Numune Hazırlama Yöntemi

50 60 70 80 90 100 0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 Dane Çapı, D (mm) El ek te n G eçe n ( % )

Şekil 4.3. Kullanılan Kaolin kilinin dane dağılım eğrisi

Tablo 4.1. Kullanılan Kaolin kilinin geoteknik özellikleri

Likit Limit, wL Plastik Limit, wP Plastisite İndisi, IP Özgül Ağırlık, Gs Kum Yüzdesi Silt Yüzdesi Kil Yüzdesi 51 34 17 2.59 0 49 51

Bölüm 4.2’de değinileceği üzere, seçilen numune hazırlama yöntemi ile farklı zamanlarda toplam 4 numune tankı kurulmuştur. Aynı esaslara göre gerçekleştirilen numune hazırlama yönteminde, tüm tanklardan neredeyse birbiriyle aynı özellikte numuneler elde edilebilmiştir. Toplam 30 adet deney numunesinin başlangıç boşluk

oranı, e0 = 1.23  0.03, başlangıç su muhtevası, w0 = %46.9  0.6, doğal birim hacim

ağırlığı, n = 16.78  0.21 kN/m3 ve kuru birim hacim ağırlığı, k = 11.42  0.17

kN/m³ gibi dar bir aralık içinde değişmektedir.

4.2. Numune Hazırlama Yöntemi

Doğadaki zemin yapısını en iyi temsil eden numune hazırlama yönteminin belirlenmesi, yapılacak deneylerin güvenirliliği açısından önemlidir. Kumlu

zeminlerin arazi koşullarında özellikleri değişmeden laboratuvara getirilmesi zor ve pahalı olmaktadır. Bu nedenle, kumlu zeminlerin arazide ölçülen birim hacim ağırlık ve rölatif sıkılığa göre laboratuvarda hazırlanması sıklıkla tercih edilmektedir. Killi zeminlerde ise araziden örselenmemiş numuneler alınabilmesine karşın, bazı teorik araştırmalarda heterojenlik, gerilme geçmişi, su muhtevası, başlangıç yapısı ve boşluk oranı gibi zemin davranışını büyük ölçüde etkileyebilecek faktörlerin etkisini en aza indirmek amacıyla deneye tabi tutulan zemin numunelerinin laboratuvarda hazırlanması tercih edilebilmektedir. Araştırmalarda farklı zemin türleri için kuru yağmurlama, ıslak tokmaklama, suda çöktürme ve bulamaç çamuru yöntemleri ile yapay numuneler hazırlanmaktadır.

Bu çalışmada, başlangıç statik kayma gerilmesine maruz killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışını açıklamak için teorik bir modelin geliştirilmesi hedeflendiğinden aynı başlangıç koşullarına sahip numuneler üzerinde deneylerin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Arazi koşullarından elde edilecek numunelerin büyük ölçüde birbirlerinden farklı özellikler göstermesi, numunelerin laboratuvar ortamında hazırlanması gereğini doğurmuştur. Bunun için de, çalışmada, hazırlanan numunelerin homojen olması, başlangıç doygunluk derecelerinin yüksek olması, aynı başlangıç boşluk oranlarına sahip olması gibi nedenlerden dolayı bulamaç çamuru ile numune hazırlama yöntemi tercih edilmiştir.

Bulamaç çamuru yöntemi özellikle killi zeminler için laboratuvar ortamında numune hazırlamakta en çok tercih edilen yöntemdir. Ansal ve Erken (1985), bu yöntemin yaklaşık da olsa, kil tabakalarının tabiatta meydana gelirken geçirdikleri aşamaların laboratuvarda tekrarlandığını düşünmekte ve deney numunelerinde tabiatta normal konsolide killerde görülene benzer düzlemsel izotropik bir yapı oluşmasını beklemektedirler. Ancak bu yöntem için henüz bir standart bulunmadığı için, önceki çalışmalardan elde edilen bilgiler doğrultusunda bulamaç çamuru hazırlanmaktadır. Bulamaç çamuru yönteminde homojen haldeki kuru karışımlar likit limitin 1 ila 2 katı civarında su muhtevasına sahip olacak şekilde damıtılmış su ilave edilerek hazırlanmaktadır. Hazırlanan bu bulamaç çamuru genellikle alt ve üst yüzeyleri drenaja açık büyük konsolidasyon aletlerine dökülmekte ve uygulanacak olan

önkonsolidasyon basıncına kademeli olarak ulaşacak şekilde yüklenmektedirler. Yükleme işlemleri ağırlık koyma veya hava basıncı ile sağlanmaktadır. Homojen bir yapıda bulamaç çamurunun sağlanması için literatürde kullanılan su muhtevası oranları ve yükleme aşamaları aşağıdaki gibi özetlenebilir.

