ANKARA ÜNİ JEO İ İĞİ80.251.40.59/eng.ankara.edu.tr/ulamis/jfm226-uyg10.pdf3.1. Elek analizi...

ANKARA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

JEOFIZIK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

JFM 226 ZEMİN MEKANİĞİ UYGULAMA NOTLARI

Prof. Dr. Recep KILIÇ Dr. Koray ULAMIŞ

Ankara

1. GİRİŞ

Yer seçimi ve yapıların projelendirilmesinde temel jeolojik birimlerden temsili

örneklerin alınarak arazi ve laboratuvarda değerlendirilmesi zorunludur. Bu kapsamda, yapı

temellerine ait birimlerin yatay ve düşey yöndeki dağılımı, yeraltı suyu durumu, fiziksel,

mekanik ve oturma özellikleri ile sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesi gerekmektedir. Arazi

ve laboratuvarda yapılacak çalışmaların sonuçlarına göre yapılacak değerlendirmeler, arazi

kullanımına referans olacak nitelikte olmalıdır.

Zemin ve kayanın yukarıda sayılan özelliklerinin özellikle laboratuvarda tespitine

yönelik hazırlanmış olan bu uygulama notunda deneylerin kısaca tanımlanması ve elde

edilecek parametrelere ilişkin hesaplamalar detaylı olarak verilmiştir.

2. ZEMİN VE KAYADAN ÖRNEK ALMA YÖNTEMLERİ (Sampling) Örnek alımına ilişkin yapılması gerekenler detaylı olarak anlatılmakla beraber, temel

olarak bilinmesi gereken kavramlar ve açıklamaları aşağıda verilmiştir.

Sondaj (Drilling) : Zemin ve kayada farklı uzunluk ve çaplarda düşey (özel amaçlar için

eğimli) bir delik açarak birimlerin dağılımı ve farklı derinliklerdeki özelliklerinin elde

edilmesi işlemidir.

Araştırma çukuru (Trial pit) : Sondajdan farklı olarak; 2-3 m ye kadar genelde ters kepçe

ile açılan, gözlem ve örnek almak için kazılan çukurlardır.

Örnek (Sample) : Alındığı noktadaki zemin veya kaya kütlesini en iyi temsil eden parça.

- Örselenmiş örnek (Disturbed sample) : Alındığı zemini dayanım ve oturma

özellikleri dışında temsil eden örnek.

- Örselenmemiş örnek (Undisturbed sample) : Zeminin yerindeki yapısını, fiziksel,

kimyasal, mekanik ve oturma özelliklerini temsil eden örnek. Örneklere ait

sınıflamalar, Hvorslev (1949), Rowe (1972) ve BSI (1981) tarafından geliştirilmiştir.

Karot (Core) : Elmas uçlu, ortası delik matkaplarla zemin veya kayadan alınan silindirik

örnek.

Penetrometre (Penetrometer): Zeminlerde; ince taneliler için kıvam, iri taneliler için

sıkılığın belirlenmesinde ve zeminden örselenmiş örnek alınması amacıyla tijin ucuna

takılan keskin uçlu ve boyuna ikiye ayrılabilen örnek alma ekipmanı.

Sondaj-Kuyu logu (Borehole log) : Zemin veya kaya sondajı esnasında açılmış olan

kuyunun derinlik, litoloji, alınan örnekler, yeraltı suyu, yapılan deneylerle ilgili

hazırlanan form.

2.1. Zeminlerden Örnek Alma (Soil sampling)

2.1.1. Örselenmiş örnek alma (Disturbed sampling)

- Araştırma çukurundan (From trial pit)

Çukur çeperinde yukarıdan aşağıya, zemindeki en büyük çakıl tanesi çapının dört katından az

olmayan bir yarık açılır ve çıkan malzeme serilen brandaya toplanır. Karışık örnek istenirse,

açılan yarığın kesit alanı tüm seviyeler boyunca aynı olmalıdır (Şekil 1). Brandaya toplanan

örnek, gerekirse çeyrekleme ile azaltılır.

Şekil 1. Araştırma çukurundan örnek alma

- Yüzeyden örnek alma (From surface)

Burgu ile veya sığ sondajlarda çıkarılan zemin gerekli miktarda alınmak üzere brandaya

alınır. Eğer sondajdan örnek almak elverişli değilse sondaj arada bir durdurularak uygun çaplı

el burgusu deliğe indirilerek örnek alınabilir (Şekil 2). Brandaya toplanan kümelerden benzer

olanlar karıştırılır ve gerekirse çeyrekleme ile azaltılır.

Şekil 2. Çeşitli tipte örnek alıcılar

2.1.2. Örselenmemiş örnek alma (Undisturbed sampling)

2.1.2.1. Araştırma çukurlarından (From trial pit)

Bu yöntemde geniş kuyu ve tünel gibi kazılardan elle keserek blok veya silindirik örnek

almak esastır. Elle keserek örnek alımında örnek yeri düzlenir, zemin üzerinde örneğin üst

boyutları işaretlenir ve işaretlenen yerin çevresinde bir çukur açılır. Açılan çukur

derinleştirilerek örnek yüzeyleri kesicilerle istenilen boyuta getirilir. Örnek, alttan kesici

yardımıyla zeminden ayrılır. Etiketlenen örnek bir bez ile sarılarak parafinlenir. Silindirik

örnek almak için shelby tüpleri kullanılır. Düzlenen örnek yüzeyine tüp bir miktar itilir.

Buradaki amaç örneği tamamen almadan önce tüpü sabitlemektir. Tüpün zemine itilmesi

(penetrasyonu) zemin cinsine göre değişmekle beraber, genelde kazının yapıldığı makine

yardımıyla olur. Tüpün alt ve üst ağzı düzeltilerek etiketlenir ve parafinlendikten sonra naylon

torbada muhafaza edilir.

2.1.2.2.Sondajdan örnek alma (Borehole sampling)

- Çift tüplü örnek alıcılarla (Double-wall sampler)

Sondaj deliği tabanından dönen bir dış tüpü ve sabit bir iç tüpü olan bir örnek alıcı ile

örselenmemiş silindirik örnek alınmasını kapsar. Yaygın olarak Denison tipi örnek alıcılar

kullanılır (Şekil 3). Kuyuda yıkılma varsa, muhafaza borusu kullanılmalıdır. Sert zeminlerden

örnek alınırken iç tüp kesici ucu dış matkabı ile bir düzlemde, yumuşak zeminlerde ise

matkabın ilerisinde bulunmalıdır. Yumuşak, gevşek ve düşük kohezyonlu zeminlerde iç tüp

çıkıntı miktarı en çok olmalıdır. Böylece dolaşım suyunun örneği aşındırması ve dış tüpün

dönüşü ile örselenmesi önlenmiş olur. Bu ilkelere göre iç tüp ucuna uygun uzunlukta bir

kesici çarık takılır. Örnek alıcı, dönel sondaj takımının alt ucuna bağlanarak sondaj deliğinde

örnek alınacak seviyeye indirilir. Örnek alıcı zemine çok az bir itme kuvveti uygulanarak

itilmelidir. Örnek alımı esnasında sondaj çamuru kullanılıyorsa; çamurun kıvamı taneli

zeminlerde yoğun, kohezyonlu zeminlerde ise ince olmalıdır. Dolaşım suyu basıncı da sadece

parçacıkları yüzeye getirecek seviyede olmalıdır. Örnek alma işlemi durdurulduktan sonra iç

tüp, örneği tabandan koparmak amacıyla döndürülür ve örselemeden yukarı çekilir. Örneğin

üst ucuna bir etiket konulur ve gömleğin her iki ucu erime noktasının 10 C° üstünde tutulan

parafin ile kaplanır.

