Kompaksiyon yöntemleri ve zemin dokusu…

Sadece Proctor sıkıştırma deney sonuçlarına dayanmak, tüm dolguların optimum su içeriğine hemen hemen eşit bir su muhtevası ile sıkıştırılması gerektiği izlenimi vermektedir. Çünkü bu yöntem en az kompaksiyon çabası için en yüksek doygun birim hacim ağırlığa ulaşır. Bu durum, projelerin çoğunda yapılan bir şeydir.

Bununla birlikte, ilave kompaksiyon çabası kullanımı yoluyla optimumun hafifçe ıslak veya kuru tarafında sıkıştırılan zeminler de gerekli doygun birim hacim ağırlığa

ulaşabilirler. Bu yöntem daha pahalı olmasına rağmen, farklı dokuya özellikle killerde muhtemelen daha uygun mühendislik özelliklerine sahip bir dolguya yol açar. Optimumun kuru tarafında sıkıştırıldığı zaman, killer Şekil 4.11. de gösterildiği gibi floküle bir doku kazanırlar. Bu gibi zeminler, optimumun ıslak tarafında sıkıştırılanlardan daha yüksek bir hidrolik iletkenliğe ve daha büyük bir kesme dayanımına sahiptirler. Aksine, optimumun ıslak tarafında sıkıştırılan killer, mühendislik özelliklerini de etkileyen daha yönelimli bir doku kazanırlar.

Şekil 4.11. Killerde Kompaksiyon Sırasında Su Đçeriğinin Zemin Dokusuna Etkisi

Kil dolgulardaki doku sıkıştırma yöntemine de bağlıdır. Örneğin, basınç kompaksiyonu elle yapılan kompaksiyondan daha farklı bir dokuya yol açar. Bu etkiler özellikle zemin optimumun ıslak tarafında sıkıştırıldığı zaman belirgindir.

Bu doku etkileri genellikle alışılagelen sıkıştırılmış dolgu projelerinde dikkate alınmamasına rağmen, toprak barajlar veya çok derin dolgular gibi kritik projelerde önemli olabilirler. Örneğin, bir toprak barajın çekirdeğini inşa etmek için kullanılan killer düşük bir hidrolik iletkenlik sağlamak amacıyla optimumun ıslak tarafında yerleştirilebilir. Bu gibi projeler, çeşitli sıkıştırma su içerikleri ve yöntemler kullanılarak zeminler üzerinde bir dizi laboratuvar deneyleri yapmayı ve deneylerin sonuçlarına bağlı sıkıştırma şartnameleri geliştirmeyi içerebilir [11].

4.3.7. Üç eksenli basınç deneyi (UU deneyi) (konsolidasyonsuz-drenajsız)

Zemin mekaniğinde yarım sonsuz ortam olarak dikkate aldığımız zemin kitlesinin herhangi bir derinliğinden bir zemin numunesinin çıkarılması halinde, numune üzerinde bulunan yatay ve düşey gerilmeler kaldırılmış olmaktadır. Laboratuarda deneye tabi tutulacak numuneler üzerinde mümkün olduğunca arazi koşullarının sağlanmasına gayret gösterilir. Üç eksenli kesme deneyi ile arazi koşullarına uygun yatay ve düşey gerilmeler numune üzerine uygulanabilmektedir. Ayrıca numuneler değişik yatay ve düşey gerilmeler altında kesilebilmektedir.

Üç eksenli deneyde numunenin çevresine, alt ve üst yüzeylerine aynı basınç (hidrostatik basınç) uygulanabilmektedir. Uygulanan bu basınca çevre basıncı ya da hücre basıncı adı verilmektedir. Çevre basıncı, bir hücre içerisinde bulunan numunenin çevresine doldurulan bir sıvı genellikle su üzerine basınç uygulanarak elde edilir.

Üç eksenli kesme deneyinde kullanılan numuneler üzerindeki gerilme durumu arazide meydana gelmesi beklenen gerilme durumu gibi düzenlenerek deney yapılması en mantıklı yoldur. Bunun için arazideki yatay gerilmeler numunede çevre basıncı olarak uygulandıktan sonra düşey doğrultudaki gerilme arttırılarak numunenin kesilmesi sağlanır. Düşey gerilmedeki artış deviatör gerilme olarak adlandırılmaktadır. Numune üzerine uygulanan deviatör gerilmenin arttırılması ile düşey doğrultudaki asal gerilme çevre basıncından farklıdır.