Fujiwara vd. (1985), likit limite yakın bir su muhtevasında hazırlanan Kudamatsu kili bulamacını iki hafta boyunca 60 kPa’lık çevre basıncı ile büyük üç eksenli konsolidasyon aletinde izotrop olarak konsolide etmişlerdir.

Yasuhara vd. (1992), likit limit ile aynı su muhtevasındaki kil çamurunu, büyük konsolidasyon tankında 55 kPa’lık basınç altında önkonsolidasyona maruz bırakmışlardır.

Yasuhara vd. (1982), likit limiti %115 olan Ariake kilini (MH) %150 su muhtevasında (likit limitin 1.3 katı) homojenliği sağlamak için bulamaç olarak hazırlamışlardır. Kil karışımı büyük bir ödometreye döküldükten sonra yaklaşık 57 kPa’lık önkonsolidasyon basıncı 2 hafta boyunca uygulanmıştır.

Kallioglou vd. (2008), çalışmalarında kullanacakları yapay numuneleri, likit limitin 1.0 - 1.5 katı civarında su içeriğinde bulamaç olarak hazırlanmışlar ve daha sonra bir boyutlu olarak 100 kPa altında konsolide edilmişlerdir.

Ohara ve Matsuda (1988), likit limiti %53.5 olan kaolin kilini yaklaşık %80 su muhtevasında (likit limitin 1.5 katı) çamur olarak karıştırmıştır. Bir gün boyunca su muhtevasında koruduktan sonra, çamur bulamacının vakum hücresinde yarım saat kadar havası alınmıştır ve daha sonra basit kesme test aparatının kesme kutusuna membran içerisine yerleştirmiştir. Bulamaç çamurunu 49 ve 98 kPa basınç altında 22 saat önkonsolidasyona bırakılmıştır.

Wagg (1990), kil-silt karışımlarının dinamik yükleme sırasındaki davranışını belirlemek için deneylerde kullandığı numuneleri bulamaç çamuru hazırlayarak yapmıştır. Homojen olarak karıştırılan kil-silt karışımı likit limitin 1.5 katı su koyularak çamur bulamacı oluşturulmuş ve bir gece bekletilmiştir. Sonra kalıba

alınan bulamaç tekrar karıştırılıp elle sallanarak havası alınmıştır. Numune kalıba kaşıkla 3 tabaka halinde konulup, yüzeyden su çıkana kadar spatula ile düzenlenmekte hava girişini önlemek için numune ve tepesindeki gözenekli taş 5 mm su altında tutulmuştur.

Konrad ve Wagg (1993), kuru haldeki silt ve kili homojen olarak karıştırdıktan sonra, likit limitin 1.5 katı su içeriğinde çamur bulamacı oluşturmuşlardır.

Çalışmada, numuneler üç tabaka halinde hazırlanmış ve K0 şartları altında 100

kPa’lık düşey gerilmeye maruz bırakmıştır. Yüklemeler, 25 kPa, 50 kPa ve 100 kPa olmak üzere üç kademe halinde gerçekleştirilmiştir.

Ural (2008), kuru haldeki ince daneli zemin numunelerine, su muhtevası likit limitinin 1.5 katı olacak şekilde saf su ekleyip karıştırmıştır. Numunenin suyu tamamen alıp dengeye gelmesi için en az 24 saat bekledikten sonra karışım numune hücresine yerleştirilmiştir. Çok yumuşak durumdaki bu bulamacı önce yükleme yapılmadan kendi ağırlığı altında 24 saat bekletmiştir. Devamında ise, öngörülen konsolidasyon basıncına en az 10 adımda erişmek üzere kademeli yükleme uygulanmıştır.