Şekil 3. Denison tipi örnek alıcı

- Pistonlu örnek alıcılarla (Piston sampler)

Başlıca Hvorslev ve Osterberg olmak üzere iki tür mevcuttur. (Şekil 4). Örnek alınacak

seviyedeki zemini örselememek için son kısım genelde el burgusu ile açılır. Özellikle

kohezyonsuz zeminlerde sondaj çamuru kullanılır. Bu sayede, oluşan hidrostatik basınç ile

örnek yüzeye alınırken tüpte durması kolaylaşır. Çamurun kıvamı zemin türüne göre iyi

ayarlanmalıdır. Örnek alınacak derinlikte takım döndürülerek örnek alımı başlar. Daha sonra

tabandan örnek kopartmak için takım döndürülür ve örnek alınır. Bu işlem esnasında kuyuda

çamur seviyesi düşeceğinden, ekleme yapılmalıdır. Örnek alıcı, sondaj çamuru ile dolu

kuyudan alınmadan önce örneğin düşmemesi için tüpün ağzı kapatılmalıdır. Bu işlemde tüpün

ağzı sondaj çamuru yüzeyinden ortalama 30 cm derinde iken yapılması uygun olur.

(a) (b)

Şekil 4. Hvorslev (a) ve Osterberg (b) tipi örnek alıcılar

- İnce ve kalın çeperli tüp ile örnek alma (Thin and thick wall sampler)

Örnek alıcı sondaj borularına bağlı olarak delik tabanına indirilir. Örnek tüpü, hidrolik basınç

kullanılarak döndürülmeden zemine itilir. Tüpün zemine itilme miktarı kullanılan tüp

boyundan bir kaç cm. az olmalıdır. Örnek alıcı, tabandaki örneği kopartmak için döndürülerek

kuyudan çıkartılır. Örnek tüpü, alıcıdan ayrılır. Sonunda da, örneğin alt ve üstü düzeltilir,

etiketlenir ve parafinlenerek hazır duruma getirilir (Şekil 5). Kalın çeperli örnek alımında

örselenmemiş silindirik örnek alınır. Örnek alımı hidrolik basınç veya çakarak yapılır. Fakat,

bu durum örneknin örselenmesine neden olur. Örnek, kuyudan tabandan itibaren

döndürülerek alınır.

Şekil 5. İnce çeperli örnek alıcı ve auger 2.2.Kayadan örnek alma (Rock sampling) 2.2.1. Sediman (kırıntı) örnek alım yöntemi (Sediment sampling)

Dönel sondajın doğal örnek alım yöntemidir. Darbeli sondajdaki kırıntılar ve genellikle dönel

sondajda matkap tarafından kırılan parçaların, dolaşım sıvısı veya hava ile kuyu dışına

çıkarılması sonucu kuyu ağzında alınan örneklerdir. Genellikle “süzgeçli kürekler” gibi, basit

gereçlerle alınır, varsa çamur veya suyu süzülerek özel örnek sandıklarına konulur. “Örnek

sandıkları” genellikle 10x10x10 cm boyutlu gözlere ayrılmış; bir sırada 10 gözü ve 5 sıra

bulunan, 50 gözlü 10x50x100 cm boyutlu kutulardır. Başka bir yöntem uygulanmıyorsa, kural

olarak her bir metrelik ilerleme sonunda, yeterli miktarda örnek alınarak bölmelere

yerleştirilir.

2.2.2. Karot örnek alım yöntemi (Core sampling)

Karot alıcı (Karotiyer) adı verilen özel ekipmanlar kullanılarak yapılan işe veya ara işlemine

“karotlu sondaj”, karot örnek alma işlemine “karot alımı”, alınan örneğin adına da “karot”

denir. Karotlu sondaj, esas itibariyle bir formasyonu tanıma, tanımlama ve örnek alım

işlemidir. Karotlu sondaj, kayaçlardan örnek almak amacı ile geliştirilip uygulanmasına karşın

özel hallerde zeminlerde de uygulanmaktadır. Karot örneklerinin incelenip değerlendirilmesi

ile kayacın litolojik özellikleri (renk, doku, tane yönlenmesi, yapı, çimentolanma, hamur,

sertlik, yapısal özellikleri, tabaka kalınlığı, süreksizlik, ayrışma durumu, dayanımı ve

jeomekanik özellikleri (karot yüzdesi ve kaya kütlesi) belirlenmeye çalışılır. Bir karotlu

sondaj çalışmasında dikkat edilmesi gerekli en önemli konulardan biri karot yüzdesidir.

Jeoteknik amaçlı bir sondajda karot yüzdesinin % 80’lerin altına düşmesi istenmez. Ayrıca

kaya mekaniği laboratuvar deney standartları açısından da zorunlu haller dışında alınan karot

çapının 54.7 mm (NX)’den daha küçük çapta olmaması arzu edilir.

2.3. Örneklerin etiketlenmesi (Labelling)

Her örnek için üç etiket doldurulur. Bunlardan biri; örneğin üst ucuna konmuş olmalıdır.

İkincisi güvenilir bir yöntemle örnek kabına yapıştırılmalı, üçüncüsü ise etiketi dolduran

tarafından saklanmalıdır. Kutu kapaklarına yazı yazmak veya etiket yapıştırmak sakıncalıdır.

Etiket doldurulurken kalemin silinmeyen türde seçilmesi önemlidir. Özellikle poşet numunede

içiçe iki poşet kullanılmalı ve etiket iki poşetin arasında bulunmalıdır. Direkt örnekle teması

sakıncalıdır.

Proje adı

Proje yeri

Sondaj no

Sondaj türü

Örnek no

Tarih

Etiketi dolduran

3.BİRLEŞİK ZEMİN SINIFLAMA SİSTEMİNE GÖRE ZEMİNLERİN SINIFLAMASI (Unified Soil Classification System) 3.1. Elek analizi (Particle size analysis) Zemini oluşturan tane büyüklüklerinin dağılımı ve miktarını belirlemek için yapılan deneye

“elek analizi, tane boyu dağılımı veya granülometri” denir. Elek analizi ıslak ve kuru olmak

üzere iki şekilde yapılır.

Kullanılan aletler: Elek seti, fırça, petri, terazi ve etüv

Deneyin yapılışı: Tane boyu dağılımı belirlenecek olan zeminden 400-500 g alınarak etüvde

105 C° de 24 saat kurutulur. Kuru örnekden genelde iri taneli ise 200 - 300 g, ince taneli ise

100 - 200 g alınır. Tanelerin yapışmaması için örnek suda veya su-hidrojen peroksit karışımı

(H2O2) içinde bekletilir. Daha sonra örnek 200 nolu elekten elenerek ince malzeme

uzaklaştırılır. Eğer hidrometre deneyi yapılacaksa, bu malzeme başka bir kapta toplanır. 200

nolu elek üstünde kalan örnek, elek setinden geçirilir. Eleme makine ile yapılıyorsa en az 10-

15 dk süre geçmelidir. Sonuçta, her elekte kalan örnek ayrı kaplara alınır ve kurutulduktan

sonra tartılarak elde edilen değerler kaydedilir.