UU Deneyi: Bu deneyde çevre basıncı uygulandıktan hemen sonra deviatör gerilme arttırılarak numunenin kesilmesi sağlanır. Deviatör gerilmenin hızlı bir şekilde uygulanması ile deney süresince numunenin konsolide olmasına ve suyun drenajına müsaade edilmez. Bu deneyin doygun haldeki kil numunelerle yapılması halinde içsel sürtünme açısı daima sıfır olur. Deney sonucunda zeminin drenajsız kayma direnci elde edilir. Boşluk suyu basınçları konsolidasyon ve kesme aşamalarında sistem dışına çıkamadığından en yüksek düzeyde kalır. Bu deney, çapı 3,5cm ila 11cm arasında yüksekliği ise, çapının iki katı dolayında olan silindirik numune tüpleri ile yapılır.

Kesme kutusu deneyine göre üç eksenli deneyin bir çok üstünlüğü bulunmaktadır. Bu üstünlüklerden en önemli üç tanesi;

1- Numunede meydana gelen hacim değişmeleri daha hassas olarak ölçülebilir. 2- Üç eksenli kesme deneyinin bütün aşamalarında numunenin gerilme durumu

bilinir. Oysa; kesme kutusu deneyinde sadece kırılma anındaki gerilme durumu bilinir.

3- Zeminlerin bazı özelliklerinin, örneğin elastisite modülü ve poisson oranı vb. belirlenmesinde sağlanması gereken özel durumlara üç eksenli deneyin uyarlanması daha kolaydır [3].

Bu deney kohezyonlu bir zeminin basınç dayanımının üç eksenli kesme cihazında, hücre basıncı belirli bir değerde tutularak su muhtevasının değişmesi önlenerek ölçülmesi ile ilgilidir.

Kullanılan cihazlar;

Silindirik numune tüpü

Tıraşlama bıçağı veya palet bıçağı Lastik kılıf

Kılıf germe cihazı Lastik halkalar

Numune çapında iki adet metal başlık Terazi

Etüv (105^oC)

Numuneyi tüpten çıkarmak için kriko Kumpas

Deney numunesinin boyutlarına uygun üç eksenli deney hücresi

Hücreyi dolduran akışkana istenilen basıncı 0,05kgf/cm² (5kPa) hassasiyetle uygulayabilecek ve bu basıncı belirli bir düzeyde tutabilecek bir cihaz

Birim kısalmaları gösteren bir mikrometre

Uygulanacak yükle birim kısalmalara karşılık gelen kuvvet halkasının değerini 5kPa hassasiyetle ölçebilecek mikrometre [24]

Şekil 4.12. Üç Eksenli Deney Hücresi [16]

Numunenin hazırlanmasındaki amaç, zeminin yapısını ve su muhtevasını değişikliğe uğratmadan yüksekliği çapının iki katı olan uçları düz ve eksene dik silindir biçiminde numune elde etmektir.

Sondajdan alınan örselenmemiş numuneden silindirik numune tüpü batırılıp numune alınır. Tüpteki numunenin alt ve üst kısmı düzeltilerek kriko yardımıyla numune tüpten çıkartılır. Numunenin çapı kumpas ile ölçülerek yüksekliği çapının iki katı olacak şekilde numune yüksekliği alınır. Alınan numunenin alt ve üst kısmı düzgün hale getirilip, terazide tartılır. Numunenin çapı, yüksekliği, ağırlığı kaydedilir. Numune geçirimsiz metal bir başlık üzerine oturtulur. Numunenin üst kısmında

metal başlık konulduktan sonra kılıf germe cihazı ile lastik kılıf geçirilerek suyun içeri sızmaması için alt başlık ve kılıf üzerine bir adet, üst başlık ve kılıf üzerine bir adet lastik halka geçirilir. Kılıfın numuneyi iyice kapatması sağlanır. Kılıf germe cihazı çıkarılır. Şeffaf basınç hücresi kapatılıp, yük halkasının pistonu numunenin üst yüzeyindeki metal başlığa temas edene kadar indirilir. Bu arada numuneye kuvvet uygulamamaya dikkat edilmelidir. Basınç hücresine istenilen çevre basıncı verilerek hücre için su doldurulur. Ardından bütün drenaj vanaları kapatılır. Düşey deformasyonu ölçen mikrometre ve kuvvet halkası ölçen mikrometre sıfırlanarak ilk okumalar kaydedilir.