Hyodo vd. (1994), kil üzerinde yaptıkları çalışmada, yoğrulmuş numuneler hazırlamak için likit limitin yaklaşık 2 katı başlangıç su muhtevasında kil çamuru karışımları hazırlamışlar ve bulamaç çamurunu 50 kPa’lık önkonsolidasyon basıncı altında konsolide etmişlerdir.

Erşan (2005), numunelerini likit limitinin 2 katı su muhtevasında homojen bir özelliğe sahip oluncaya kadar mikserle karıştırarak hazırlamıştır. Çamur bulamacının konsolidasyon aletine yerleştirilmesi sırasında numune içinde kalması muhtemel havanın titreşim uygulayarak dışarı çıkarılması sağlanmıştır. Çamur konsolidasyon aletinde düşey efektif gerilme 25 kPa’dan başlayarak 50 ve 100 kPa olarak kademeli bir şekilde uygulanmış ve her yük kademesinde numune iki hafta süre ile konsolide edilmiştir.

Hyde vd. (2006), düşük plastisiteli siltler üzerinde yaptığı çalışmada, likit limitin 2 katında hazırlanan çamur bulamacını çelik silindir piston kullanarak 80 kPa’lık düşey gerilme altında konsolide etmiştir.

Bu çalışmada ise, literatürdeki bilgiler doğrultusunda, kuru olarak temin edilen

kaolin kili, likit limitinin yaklaşık 1.25 katı su muhtevasında (wn  % 65) havası

alınmış su ile karıştırılmıştır. Mikserle gerçekleştirilen karıştırma işlemi sırasında, numunede topaklanmaların oluşmamasına özen gösterilmiştir. Karıştırma işlemine, homojenliğin sağlanıldığından emin oluncaya kadar devam edilmiştir. Bu sürecin ardından, karışımın suyu tamamen alarak dengeye gelmesi için bulamaç bir gün boyunca nem odasında bekletilmiştir.

Ertesi gün, tekrar mikserle karıştırılan çamur bulamacı (Foto 4.1a), sert plastikten yapılmış numune tankı içerisine yerleştirilmiştir (Foto 4.1b). Çalışmada kullanılan

numune tankı, 20^cm  20cm  20cm boyutlarındaki olup alt ve üst yüzeyleri suyun

drenajını sağlamak için delikli olarak imal edilmiştir (Foto 4.1c). Poroz taş ve filtre kağıdı görevi görmesi için numune tankının içi suya doygun durumda olan geotekstil malzeme ile sarılmıştır (Foto 4.1d). Geotekstil malzeme hem zeminin drenajına izin verecek hem de yükleme sırasında, çamur bulamacı halindeki danelerin tanktan sızmasını engelleyecektir. Kalıp içerisine numune 3 seferde konulup her tabaka sonunda çamur bulamacı arasında boşluk kalmaması için plastik tokmakla titreşim uygulanmış ve çamur bulamacının numune tankı içerisinde iyice yerleşmesi sağlanmıştır (Foto 4.1e). Numune tankına yerleştirilmiş olan geotekstil malzemenin uç kısımları numunenin üstüne örtülerek, numune geotekstil ile bohçalanmıştır. Üzerinde drenaj delikleri olan üst başlık da numune üzerine yerleştirilmiştir. Daha sonra numune tankı, kendinden daha geniş bir su tankı içerisine konulur ve su tankının içi suyla doldurulur (Foto 4.1f). Üniform ve homojen numunelerin elde

edilebilmesi için K0 konsolidasyon koşullarında yaklaşık 62.5 kPa’lık

önkonsolidasyon basıncı değerine karşılık gelecek şekilde numune tankının üst başlığından pnömatik silindir ile eksenel yük uygulanmıştır. Önkonsolidasyon basıncı; 15 kPa, 30 kPa, 45 kPa ve 62.5 kPa’lık dört yükleme kademesinde ve her kademe süresi 1 hafta olacak şekilde uygulanmıştır. Bu süreç içerisinde, uygulanan

basınçlar altında konsolidasyonun tamamladığından emin olmak için numune tankında deplasman ölçümleri yapılmıştır.