Hesaplamalar: Toplam örnek ağırlığı esas alınarak her elekte kalan ve geçen miktarların

yüzdesi hesaplanır.

Tane dağılımı eğrisi çizildikten sonra kritik çaplar D10, D30 ve D60 eğriden okunur. Bu

değerlere bağlı olarak uniformluk ve süreklilik katsayısı hesaplanarak yorumlanır.

10

60

DDCu = (Uniformluk katsayısı )

6010

230 )(

DDDveyaCC rc ×

= (Süreklilik katsayısı)

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi Araştırma ve Uygulama Laboratuvarı

ELEK ANALİZİ (Sieve analysis)

Sondaj no : Örnek no : Derinlik : Kuru örnek ağırlığı :

1 2 3 4 5 6 Elek no Elek açıklığı

(mm) Elekte kalan

(g) Toplam elekte

kalan (g) Kalan % Toplam

kalan % 3/4 “ 19.10 3/8 “ 9.52

4 4.76 8 2.38 10 2.00 16 1.19 30 0.59 40 0.42 50 0.29 60 0.25 100 0.149 200 0.074

Elek altı

D10 : D30 : D60 : Açıklamalar:

3.2. Atterberg (kıvam) limitleri (Atterberg limits)

3.2.1. Likit limit (LL) : Zemine fazla su verildiğinde likit (sıvı) hale gelirken sahip olduğu su

içeriğine likit limit denir.

- Casagrande yöntemi

Kullanılan aletler: Likit limit kabı (Casagrande), oluk açma bıçağı, porselen veya kromaj

pota, spatula, örnek kapları, etüv, ± 0.01 g hassalıkta terazi, 40# elek, desikatör, piset ve

mezür.

Deneyin yapılışı : Likit limit kabı tabanı sertleştirilmiş kauçuk, üst potası ise bronz veya dış

etkenlere dayanıklı özgül ağırlığı uygun bir alaşımdan yapılmıştır. Üst kabın sabit

yükseklikten (1 cm) düştükten sonra geri sıçrama miktarı ayarlanmıştır. 40# elekten elenmiş

olan 100 –150 g havada kurutulmuş örnek alınır. Bir potada az su eklenip spatula ile

karıştırılarak koyu bir çamur haline getirilir. Oluşan bu çamur kaba serilir. İçinde hava

kabarcığı kalmamasına dikkat edilir. Çamurun yüzeyi derinliği 1 cm olacak şekilde yatay

olarak spatula ile düzeltilir. Oluk açma bıçağı dik tutularak çamur ortadan ikiye ayrılır. Kabı

kumanda eden kol saniyede iki defa olacak şekilde saat yönü tersine çevrilir ve kabın düşmesi

sağlanır. Düşüşler (vuruş) sayılır. İki çamur kütlesi arasındaki oluk 1.3 cm uzunlukta

birleşinceye kadar kol çevrilir. Eğer vuruş sayısı >50 ise su içeriği çok az, örnek ise çok

katıdır. Bu durumda biraz daha su eklenmeli ve deney tekrarlanmalıdır. Vuruş sayısı 30-50

arasında ise oluğun kapandığı yerden su içeriğini belirlemek için bir miktar örnek alınır.

Vuruş sayısı ikinci denemede 20-30 arasında olmalıdır. Üçüncü denemede ise vuruş sayısı 10-

20 arasında olmalıdır. Eğer vuruş sayısı <10 ise su içeriği çok fazla, örnek çok likit olup, biraz

daha örnek eklenmelidir. Su içeriği artırılarak/azaltılarak deney en az üç defa yapılmalıdır.

Vuruş sayısı >50 ve <10 olan deneylerden elde edilen noktalar hesaba katılmaz. Denemeler

sonucunda farklı su içeriğine sahip örnekler 105 C° de 24 saat kurutularak su içerikleri

hesaplanır.

Hesaplamalar: Deney formuna vuruş sayıları ve tartılan değerler işlendikten sonra % su

içerikleri aşağıdaki formülle hesaplanır.

Kap+yaş örnek-a Kap+kuru örnek-b Kap ağırlığı-c Su ağırlığı-d ( ) bad −=Kuru örnek ağırlığı-e ( )cbe −=

% su içeriği cbba

−−

=ω

Farklı vuruş sayılarına karşılık su içeriği değerleri bulunur. Bu değerler; apsisi logaritmik,

ordinatı milimetrik olan koordinat sistemine işlenir. Vuruş sayıları apsiste, % su içeriği ise

ordinatta bulunarak noktaların yeri tespit edilir. Saptanan üç noktadan geçen ortalama bir

doğru parçası çizilir. Buna, “Akış eğrisi” adı verilir. Apsiste 25 vuruş sayısından çıkılan

dikmenin doğruyu kestiği noktaya karşılık gelen değer, o zeminin likit limit değeridir.

- Konik uçlu penetrometre (Düşen koni-Fall cone) Kullanılan aletler : 40# elek, örnek kabı, konik penetrometre, etüv (105 ± 5 C°), hassas

terazi (0.01 g)

Deneyin yapılışı : Likit limiti belirlenecek örnek 40# elekten geçirilerek, yaklaşık 200 g

alınır. Bir kap içerisinde örnek su ile karıştırılarak çamur haline getirilir. Hazırlanan örnek

metal deney kabına sıkıca yerleştirilerek yüzeyi düzeltilir. Konik uç, örnek yüzeyine temas

edinceye kadar indirilir ve ilk okuma alınır. Daha sonra konik ucun, örneğe 5 saniye süre ile

batması sağlanarak ikinci okuma alınır. İki okuma arasındaki fark “koni penetrasyonudur”.

Bu işlem en az üç farklı su içeriğindeki örnek üzerinde tekrarlanır. Buradaki su içerikleri

penetrasyon değerlerinin 15–25 mm arasında değişeceği şekilde ayarlanmalıdır. Elde edilen

iki penetrasyon değeri arasındaki fark 0.5 mm den küçük olursa rakamların ortalaması alınır,

0.5-1.0 mm arasında olursa üçüncü bir deney yapılmalıdır.

Hesaplamalar: Deney sonunda su içeriği ve konik penetrasyon değerleri lineer eksenlere, her

okuma için su içeriği yüzde olarak apsis, penetrasyon değerleri ise mm olarak ordinata

yerleştirilir. 20 mm lik penetrasyona karşılık gelen su içeriği değeri Likit Limit (LL) olarak

alınarak, en yakın tamsayı olarak tespit edilmiş olur.

3.2.2. Plastik limit (PL): Zeminin düşük su içeriğinde plastik halden katı hale geçişi

sırasındaki su içeriğine plastik limit denir.

Kullanılan aletler: Porselen veya kromaj pota, spatula, mezür, buharlaştırıcı cam levha,

örnek kapları, ± 0.01 g hassaslıklı terazi, etüv, 40# elek

Deneyin yapılışı : 40# elekten elenmiş örnekten 20 g alınır. Potanın içinde azar azar saf su ile

karıştırılarak ele yapışmayacak kıvamda bir çamur elde edilir. Buharlaştırıcı cam levha

üzerinde elle yuvarlatılarak iplik haline getirilir. Bu çamurun çapı 3.0 mm oluncaya kadar

işleme devam edilir. Cam üzerinde yuvarlamada parmaklar bitişik halde yapılmalı, iplik

uzadıkça ortadan bölünüp yarısı alınmalı ve kalanla işleme devam edilmelidir. İplikte ince

kuruma çatlakları ve ufalanmalar oluşunca, deney tamamlanmış demektir. Daha sonra, en az

iki defa yapılan denemelere ait örnekler etüvde kurutularak su içeriği hesaplanır.

