toplam ana asal gerilme gibi, σ1 davranır.

Yanal yöndeki izotropik çevre basıncı (confining pressure) da toplam küçük/ikincil

asal gerilme gibi(σ3) davranır. Kesme esnasında boşluk suyunun numuneye grip

çikması sağlanırsa bu tür deneylere drenajlı deneyler denir.Bunu aksine ise su akışı

önlendiği için drenajsız deney denmektedir [15].

Boşluk hava ve boşluk suyu fazları kesme sırasında farklı drenaj koşullarına sahip

olabilir. Kesme direnci deneyinde kırılma durumu meydana gelene kadar numuneye

uygulanan yük kademeli olarak artan şekilde yükleme gerçekleştirilir. Deneyi

gerçekleştirmek için birkaç yol vardır. Drenajlı üç eksenli basınç deneyi Şekil. 3.4.

a’da gösterildiği gibi boşluk basınçları sabit tutulur. Numuneye sabit kılcal emme

uygulanır ve sabit çevre basıncının içinde tutulur, yani net küçük/ikincil normal

gerilme (σ₃ −u_a)'dir. Numuneyeuygulanan net eksenel basınç (yani net ana normal

gerilme) (σ₁ -u_a) artrılrak kırılma durumu meydana gelene kadar eksenel basınç

uygulanır. Büyük ve küçük normal gerilmelerin arasındaki fark deviatör gerilme (σ1

− σ3) olarak adlandırılır ve Şekil 3.4. b'de gösterildiği gibi zeminin kesme

gerilmesinin ölçüsüdür. Maksimum deviator gerilmesi (σ1 − σ₃)_max zeminin kayma

direncinin göstergesidir ve kırılma kriteri olarak kullanılmıştır. Şekil 5.3b’de

gösterildiği gibi kırılma koşullarına karşılık gelen net asal gerilmeleri; net büyük/ana

ve küçük/ikincil normal gerilmeleri (yani., (σ1 −ua)f and (σ3 −ua)f olarak adlandırılır

[15].

3.4.3. Deney türleri

Doygun olmayan zeminlerin üç eksenli deney prosedürleri, deneyin ilk ve ikinci

aşamalarında drenaj koşullarına bağlı olarakfarklılık gösteriri. Üç eksenli deney

metotları aşağıdaki gibi isimlendirilmiştir ve genellikle iki kelime ya da kısaltılmış

iki harfli sembol ile adlandırılır.

1. Konsolidasyonlu drenajlı (CD) deney,

2. Sabit su içeriği (CW) deneyi,

3. Konsolidasyonlu drenajsız (CU) deney,

4. Konsolidasyonsuz drenajsız (UU) deney ve

5. Serbest basınç (UC) deneyi.

Tablo 3.1. Üç eksenli deney türleri [8]

1) Konsolidasyonlu Drenajlı (CD) deney

Konsolidasyonlu deranjlı (CD) deney laboratuvar ortamında kayma direncini ölçmek

için yapılan genel bir deneydir. CD deney, Şekil. 3.6.’da gösterildiği gibi numune

önce konsolide edilip ardından drenajlı durumda kesilmekte olan deney olarak ifade

edilir. Bu tür deneylerde amaç, numunenin gerçeğe yakın gerilme durumunda

konsolide etmektir. Üç eksenli hücrenin içindeki numune genellikle σ3 izotropik

çevre basıncı ile konsolide edilir. Boşluk hava, (ua) ve boşluk suyu(uw) basınçları

seçilen değerlerinde tutulur.

19

Konsolidasyonun sonunda numunede net çevre basıncı (σ3 − ua) ve kılcal gerilme (ua

– uw) vardır. Yayılmış havayı genellikle numunenin altındaki taban plakasından

almak için günde bir kere konsolidasyon ve kesme aşamalarından önce yıkama

(flushing) yapılır. Kesme esnasında, numuneye deviatör gerilme (σ1 − σ3)

uygulanarak eksenel yönde yük uygulanır. Deneyin sonuna kadar drenaj vanaları

açık tutulup boşluk hava basıncı ve su basıncı sabit değerlerde bırakılır. Numunede

fazladan boşluk hava basıncı ve su basıncı oluşmasını önlemek için deviatör gerilme

yavaşca uygulanır. Şekil 3.6.’de gösterildiği gibi kırılma durumu meydana gelene

kadar net çevre basıncı (σ3 − ua) ve kılcal gerilme (ua – uw) sabit tutulur. Kesme

esnasında sadece deviatör gerilme (σ1 − σ3) ve net ana asal gerilme kırılma (σ1 −

ua)fdeğerine ulaşana kadar artmaktadır [15].