Deneyin yapılışı; Deneye ilk 100kPa uygulanmak üzere sistem çalıştırılır. Deformasyon saati (mikrometresi) 10 değerine geldiğinde kuvvet halkası ölçen mikrometre değerine bakılıp kaydedilir. Deformasyon saati 25 değerine geldiğinde kuvvet halkası ölçen mikrometre değerine bakılıp kaydedilir. Bu işlem 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900…gibi değerlerde de okunarak kuvvet halkası değerleri kaydedilir. Deney maksimum eksenel gerilme değeri aşılana veya birim boy değişimi %20’ye ulaşana kadar devam ettirilir. Deney sona erdiğinde cihaz durdurulur. Basınç hücresindeki çevre basıncı kaldırılarak hücredeki sıvı boşaltılır. Yükleme pistonu kaldırılır ve şeffaf hücre cıvatalardan gevşetilerek açılır. Lastik halkalar, lastik kılıf ve metal başlıklar çıkartılıp numune incelenerek bir kap içerisinde etüve atılır. Aynı işlem ikinci numune için de tekrarlanır (200kPa). En az üç numuneyle bu deneyin yapılması daha iyi sonuç verir. Numuneler 24 saat sonunda tartılarak kuru ağırlıkları kaydedilir [24].

4.3.8. Kesme kutusu deneyi

Zeminlerin kayma direnci; zemine uygulanan sürekli deplasmanlar altında zemin danelerinin birbirine göre rölatif hareketlerine karşı gösterdikleri dirençtir.

Kesme kutusu deneyi kohezyonlu yada kohezyonsuz zeminlerin kayma dirençlerini belirlemek için kullanılan bir deneydir. Kesme kutusunun üst başlığı sağa doğru kaydırılarak zorlanmaktadır. Bu şekilde zemin numunesi yatay zorlanmayla kesilerek kayma parametreleri bulunabilmektedir.

Zeminlerin kayma direnci parametrelerinin belirlenmesinde hangi deneyin kullanılacağına karar verirken, deneylerin hangi amaç için yapılacağı, bu deneyin sakıncaları ve üstünlükleri dikkate alınmalıdır. Üç eksenli kesme deneyinin kesme kutusu deneyine göre iki belirgin üstünlükleri vardır. Bunlardan birincisi, deneyin yapılması ve aletlerin kullanılması daha kolaydır. Đkicisi ise deney kısa zamanda yapılarak sonuçlar erken alınabilir. Buna karşın sakıncalı yanları üç ana başlık altında toplanabilir.

1- Numune daha önceden belirlenmiş bir düzlem üzerinde kesilir. Bu düzlem numunenin en zayıf düzlemi olmasa bile bu kısmın kayma direnci ölçülür. 2- Deney süresince numunenin yüklenen en kesit alanı yatay hareketten dolayı

küçüldüğünden normal gerilme deney süresince artmaktadır. Bu durum kare kesitli kesme kutusunun kullanılması halinde bir sorun olmamakla beraber, dairesel kesitli kesme kutusunun kullanılması halinde, deney süresince düşey yükün etkidiği alanın hesaplanmasında güçlüklerle karşılaşılmaktadır.

3- Dairesel kesme kutusu kullanılması halinde kayma düzlemindeki gerilme koşulları karmaşıktır. Numune bazı alanlarda kesilmeye zorlanırken bazı yerlerde kesilmesi engellenmektedir. Gerilmelerin her noktada üniform olarak dağıldığını kabul etmek bu durumda doğru bir kabul olmaktan oldukça uzaktır [3].