3.2.3. Plastisite indisi (PI): Likit limit ve plastik limit arasındaki sayısal fark olarak

tanımlanır. PI=LL-PL

3.2.4. Büzülme limiti (SL) (Shrinkage limit) : Zemindeki suyun azar azar buharlaşması

sağlandığında örnek hacmi minimum iken, boşluklardaki su miktarı yüzdesi büzülme

limitidir. Eğer su buharlaşmaya devam ederse, zeminde büzülme olmayacaktır (Şekil 6).

Kullanılan aletler : Büzülme kalıbı, porselen veya kromaj pota, spatula, cam civa kabı, civa,

düzleme tablası, etüv, ± 0.01 g hassalıkta terazi, 40# elek, silikon yağ veya vazelin.

Deneyin yapılışı : Büzülme kalıbı temizlenip içi ince bir tabaka halinde vazelinlenip, boş

ağırlığı tartılır (Mb). Kalıp civa ile doldurulur. Düzleme tablası ile üstüne bastırılarak civanın

fazlası alınır. Büzülme kalıbı+civa tartılır. Civanın yoğunluğu ve kalıp ağrlığı kullanılarak

kalıp haci belirlenir. 40# elekten geçen örnekten 30-40 g kadar alınır ve azar azar su katılarak

doygun hale yakın bir kıvamda çamur hazırlanır. Büzülme kalıbına bu çamurdan 1/3 oranında

kademeli olarak büzülme kalıbına yerleştirilir. Aralarda hava kabarcıkları kalmaması için

kalıp hafif darbelerle döndürülerek masaya vurulur. Kalıp ıslak zemin ile dolunca, üstü

spatula ile düzeltilir ve tartılır (My). Kalıptaki örneğin çatlamaması ve tek parça halinde

kuruması için direkt sıcağa vaya güneşe konulmamalıdır. İdeal olarak, 8 saat havada

kurutulmalı, ancak örnek kalıp kenarlarından çekilmeye başlayınca etüve konulmalıdır. 105

C° de 24 saat kuruyan örnek tartılır (Mk). Cam civa kabı civa ile doldurulur. Üstü düzeltme

tablası ile düzlenir ve tartılır. Tek parça halindeki kurumuş zemin civanın üstüne koyulur.

Arada hava kabarcığı kalmamasına dikkat edilerek örnek düzleme tablası ile civanın içine

batırılır ve üst yüzey düzlenir. Kurumuş zemin civa üzerinde düşük yoğunluktan dolayı

yüzebilir, bu durumda cam plaka ile bastırılarak taşırdığı civanın hacmi belirlenebilir, bu da

zemin örneğinin hacmine eşittir (V0). Zeminin başlangıç su içeriği (ω) bilinen yolla

hesaplanabilir. Zeminin ıslak iken sahip olduğu hacim (V, başlangıç hacmi) zaten kalıbın

hacmine eşit olacaktır.

Hesaplamalar: Gerekli hesaplar aşağıda formunda verilmiştir. Plastik limit değeri ile

büzülme limiti değeri arasındaki sayısal fark “Büzülme indisi” olarak tanımlanır.

SI = PL –SL

Büzülme Limiti; SL = ( )

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −− 100.

0

0wM

VVρω formülü ile hesaplanır

ω :Zeminin başlangıç su içeriği, %

V : Örneğin başlangıç hacmi (ıslak zemin), cm3

V0: Kuru zeminin hacmi, cm3

ρw : Suyun yoğunluğu (1.0 g/cm3)

Mo: Kuru zemin kütlesi, g

Büzülme limiti, zeminin belirli bir durumda boşluklarındaki su miktarını yüzde olarak

verirken, “hacimsel” ve “doğrusal-lineer” büzülme, zeminin bir boyutunda veya hacminde

oluşan azalma miktarını verir.

Hacimsel büzülme Doğrusal (lineer) büzülme

)( 10

0 SLWVWVs −×= Ls = 1 – (Kuru uzunluk/Yaş uzunluk). ×100

Vs : Hacimsel büzülme W0 : Kuru örnek ağırlığı V0 : Kuru örnek hacmi W1 : Deneye başlarken verilen su ağırlığı SL : Büzülme limiti

Şekil 6. Zeminlerde hacim ve su içeriği ilişkisi


BÜZÜLME (RÖTRE) LİMİTİ DENEYİ (Volumetric shrinkage test)

( )

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −− 100.

0

0wM

VVρωBüzülme limiti SL =

Lineer büzülme Ls = 1- (Kuru uzunluk/Yaş uzunluk).100 Büzülme indisi SI = PI-SL Plastisite indisi PI ≅ 2.13 × Ls Açıklamalar :

Örnek yeri Örnek yeri Örnek no Derinlik Boş büzülme kalıbı kütlesi Mb Kalıp+Yaş örnek (g) My Kalıp+Kuru örnek (g) Mk Yaş örnek kütlesi (g) M Kuru örnek kütlesi (g) Md Yaş örnek hacmi (cm3) V Taşan civanın kütlesi (g) MHg Kuru örnek hacmi (cm3) Vo Başlangıç su içeriği (%) ω

Büzülme limiti (%) SL Not : Suyun yoğunluğu 1.0 g/cm3, Civanın yoğunluğu 13.55 g/cm3


ATTERBERG LİMİTLERİ DENEYİ (Casagrande) (Atterberg Limits Test)

Örnek yeri : Sondaj no : Örnek no : Derinlik : Likit limit : Plastik limit : Plastisite indisi :

Likit/Plastik limit LL LL LL PL PL

Kap no K1 K2 K3 K5 K6 Vuruş adedi Kap+Yaş örnek (g) Kap+Kuru örnek (g) Kap kütlesi (g) Su kütlesi (g) Kuru örnek kütlesi (g) Su içeriği (%)

Açıklamalar:


KONİK PENETROMETRE DENEYİ (Fall Cone Test)

Örnek yeri : Sondaj no : Örnek no : Derinlik :

Deney no İlk okuma Son okuma Penetrasyon (mm) Ortalama pen. (mm) A1 A2

B1 B2

C1 C2

Deney

no Kap ağ.

(g) Kap+Y.N

(g) Kap+K.N.