Şekil 3.5. Konsolidasyonlu drenajlı üç eksenli deneyin gerilme koşulları [8]

2) Sabit-Su-İçeriği Deneyi

Numune önce konsolide edilir daha sonra da sabit su içeriğinde kesilir. Sabit su

içeriği deneyi (CW), drenajsız durumda su içeriğinin sabit kalması için sadece hava

akmasına izin verilir. Drenajlı durumda da konsolidasyon prosedürü drenajsız

deneyin prosedürüne benzerdir. Şekil 3.7’de gösterildiği gibi konsolidasyonun

sonunda dengeye ulaştığında numunede net çevre basıncı (σ3 − ua) ve kılcal gerilme

(ua – uw) vardır. Sonra kırılma durumuna ulaşılana kadar daviatör gerilme (σ1 − σ3)

artırılarak numune kesilir. Kesme esnasında, drenajlı durumda boşluk hava

basıncının boşalması için drenaj vanası açik bırakılır, drenajsız durumda ise vana

kapalı tutulur [15].

Şekil 3.6. Sabit su içerikli üç eksenli deneyin gerime koşulları [8])

3) Konsolidasyonlu deranjsız deney

Konsolidasyonlu drenajsız üç eksenli basınç (CU) deney laboratuvar ortamında

yapılan kayma direncini ölçmek için yapılan deneydir. CU deney, Şekil 3.8.’de

gösterildiği gibi numune önce konsolide edilip, drenajsız olarak kesilmekte olan

deney olarak ifade edilir. Konsolidasyon işlemi istenen numuneye ilk önce başlangıç

gerilme (i.e., σ3 − u_a ve u_a – uw) uygulanır. 1 atmosferik basınçtan daha fazla kılcal

emme oluşturmak için eksen kaydırma tekniği uygulanır. Denge durumuna

geldiğinde; boşluk, su ve hava basıncı vanalarını kapalı tutup eksenel yükü (σ1 − σ3)

artırarak numune kesilir [15].

21

Şekil 3.7. Konsolidasyonlu drenajsız üç eksenli deneyin gerilme koşulları [8]

4) Konsolidasyonsuz Drenajsız Deney

Konsolidasyonsuz drenajsız (UU) deney, doygun olmayan zeminlerde

konsolidasyonsuz drenajsız deneyinin prosedürü doygun zeminlerin deneyine benzer.

Doygun olmayan zeminin numunesi başlangıç su muhtevasında ve kılcal emmede

test edilir. Şekil 3.9.’da gösterildiği gibi üç eksenli kesme cihazında, çevre basıncı

belirli bir değerde tutularak ve su muhtevasının değişmesi önlenlendiği için

konsolidasyon işlemi de uygulanamaz. Deviatör gerilme (σd) uygulayarak numune

kesilir. Boşluk, su ve hava basıncı çıkışı olmadığı için deney hızlı yapılabilir [15].

5) Serbest basınç (UC) deneyi

Serbest basınç deneyi, genel olarak kil numuneler için kullanılan konsolidasyonsuz

drenajsız deneyin özel bir türüdür. Şekil 3.10.’da gösterildiği gibi deney boyunca

numuneye hücre basıncı uygulanmamaktadır. Deviatör gerilme uygulanarak deney

yapılır. Deney başlangıcında, doygun olmayan zemin numunede boşluk basıncı

negatifdir ve hava basıncı da atmosferik olarak kabul edilebilir. Bu nedenle, zemin

kılcal emme (ua – uw)’si sayısal olarak boşluk su basıncı ile eşittir. Hücre basıncı sıfır

olduğu için deviatör gerilme (σ1 − σ3) büyük asal gerilme ile eşittir [15].

BÖLÜM 4. MATERYAL VE METOD

Belgede Doygun olmayan zeminlerin mekanik özellikleri (sayfa 28-35)