Bir aylık konsolidasyon işlemi sonunda, uygulanan gerilme kademeli olarak azaltılmış ve numune tankı su tankı içerisinden çıkarılmıştır (Foto 4.1g). Suyun süzülme işleminin ardından, yaklaşık 36 mm çapında 100 mm yüksekliğindeki iç kısımları yağlanmış ince cidarlı numune alıcılar, örselenmeyi en az seviyeye indirebilmek için numune tankına kriko ile yavaşça itilmiştir (Foto 4.1h ve Foto 4.1i). Numune alıcıların etrafları oyularak, numune alıcılar kalıp halinde numune tankından çıkarılmıştır (Foto 4.1j). Numunelerin hava ile temasının kesilebilmesi için çok ince plastiklerle sarılmış (Foto 4.1k) ve daha sonra hava geçirmez poşetlere konularak deney gününe kadar nem odasındaki desikatörlerde bekletilmiştir.

Bu yöntemle elde edilen numunelerin homojenliklerinden emin olmak için hem düşey hem de yatay doğrultuda su muhtevası kontrolleri gerçekleştirilmiştir. Böylece, birbirleri ile ilişkili olan numunelerin diğer fiziksel özelliklerinin de homojenliği hakkında fikir sahibi olunabilecektir. Numunelerde derinlikle su muhtevaları değişimleri incelendiğinde, su muhtevalarının drenaja açık olan üst ve alt kısımlarda sırasıyla %47.0 ve %46.9, orta kısımda ise %47.5 olduğu belirlenmiştir. Orta kısımdaki bölümde, suyun drenaj yolunun daha uzun olmasından dolayı, bu kısımda boşluk suyu basınçları tam olarak sönümlenememiş ve buradaki su muhtevası değeri, alt ve üst yüzeydekilere göre daha fazla çıkmıştır. Ancak, düşey yöndeki ortalama su muhtevasının, w = %47.1  0.3 oluşu düşey yönde homojenliğin büyük ölçüde sağlanabildiğini göstermektedir. Farkın bu kadar küçük oluşu, konsolidasyon için bir ay gibi uzunca bir sürenin seçilmesinden kaynaklanmaktadır. Konsolidasyon süresinin uzatılması ile numune boyunca su muhtevası farkı daha da

küçük seviyelere indirilebilir. Atkinson vd. (1987), Kaolin kilini (wL = 65)

kullanarak, benzer bir numune hazırlama yöntemi gerçekleştirmiş ve 76 mm’lik

yüksekliğindeki numune boyunca su muhtevasının %1 değiştiği gözlemlemişlerdir.

Mitachi vd. (1988) ise 80 kPa’lık önkonsolidasyon basıncına maruz bırakılan bulamaç çamurunun, iki haftalık tek yönlü konsolidasyonu sonunda numune boyunca su muhtevası değişiminin %1’den az olduğunu belirtmişlerdir.

Bu çalışmada gerçekleştirilen deneyler için yukarıda bahsedildiği şekilde dört farklı numune tankı kurulmuştur. Monotonik ve tekrarlı deneyler için toplam 30 adet üç eksenli deney numunesi kullanılmıştır. Bu numunelerin deney öncesi su muhtevası,

w0 = %46.9  0.6 olarak tespit edilmiştir. Numunelerin boşluk oranları, e0 = 1.23 

0.03, doğal birim hacim ağırlığı, n = 16.78  0.21 kN/m3 ve kuru birim hacim

ağırlığı, k = 11.42  0.17 kN/m3 gibi çok dar bir aralık içerisinde dağılmıştır. Farklı

zamanlarda yapay olarak hazırlanan numuneler için farkın bu kadar az oluşu, uygulanan numune hazırlama yöntemi ile homojen numunelerin elde edilebildiğini göstermiştir. Bu değerlendirmelerden anlaşılacağı üzere, killi zeminler için uzun süreli konsolidasyona müsaade edilmesi durumunda, çamur bulamacı yönteminin homojen numune hazırlamada başarılı bir sonuç vereceği düşünülebilir.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h) Foto 4.1. (Devam) Numune hazırlama yöntemi

(i) (j)

(k) Foto 4.1. (Devam) Numune hazırlama yöntemi