(g) Su

kütlesi (g)

Kuru örnek kütlesi

(g)

Su içeriği (%)

Ort.su içeriği (%)

A1 A2

B1 B2

C1 C2

Açıklamalar:

3.3.BİRLEŞİK ZEMİN SINIFLAMA SİSTEMİ (Unified Soil Classification System)

Ana Gruplar Özellikler Grup sembolü

İnce malzeme Derecelenme Plastisite

İyi derecelenmiş çakıl, çakıl-kum karışımı GW 0-5 Cu>4, 1<Cc<3Kötü derecelenmiş çakıl, kumlu çakıl, ince tane az veya yok GP 0-5 GW deki şartlar

sağlanmaz ise

Siltli çakıl, siltli kumlu çakıl GM >12 A hattının altında PI<4

ÇAKILLAR Çakıl

taneleri %50 den

fazla, 4 no lu elek üstü Killi çakıl, killi kumlu çakıl GC >12 A hattının

üstünde PI>7 İyi derecelenmiş kum, çakıllı kum,ince tane az veya yok SW 0-5 Cu>6, 1<Cc<3

Kötü derecelenmiş kum, çakıllı kum, ince tane az veya yok SP 0-5 SW deki şartlar

sağlanmaz ise

Siltli kum SM >12 A hattının altında PI<4

İri t

anel

i %50

den

fazl

ası 2

00 n

o lu

el

ekte

kal

an

KUMLAR Kum

taneleri %50 den

fazla Killi kum SC >12 A hattının

üstünde PI>7 İnorganik silt,siltli veya killi ince kum, az plastik ML Plastisite kartı kullanılır İnorganik kil,siltli kil,düşük plastisiteli kumlu kil CL Plastisite kartı kullanılır SİLTLER

ve KİLLER Düşük plastisiteli organik silt ve organik siltli kil OL Plastisite kartı kullanılır Yüksek plastisiteli inorganik silt MH Plastisite kartı kullanılır Yüksek plastisiteli inorganik kil CH Plastisite kartı kullanılır

İnce

tane

li % fa

zlası

lu e

lekt

en

50 d

200

no

en

SİLTLER ve KİLLER Yüksek plastisiteli organik kil OH Plastisite kartı kullanılır

Yüksek organik zeminler Turba ve diğer organik zeminler Pt - Not: İnce tane oranı %5 ile %12 arasında ise zemin çift sembol ile ifade edilir*

PLASTİSİTE KARTI (Plasticity chart)

4. ZEMİNLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ (Physical properties of soils)

4.1. Doğal su/nem içeriği (Natural water content)

Zeminlerin doğal olarak bulundukları ortamda sahip oldukları su içeriğini tespit etmek için yapılan

bir deneydir.

Kullanılan aletler : Metal kap, hassas terazi, etüv.

Deneyin yapılışı : Boş metal kap tartılarak deney formuna kaydedilir. Su içeriği belirlenecek olan

örnekten 15-20 g kadar alınarak kaba konulur. Tüm örneği temsil edebilecek ortalama su içeriğini

tespit etmek amacıyla örneğin farklı yerlerinden alınmalıdır. Kap ile ıslak örnek tartılarak forma

kaydedilir. 105 ± 5 C° lik etüvde 24 saat kurutulan örnek tekrar tartılarak deney formuna

kaydedilir.

Hesaplamalar:

Kap+yaş örnek kütlesi : M1

Kap+kuru örnek kütlesi: M2

Kap kütlesi : M3

Su kütlesi : M1-M2

Kuru örnek kütlesi : M2-M3

Su içeriği (%) : 32

21

MMMM

−−

=ω


DOĞAL SU İÇERİĞİ DENEYİ (Natural Moisture Content Test)


Kap no 1 2 3 Kap+yaş örnek (g) M1 Kap+kuru örnek (g) M2 Kap kütlesi (g) M3 Su kütlesi (g) M4 = M1- M2 Kuru örnek kütlesi (g) M5 = M2-M3 Su içeriği (%) ω=Μ4/M5 Ortalama su içeriği (%) ωort


DOĞAL SU İÇERİĞİ DENEYİ (Natural moisture content test)


Kap no 1 2 3 Kap+yaş örnek (g) M1 Kap+kuru örnek (g) M2 Kap kütlesi (g) M3 Su kütlesi (g) M4 = M1- M2 Kuru örnek kütlesi (g) M5 = M2-M3 Su içeriği (%) ω=Μ4/M5 Ortalama su içeriği (%) ωort

4.2. Özgül ağırlık (Specific gravity)

Kurutulmuş örneğin boşlukları hariç olmak üzere birim hacminin ağırlığına “özgül ağırlık” denir.

Diğer bir deyişle; zeminin tane birim ağırlığının havadaki ağırlığının, aynı sıcaklıkta (20 0C)eşit

hacme sahip suyun birim ağırlığına oranıdır.

Kullanılan aletler : Piknometre, ± 0.01 g hassaslıkta terazi, etüv, desikatör ve 40 #elek

Deneyin yapılışı : Örnekler üzerinde en az üç deney yapılır. Etüvde, sabit ağırlığa kadar

kurutulan örnek bir desikatör içinde soğutulur ve tartılır (M1). Piknometre kapağı ile tartılır (Mp).

Piknometre tamamen saf su ile doldurularak beraber tartılır (M2) ve sıcaklığı ölçülür. Piknometre,

içinde zemin örneği bulunurken hacminin 2/3’ üne kadar damıtık su ile doldurularak tartılır (M3)

ve sıcaklığı ölçülür. Su ve zemin içindeki havanın alınması için vakumlanır veya 10-15 dk kadar

kaynatılır. Kaynatma sonunda soğuması beklenir ve piknometre havası alınmış damıtık su ile

doldurulur.

Hesaplamalar : Özgül ağırlık aşağıdaki formülle hesaplanır. Formülde payda, kuru zemin örneği

ile aynı hacimli suyun 20 C’deki ağırlığını ifade etmektedir.

KMMM

MGs

)( 321

1

−+=


ÖZGÜL AĞIRLIK DENEYİ

(Specific Gravity Test) Örnek yeri : Örnek no : Derinlik : Deneyi yapan :

Deney sıra no 1 2 3 Piknometre (Şişe) no P1 P2 P3 Şişe kütlesi (Mp) g Kuru örnek (M1) g Şişe+ su kütlesi (M2) g Şişe+kuru örnek kütlesi(M3) g Sıcaklık düzeltmesi, K Örneğin özül ağırlığı (Gs)

KMMM

MGs

)( 321

1

−+=

Açıklamalar :


ÖZGÜL AĞIRLIK DENEYİ (Specific gravity test)

Örnek yeri : Örnek no : Derinlik : Deneyi yapan :

Deney sıra no 1 2 3 Piknometre (Şişe) no P1 P2 P3 Şişe kütlesi (Mp) g Kuru örnek (M1) g Şişe+ su kütlesi (M2) g Şişe+kuru örnek kütlesi (M3) g Sıcaklık düzeltmesi, K Örneğin özül ağırlığı (Gs)

KMMM

MGs

)( 321

1

−+=

Açıklamalar :

4.3. Fiziksel Özelliklerle İlgili Problemler (Physical Properties of Soils)

Soru.1 Hacmi (V) 9.34 cm3, doğal ağırlığı (Wn) 0.17761 N, kuru ağırlığı (Wd) 0.15363 N ve

özgül ağırlığı (Gs)2.66 olan zeminin, a. Su içeriği (ω) b. Tabii birim ağırlığı (γn) c. Kuru birim ağırlığı (γd) d. Boşluk oranı (e) e. Porozitesi (n) f. Doygunluk derecesi (Sr) g. Hava yüzdesini hesaplayınız (A) .

Soru.2 Özgül ağırlığı 2.65 olan tabii haldeki zemin örneğinin kütlesi 2300 g, hacmi ise

1250 cm3 tür. Zeminin kuru kütlesi 2050 g olduğuna göre, a. Tabii birim ağırlığı (γn) b. Kuru birim ağırlığı (γd) c. Doygun birim ağırlığı (γsat) d. Batmış birim ağırlığını (γ′) hesaplayınız.

Soru 3. Doğal haldeki zeminin su içeriği (ω) %14, porozitesi (n) %38 ve doygunluk derecesi

(Sr) % 70 olduğuna göre, a. Tabii birim ağırlığı b. Kuru birim ağırlığı c. Doygun birim ağırlığı d. Batmış birim ağırlığını hesaplayınız.

