Zemin Yapısının Farklı Konsolidasyon ve Yükleme Koşullarında Değişimi

Zemin mekaniği‟nde deneysel çalışmalar sırasında kullanılan ince daneli, kohezyonlu ve kaba daneli kohezyonsuz zeminlerin sahip oldukları yapı, üç fazlı ve danesel malzeme olan zeminlerin statik ve tekrarlı yükler altındaki davranışına doğrudan etkimektedir. Bu açıdan günümüzde zeminlerin gerilme-şekil değiştirme ve mukavemet özelliklerine yapılarının etkisini belirlemek üzere çeşitli araştırmalar yapılmaktadır. Bu bölümde, yapılan bu araştırmalardan örnekler sunulmaktadır.

Farklı efektif gerilmelerde konsolide edilen ince daneli zeminlerde yapı değişimleri meydana gelmektedir. İzotropik konsolidasyon öncesindeki mevcut zemin yapısı, konsolidasyon sonrasındakine göre oldukça farklı olmaktadır. Laboratuvarda çeşitli yöntemlerle hazırlanan numunelerin oluşturduğu yapı, konsolidasyon öncesi daha gevşek ve belli ölçüde anizotropikken, konsolidasyonla birlikte azalan poroziteye de bağlı olarak yönlenmiş ve izotrop bir yapı oluşabilmektedir. Bai ve Smart, (1997) kaolin kilinden hazırladıkları numunedeki yapı değişimini incelemişler, birim kayma deformasyonu ile dane oriyantasyonlarındaki sapmayı ölçmüşlerdir. Statik deney sonuçlarından, tercih edilen oriyantasyonun düşük deformasyon seviyesinde kayma yüzeyine paralel doğrultuda olduğu, artan deformasyonlarla bu doğrultuda fazla bir değişim oluşmadığı ortaya çıkmıştır. Örselenmemiş zeminlerde ise genellikle yatay doğrultuda bir oriyantasyon oluşmaktadır. Ancak farklı konsolidasyon ve yükleme koşullarıyla bu oriyantasyonda bir değişim meydana gelebilmektedir (Dudoignon ve diğ. , 2001).

Youd (1977), tekrarlı yüklemenin granüler zeminler üzerindeki etkisine değinmiştir. Buna göre kumlarda yüklemeyle birlikte dilatans nedeniyle oluşan hacimsel deformasyona bağlı olarak yeniden bir yerleşim olmaktadır. Bu yeni dane düzeni ise boşluklu yapıyı etkilemektedir. Düşük deformasyon seviyelerinde kum daneleri arasında oluşan küçük çaplı boşluklar, deformasyonlar arttıkça yükleme döngüsüyle birlikte azalmaktadır. Bu da tekrarlı yüklemenin kum zeminin mikromekanizmasına olan etkisini göstermektedir (Şekil 2.32). Cotecchia ve Chandler (1997), doğal kil zeminin statik kayma gerilmeleri altındaki göçme öncesindeki davranışına numune yapısının etkisini araştırmıştır. Araziden örselenmemiş olarak alınan doğal kil zemin ile laboratuvarda ödometre deney aletinde konsolide edildikten sonra yoğurularak üç eksenli deneyde kullanılan kil numuneleri arasında yapısal farklılık olduğunu belirten araştırmacılar, elektron mikroskobu görüntüleriyle örselenmemiş numunelerin oluşumları sırasında paralel tabletler halinde sıralandıklarını söylemişlerdir. Bunun yanında, laboratuvar numuneleri ise daha açık bir yapıya sahiptir. Rastgele oriyantasyona sahip bu numunelerin petek yapıda oldukları da belirtilmiştir.

Anson ve Hawkins, (1999), İngiltere‟nin güneyinde, Cotswolds‟da kayan bir şevden alınan zemin numunelerinden blok örnekler hazırlayarak, laboratuvarda yaptıkları kayma mukavemeti deneylerinden elde edilen kayma yüzeyine ait elektron mikroskobu görüntüleri almışlardır. Bu görüntülerin analizinden kayma yüzeyinin morfolojisini ve numunedeki

içeriği ve kil mineralinin türü, arazide suya doygun durumdaki yapay şev zeminine ait kayma mukavemeti üzerinde önemli ölçüde etkilidir.