Kesme kutusu deneyi iri ve ince daneli zeminlerin örselenmemiş veya sıkıştırılmış numunelerinde, en büyük yumuşamış ve kalıntı direnç parametrelerinin, numunelerin önceden belirli yatay bir düzlem boyunca kesilmesi suretiyle ölçülmesine dairdir. Zeminin kayma parametrelerinin belirlenmesi için yapılır. Numunenin kenar boyutu; 60mm olan kare biçimindeki, yüksekliği ise 20mm veya fazla olmalıdır. Deney en az üç numune ile farklı normal gerilmelerde numuneler konsolide edilerek yapılır.

Kullanılan cihazlar;

Kesme kutusu

Yatay kuvvet uygulama sistemi Gözenekli taşlar

Çelik numune alıcılar Numune itici

Düşey hareketi ölçen mikrometre Yatay hareketi ölçen mikrometre Terazi Kronometre Etüv Su Palet bıçağı Numune kabı

Çelik numune alıcı zemine batırılarak numune tüpünden numune alınır. Numunenin alt ve üst kısmı palet bıçağı ile hiç yük uygulamadan düzeltilir. Halka + numune ağırlığı terazide tartılarak bulunur. Ardından kesme kutusu cihazına gözenekli taş ve üstüne filtre kağıdı konularak, numune itici kullanılarak numune alıcıdan numune itilerek filtre ve gözenekli taşın üstüne oturtulur. Bu sırada numuneye fazla kuvvet uygulayıp numunenin konsolide olmasına izin verilmemelidir. Numunenin üstüne filtre kağıdı ve gözenekli taş konulur ve üzerine başlık oturtulur.. Numuneyi koyduğumuz iki parçalı hücrenin alt parçası ana hücreye sabitlenir, üst parçası da kuvvet halkasına bağlanır. Düşey yük özengi çelik başlığın üzerindeki çelik bilyaya oturtulur. Yatay hareketi, düşey oturmayı ölçen mikrometreler sıfırlanır. Numune artık deneye hazırdır.

Deneyin yapılışı; Sol ve sağ keseye ağırlıklar konulduktan sonra havuza su konur numune konsolidasyona maruz bırakılır. Numune kum ise ani sıkışma göstereceğinden konsolidasyon süresi, mikrometre belli bir yerde durduğunda veya çok yavaş ilerlediğinde konsolidasyona son verilir. Kil gibi ince deneli zeminlerde bu konsolidasyon süresi en az 24 saattir. Konsolidasyonda sonra numuneyi kesme

işlemine geçilir. Kuvvet halkasını ve yatay ötelenmeyi ölçen mikrometreler sıfırlanarak kesme kutusu çalıştırılır. Numune belirlenen hızla (0,5mm/dak) kesme işlemi başlatılır. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, .….dakika zaman aralıklarında kuvvet halkası mikrometresinden kuvvet halkası değeri ve bu değere karşılık gelen yatay ötelenmede diğer mikrometreden okunarak bu değerle düzenli bir şekilde kaydedilir. Kuvvet halkası değerleri beli bir noktadan sonra sabitlenince (gevşek kum) veya belli bir noktadan sonra düşerse (sıkı kum) deneye son verilir. Đşlem tamamlandıktan sonra numunenin alt ve üst taraflarında yatay ötelenme yaptığı görülür. Numune hassas terazide tartılarak ağırlığı kaydedilir. Ardından numune, numune kabına konularak etüve atılır ve kuru ağırlığı bulunur. Kesme kutusu deneti için bu sefer ikinci ve üçüncü numune için de tekrarlanır. Bu şekilde deneye son verilir [24].

BÖLÜM 5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR VE DENEY SONUÇLARI

5.1. Giriş

Zeminlerde kayma direnci parametrelerine ait değerler, zemin üzerine yapılacak olan yapıların projelendirilmesi esnasında önemli bir yere sahip olup, bu parametrelerin arazi ya da laboratuvar deneyleri sonucu doğru olarak ölçülmesi zemin mekaniğinin önde gelen konularından birisini teşkil eder. Hazırladığım bu tez yüksek plastisiteli kilde; ince kum, orta kum ve kaba kum miktarını artmasıyla, konsolidasyonsuz-drenajsız üç eksenli basınç deneyi ve kesme kutusu deneyi yapılarak sonuçlarının karşılaştırılması ve kayma direnci parametrelerinin değişimini gözlemlemek maksadıyla gerçekleştirilmiştir.