Soru 4. 42 mm çapında, 84 mm uzunluklu silindirik zemin örneğinin doğal kütlesi 172 g,

kuru kütlesi ise 144g gelmektedir. Özgül ağırlığı 2.70 olan zeminin doygunluk derecesini hesaplayınız.

Formüller :

d

dn

MMM −

=ω veya d

dn

WWW −

=ω

VWn

n =γ , V

Wdd =γ ,

VM n

n =ρ , V

M dd =ρ

( )w

sn e

Gγ

ωγ

)1(1++

= , )1( ω

γγ

+= n

d , wdsat n γγγ .+= , wsat γγγ −=′

eG

Gn wswsd +

=−=1

..).1(

γγγ (Sr=0)

nne−

=1

, e

en+

=1

, eG

Sr s.ω= , )1( rSnA −=

4.4. İzafi (relatif) sıkılık (Relative density)

Kum, çakıl gibi kohezyonsuz zeminlerde kullanılan bir kavramdır.

minmax

max

eeee

RDI nDrD −

−=== formülü ile tanımlanır.

Soru 1. Bir kum örneğinin kuru birim ağırlığı 16.5 kN/m3, maximum kuru birim ağırlığı 18.0

kN/m3, minimum kuru birim ağırlığı 14.6 kN/m3 olarak bulunmuştur. Bu örneğin su içeriği % 12,

özgül ağırlığı 2.65 olduğuna göre, izafi sıkılığı hesaplayarak yorumlayınız.

Cevap 1.

Verilenler: γd = 16.5 kN/m3, γdmax = 18.0 kN/m3, γdmin = 14.6 kN/m3, ω = %12, Gs =2.65

wd eGs γγ

minmax 1+

= ⇒ 8.91

65.218mine+

= ⇒ emin = % 44

wd eGs γγ

maxmin 1+

= ⇒ 8.91

65.26.14maxe+

= ⇒ emax = %78

)1( wdn += γγ = 16.5 (1+0.12) = 18.48 kN/m3

wn ewGs γγ

++

=1

)1( ⇒ 8.91

)12.0.1(65.248.18e+

+= ⇒ e = % 57

minmax

max

eeee

RDI nDrD −

−=== ⇒

44.078.057.078.0

−−

=rD = % 62 (Orta sıkı)

Soru 2. Bir kum örneğinin maximum kuru birim ağırlığı 19.93 kN/m3, minimum kuru birim

ağırlığı 13.66 kN/m3, özgül ağırlığı 2.65 ve boşluk oranı % 57 olduğuna göre, izafi sıkılığı

hesaplayarak yorumlayınız.

5. ZEMİNLERDE SIKIŞMA (Soil compaction)

5.1. Giriş Dış kuvvetlerin etkisi ile olur, zamana bağlı değildir. Boşluk suyunun bir fonksiyonudur. Kuru

zemine su verildiğinde tanelerin etrafını ilk önce absorbe su tabakası kaplar. Su miktarı artırılırsa

su filmi kalınlaşır, taneler arasındaki sürtünme enerjisi en aza düşer ve taneler birbirleri üzerinde

kolayca kayarlar. Eğer zemine optimum su içeriği (ωopt)’ne ulaşacak kadar su verilirse, boşlukların

yerini su almaya başlar ve tanelerin sıkışması kolaylaşır. Suyun hacmi boşluk hacmini doldurunca,

fazla su tanelerin yerini almaya başlar. Bu sayede zeminin kuru yoğunluğu azalmaya başlar.

Zeminler optimum su içeriğinde en ideal sıkışmaya maruz kalır ve maksimum kuru yoğunluk (ρd)

max elde edilir. Olası durumlar aşağıda açıklanmıştır.

a. Su içeriği minimum olursa; taneler doğrudan temastadır ve sürtünme artar, sıkışma zorlaşır,

kuru yoğunluk artar.

b. Su içeriği optimum olursa; sürtünme ve direnme minimum, sıkışma maksimum, kuru yoğunluk

da maksimum olur.

c. Su içeriği maksimum olursa; sıkışma olmaz, su direnci başlar, kuru yoğunluk azalır.

Zeminlerde kompaksiyon derecesi kuru yoğunluk derecesi ile ifade edilir. Zeminin kuru

yoğunluğu, sıkışmadan sonraki su içeriği ve sıkıştırma çekicinin uyguladığı enerjiye bağlıdır.

Uygulanan enerji,

VNLHWE ...

=

E : Sıkıştırma kuvveti, kPa H : Çekicin düşüş yüksekliği, cm

N : Her tabaka için darbe adedi L : Tabaka sayısı

V : Mold hacmi, cm3 W : Çekiç ağırlığı, kN

Kompaksiyonu belirlemek için iki tip proktor aleti kullanılır. Düşük sıkıştırma kuvveti ile yapılana

“Standart”, büyük kuvvetle yapılana “Modifiye” proktor ismi verilir. Standart proktor daha çok iri

taneli, modifiye proktor ise ince taneli zeminlerde uygulanır.

Deney türü V, cm3 L H, cm W, kN Darbe sayısı

Standart proktor 1.0 3 30 245 25

Modifiye proktor 2.0 5 45 441 27

5.2. Standart Proktor Kullanılan aletler : Standart proktor tokmağı, mold, metal kap, hassas terazi, etüv.

Deneyin yapılışı : Çapı ve yüksekliği belli bir molda doldurulan örnekye, ağırlığı da belli

olan bir tokmağın belirli sayıda, belirli sayıda düşürülerek zemine belirli bir miktar enerji

verilmesi esasına dayanır. Deney sonunda zeminin kuru yoğunluğu ile su içeriği elde edilip,

maksimum kuru yoğunluk ve bu andaki su içeriği yapılan çizimden elde edilir. 4# lu elekten geçen

örnekten 5.0 kg kadar alınır. Bu örnek hava kurusu olmalı ve taneler yapışık olmamalıdır. Örneğe

bir miktar su verilerek deneye başlanır. Örnek elle sıkıldığında bir top oluşturup parmak ile

bastırıldığında dağıldığı an ilk deneme yapılabilir. Moldun yarısına kadar örnek doldurularak,

çekiç ile 25 darbe uygulanır. Sıkıştırılan örnek, moldun 1/3’ ünü doldurarak ilk tabakayı oluşturur.

Bunun üstüne moldun 2/3’ ü dolu olacak şekilde ikinci tabaka sıkıştırılır. En son, moldun tamamı

doldurularak üçüncü tabaka oluşturulur. Sıkıştırma esnasında her tabakaya 25 darbe uygulanır.

Daha sonra, aynı işlem her seferinde örneğe, örnek miktarının % 1.5-3.0 ü kadar su ilave edilir ve

işlem en az 5 kez tekrarlanır. Elde edilen değerlerden her sefer için örneğin su içeriği ve kuru

yoğunluğu hesaplanır. Daha sonra, kuru yoğunluk – su içeriği eğrisi çizilir. Eğrinin maksimum

noktasına karşılık gelen kuru yoğunluğa maksimum kuru yoğunluk (ρd)max, buna karşılık gelen su

içeriğine ise optimum su içeriği (ωopt) denir.