Şekil 2.32 Tekrarlı yüklemeler altında granüler zeminin yapısındaki değişim (Youd, 1977) Nouguier-Lehon ve diğ. (2003), dane şeklinin granüler zeminlerin davranışına etkisini araştırmış, ele alınan kesitteki danelerin oriyantasyonlarının yerçekimi ve yükleme doğrultusuna göre değiştiğini öne sürmüşlerdir. Ayrıca danelerin yuvarlaklığı arttıkça statik mukavemetlerinin de azaldığını belirtmişlerdir.

Kuganenthira ve diğ. (1996), üç eksenli kesme deneyinde yaptıkları deneylerde yapı anizotropisinde meydana gelen değişimleri araştırmışlardır. Sayısal verilerle tanımladıkları anizotropi değişimleri için eksenel ve radyal doğrultularda zeminin elektrik iletkenliğini belirlemişlerdir. Bu yöntemle izotropik konsolidasyon ve üç eksenli kesme sırasında

anizotropik yapı özelliği belirlenmektedir. Buna göre konsolidasyon ve üç eksenli çekme durumunda anizotropi azalırken, üç eksenli basınç durumunda anizotropi artmaktadır.

Wagg, (1990), farklı numune hazırlama teknikleri kullanarak yaptığı dinamik deneylerde numune yapısını, epoksi ile doyurduktan sonra hazırladığı ince kesitlerle incelemiştir. Üç orthogonal düzlemde dane temas noktalarında oriyantasyonları ölçmüştür. Buna göre kuru yağmurlama yönteminde düşey temas noktalarının sayısı en düşükken, ıslak sıkıştırmada en fazla bulunmuştur. Dinamik mukavemet açısından düşey temas noktaları daha fazla olan numunenin mukavemeti diğerlerine göre daha fazladır. Buna göre ıslak sıkıştırma yöntemiyle hazırlanan numunelerin dinamik mukavemeti diğer yöntemlerle hazırlanan numunelere göre daha fazladır.

Mulilis ve diğ. (1977), boşluklu yapıyı açıklamak için “oluşum faktörü”‟nü tanımlamıştır. Buna göre oluşum faktörü, elektrolitin elektrik iletkenliğinin, elektrolite doyurulan numunenin iletkenliğine oranıdır ve bu oran arttıkça lineer olarak numunenin relatif sıkılığı artmakta, bu da farklı numune hazırlama yöntemleri dikkate alındığında, dinamik mukavemeti artırmaktadır.

2.4 Sonuç

Bu bölümde çalışma kapsamında faydalanılan literatürdeki mevcut çalışmalardan bahsedilmiştir. Bu çalışmalar iki ayrı kısımda toplanmıştır. Bunlar; zeminlerin dinamik davranış özelliklerinin belirlenmesi amacıyla laboratuvarda yapılan deneysel araştırmalarla, doğal zeminlerin yapısal özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yapılan mikroskop incelemeleri ve teorik modellemelerden oluşmaktadır.

İlk kısımda çeşitli araştırmacıların laboratuvarda yaptıkları deneysel çalışmalarla, siltli kumların, kumlu siltlerin ve siltli killerin dinamik davranışları belirlenmiştir. Ayrıca deney sisteminin, yükleme koşullarının ve numune hazırlama yönteminin zeminlerin dinamik davranışına etkisi de araştırılan diğer konular arasındadır. Bunun yanında zeminlerin tekrarlı yükleme sonrası statik mukavemetlerinin belirlenmesinden de bahsedilmiştir.

İkinci kısımda, doğal zeminlerin çeşitli konsolidasyon ve yükleme koşulları altında yapılarında meydana gelen değişimin belirlenmesi amacıyla yapılan çalışmalar

optik ve elektron mikroskobu kullanılarak çeşitli büyütmelerde dijital görüntüler alınmaktadır. Sonra bu görüntüler farklı programlarla analizden geçirilerek zemin numunesinin mikroyapısının açıklanmasına yönelik sayısal büyüklükler belirlenmekte, ölçümlerin yapılmadığı durumda sözel ifadeler kullanılmaktadır. Bu açıdan öncelikle zeminlerin mikromekanizmasının belirlenmesinde uygulanan yöntemlerden bahsedilmiştir. Sonra bu çalışmanın kapsamı dahilinde olan optik mikroskobu incelemelerine ve görüntü analizlerine değinilmiştir. Daha sonra zeminlerin konsolidasyon ve statik ve tekrarlı yüklemeyle birlikte yapılarında meydana gelen değişimlerin belirlenmesi üzerine yapılan araştırmalardan örneklerle bu bölüm tamamlanmıştır.