Hesaplamalar :

VM

n =ρ (g/cm3) ω

ρρ

+=

1n

d (g/cm3)

SrGs

Gs wd .1

.ωρ

ρ+

= (g/cm3) veya

SrGs

Gs wd .1

.ωγ

γ+

= (kN/m3) ► Doygunluk eğrileri için


STANDART PROKTOR DENEYİ (Standart proctor test)

Örnek yeri : Kalıp kütlesi : g Örnek no : Kalıp hacmi : cm3

Derinlik : Optimum su içeriği (ωopt) : % Örnek cinsi : Max. kuru yoğunluk (ρdmax) : g/cm3

Deney sıra no 1 2 3 4 5 Kalıp+sıkıştırılmış örnek kütlesi (g) Kalıp kütlesi (g) Sıkıştırılmış örnek kütlesi (g) Tabii yoğunluk (ρn) (g/cm3) Kuru yoğunluk (ρd) (g/cm3)

Deney sıra no 1 2 3 4 5 Kap+yaş örnek kütlesi (g) Kap+kuru örnek kütlesi (g) Kap kütlesi (g) Su kütlesi (g) Kuru örnek kütlesi (g) Su içeriği (ω) (%)

Açıklamalar:

6. ZEMİNLERDE GERİLMELER (Stress concept in soils)

6.1. Giriş

Normal gerilme (σ) : Belirli bir düzleme dik olan gerilme bileşeni. Normal (toplam) gerilme,

herhangi bir derinlikte ortamın yoğunluğu/birim hacim ağırlığı ile doğru orantılıdır.

Gözeneklerdeki suyun etkisi hesaba katılmaz. Derinlikle beraber artar.

h×= )(ργσ (kg/cm2, kPa)

Boşluk suyu basıncı (Pore water pressure, u) : Suya doygun ortamda gözeneklerdeki su basıncı.

Boşluk suyu basıncı da suyun yoğunluğu/birim hacim ağırlığı ile derinliğin çarpımıdır. Su tablası

seviyesinde boşluk suyu basıncı sıfırdır. Su tablasından aşağıya doğru artarken, yukarı doğru

kılcallık (kapilarite) ile vektörel olarak negatif yönde artar. Su tablası seviyesindeki hareketi ise

çizimde yatay olarak gösterilir.

hu ww ×= )(ργ (kg/cm2, kPa)

Efektif gerilme (σ′) : Zemin kütlesi içinde taneden taneye aktarılan ve birim alana etkiyen

ortalama dik kuvvet. Diğer bir deyişle, zemin taneleri tarafından karşı koyulan gerilme.

Efektif gerilme, gerçekte yeraltında ortama etki eden gerilmedir. Toplam gerilmeden boşluk

suyu basıncının çıkartılması ile bulunur.

u−=′ σσ (kg/cm2, kPa)

6.2. Efektif gerilme (Effective stress)

Zemin seviyesinden aşağıda geçerli olan üç farklı durum vardır.

1. Su tablası yeryüzü seviyesinde olursa;

2. Su tablası yeryüzünden aşağıda, kapiler bölge mevcut

3. Su tablası yeryüzünden aşağıda, kapiler bölge mevcut

Soru 1. Toplam 14.0 m derinliğindeki bir temel sondajında 8.0 m kum ve 6.0 m kil

kesilmiştir. Kumun; tabii birim ağırlığı 18.0 kN/m3, gözenekliliği %45, su içeriği %10 ve özgül

ağırlığı 2.60 dır. Kilin; kuru birim ağırlığı 17.5 kN/m3, boşluk oranı %65 ve özgül ağırlığı 2.70

olduğuna göre, aşağıdaki durumlar için toplam gerilme, boşluk suyu basıncı ve efektif gerilmeleri

hesaplayarak derinlik değişimlerini diyagram üzerinde gösteriniz.

a) Su tablası zemin seviyesindedir.

b) Su tablası zemin seviyesinden 4.0 m aşağıda ve 2.0 m kapiler bölge mevcuttur.

Cevap 1.

Verilenler:

Kum için: γn = 18.0 kN/m3 , n = %45 , ω = %10 , Gs = 2.60

)1( wdn += γγ ⇒ γd = kN/m3

wdsat n γγγ ×+= ⇒ γsat = kN/m3

Kil için : γd = 17.5 kN/m3 , e = %65 , Gs = 2.70

een+

=1

= %

wdsat n γγγ ×+= ⇒ γsat= kN/m3

a)

Derinlik (m) σ (kPa) u (kPa) σ' (kPa) 8.0 14.0

b)

Derinlik (m) σ (kPa) u (kPa) σ' (kPa) 2.0 4.0 8.0 14.0

*Not : Şekiller ölçeksizdir.

6.3. Tek eksenli basınç dayanımı (Unconfined compression strength test) Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi Araştırma ve Uygulama Laboratuvarı

TEK EKSENLİ BASINÇ DAYANIMI DENEYİ (Uniaxial – unconfined compression strength test)

Sondaj no : Örnek yüksekliği : 8.0 cm Örnek no : Örnek alanı : 10 cm2

Derinlik : Ring faktörü : 0.155

Boy değişimi ∆L (mm) (×10-2)

Yük halkası okuması (×10-2)

Uygulanan yük P(kN) (YHO×RF)

Şekil değiştirme ε = ∆L/L (×10-3)

Dayanım σ = P/A

(kPa)

0 20 40 80

120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 800 840 880 920 960

1000 Tabii su içeriği (ω) = %

Tabii birim ağırlığı (γn) = kN/m3

Tek eksenli basınç direnci (qu) = (kPa)

Kohezyon (c) = (kPa)

TEK EKSENLİ BASINÇ DAYANIMI DENEYİNDE

GERİLME – DEFORMASYON İLİŞKİSİ

Deformasyon, ε (%)

yx

=αtan

902 −= αφ

245 φα +=

6.4. Üç Eksenli Basınç Dayanımı (Triaxial test)

ÜÇ EKSENLİ BASINÇ DAYANIMI DENEYİ

ormüller

F

hh∆

=ε ε−

=1

01

AA 1

31....

AFROHY ×

=−σσ 2

31 σσ +=m

231 σσ −

=r

Hücre basıncı: 50 kPa Hücre basıncı : 100 kPa Hücre basıncı : 200 kPa Boy ası Bo sı Bo sı değişimi Yük halk

∆L okuması y değişimi Yük halka

∆L okuması y değişimi Yük halka

∆L okuması 0 0 0

40 40 40 80 80 80

120 120 120 160 160 160 200 200 200 240 240 240 280 280 280 320 320 320 360 360 360 400 400 400 440 440 440 480 480 480 520 520 520 560 560 560 600 600 600 640 640 640 680 680 680 720 720 720 760 760 760 800 800 800 840 840 840 880 880 880 920 920 920 960 960 960

1000 1000 1000 1040 1040 1040 1080 1080 1080 1120 1120 1120 1160 1160 1160 1200 1200 1200

AAnkara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

a ve Uygulama Laboratuvarı

NLİ BASINÇ DAYANIMI DENEYİ

Örnek yeri : i U

I .5 2.0

Jeoloji Mühendisliği Bölümü Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi AraştırmMühendislik Jeolojisi Araştırm

ÜÇ EKSE (Triaxial Compression Strength Test)

ÜÇ EKSE (Triaxial Compression Strength Test) Derinlik : Derinlik :

Ring faktörü : 0.175 Deney tip : URing faktörü : 0.175 Deney tip : U

0 1.0 0 1.0 HÜCRE BASINCÖRNEK ÖZE LERİ LLİKLLİK

Yükseklik L (cm 8.0 8.0 ) 8.0 ) 8.0 Alan A (cm2)Alan A (cm 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 Hacim V (cm3) Hacim V (cm Örnek ağırlığı W (kN) Örnek ağırlığı W (kN) Tabii su içeriği ω (%) Tabii su içeriği ω (%) Tabii birim ağırlık γn (kN/mTabii birim ağırlık γ 3)

Toplam büyük Toplam küçük Kohezyon

(kPa)

İçsel sürtünme asal gerilme

σ1 (kPa) asal gerilme

σ asal gerilme asal gerilme

σ3 (kPa) σc c açısı, φ (°)

açısı, φ (°)

Açıklamalar:

nkara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

a ve Uygulama Laboratuvarı

NLİ BASINÇ DAYANIMI DENEYİ

Örnek yeri : i U

I .5 2.0 HÜCRE BASINC

ÖRNEK ÖZE LERİ Yükseklik L (cm 8.0 8.0

2) 3)

n (kN/m3)

Toplam büyük Toplam küçük Kohezyon

(kPa)

İçsel sürtünme

1 (kPa) 3 (kPa)

Açıklamalar:

6.5. Makaslama (Kayma-Kesme) Dayanımı (Shear strength)

MAKASLAMA KUTUSU DENEYİ

Ankara

Sondaj no: Ring faktörü: 0.31 φ :

. Norma 3. Normal gerilme

(Shear Box Test) Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi Araştırma ve Uygulama Laboratuvarı

Örnek no: Örnek alanı: c :

1 l gerilme 2. Normal gerilme σ=50 kPa σ = 100kPa σ =200 kPa

Sü

re (s

aniy

e)

Düş

ey d

ef.

-3(2

×10

) ef. ) ef. ) ) ef. ) )

Yat

ay d -2)

(10

Yük

hal

kas

-3ı

(2×1

0

Kes

me

kuvv

eti

Düş

ey d

ef.

-2)

(10

Yat

ay d -3

(2×1

0

Yük

hal

kas

-3ı

(2×1

0

Kes

me

kuvv

eti

Düş

ey d

ef.

-2)

(10

Yat

ay d -3

(2×1

0

Yük

hal

kas

-3ı

(2×1

0

Kes

me

kuvv

eti

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

çıklamalar:

A

7. ZEMİNLERDE GEÇİRGENLİK (Permeability)

7.1. Giriş

Zeminlerin geçirgenliği (permeabilite), suyu iletilebilme kapasitesi olarak ifade edilir. Fazla

gözenekliliğe sahip zeminler yüksek derecede geçirgendir anlamına gelmez. Buna en iyi örnek;

killerin geçirimliliği çok düşük iken, kumlardan daha fazla gözenekliliğe sahiplerdir. Özellikle

fisürsüz killerde permeabilite 10-8 m/s ‘ye varmaktadır. Geçirgenlik tespitinde Darcy yasası

kullanılmaktadır. Fakat, bu yasa sadece suya doygun malzemelerde geçerlidir. Havanın varlığı

permeabiliteyi etkilemektedir. Zeminlerin geçirgenliğini etkileyen faktörler aşağıda verilmiştir:

- Tane şekli ve düzeni - Boşluk oranı ve birim hacim ağırlık - Doygunluk derecesi - Akışın türü - İnce taneli zeminlerde mineral karakteristikleri

7.2.Sabit seviyeli permametre (Constant head permeameter)

Bu metod, özellikle iri taneli zeminlerin geçirimliliğini belirlemek için kullanılır.

Kulllanılan aletler: Filtre kağıdı, örnek kabı, permametre, kronometre, tokmak

Deneyin yapılışı: Deneye başlamadan önce hava boşluklarını uzaklaştırmak için vakum uygulanır.

Örnek, alt ve üstüne filtre kağıdı yerleştirilmiş olan molda (Perspex silindiri) konulur ve arazideki

sıkılığı verilir. Örneğe gelen su üç ayrı yol izler. Birincisi örneğe temas ederek çıkan su, ikincisi

sabit bir seviyeyi sağlayan su ve üçüncüsü de tahliye edilendir. Özellikle sabit seviye

yakalanmadan örneğe su gelmesine izin verilmemelidir.

Hesaplamalar: Örneknin permeabilite katsayısı (K) aşağıdaki formül ile hesaplanır.

thALVK..

.=

V : Örnekten geçen suyun hacmi (t sürede)

L : Seviye farkı

A : Moldun kesit alanı

h : Su seviyesi farkı

V (cm3) t (s) h (cm) L (cm) A (cm2) k (cm/s)

7.3.Düşen seviyeli permametre (Falling Head Permeameter)

Bu yöntem ince taneli zeminlerin geçirimliliğini tespit etmek için kullanılır.

Kulllanılan aletler: Filtre kağıdı, çakıl, örnek kabı, permametre, kronometre, tokmak,

Deneyin yapılışı: Deneye başlamadan önce hava boşluklarını uzaklaştırmak için vakum

uygulanır. Örnek, alt ve üstüne filtre kağıdı yerleştirilmiş olan molda (Perspex silindiri) konulur ve

arazideki sıkılığı verilmeye çalışılır. Sabit seviyeli permametreden farkı ise, burada herhangi bir

ayrı sabit seviye oluşturulmamasıdır. Su, bir defada yavaş yavaş örneğe verilir ve süre ile beraber

takip edilir.

Hesaplamalar: Örneknin permeabilite katsayısı (K) aşağıdaki formül ile hesaplanır.

)()/(log.

12

21

ttAhhLa

K e

−=

L : Mold uzunluğu (cm)

A : Moldun kesit alanı (cm2)

a : Tüp kesit alanı (cm2)

h1, h2 : Sabit su seviyeleri (cm)

t1, t2 : İlk ve son süre (s)

L (cm) h1 (cm) h2 (cm) (t2-t1), s A (cm2) k (cm/s)

Açıklamalar :

8. ZEMİNLERDE KONSOLİDASYON (Consolidation)

Ankara ÜniversitesiMühendislik FakültesiJeoloji Mühendislið BölümüMühendislik Jeolojisi Araþtýrma ve Uygulama Lab.

Numunenin Derinlik : Özgül ağırlık : 2.70 0,0Tarih : Numune no : Deneyi yapan :

Uygulanan basınç, P Boşluk oranı, e Sıkışma katsayısı Hacimsel sıkışma katsayısı kg/cm² (%) av (cm²/kg) Mv (cm²/kg)

0.501.00

2.004.008.00

Sondaj no : Boyu : 2.0 cm

K O N S O L İ D A S Y O N D E N E Y İ

Proje :

Alanı : 19.63 cm2

Su içeriği : %33

0,4000

0,4400

0,4800

0,5200

0,5600

0,6000

0,10 1,00 10,00 100,00

Uygulanan basınç (kg/cm2)

Boş

luk

oranı e

(%)

10. ZEMİNLERDE ARAZİ İNCELEMELERİ (Site Investigation) Bu kapsamda ilk olarak, inceleme alanının jeolojik yapısının ortaya çıkarılmalıdır. Bölgenin

jeolojisi hakkında bilgi edinmek amacı ile 1/25000 ölçekli jeoloji haritaları varsa temin edilir,

yoksa düzenlenir. İkinci olarak, yapı alanlarını da kapsayan 1/1000-2000-5000 ölçekli ve 1/10000

ölçekli mühendislik jeolojisi haritaları yapılır. Bu haritalarda iki boyutlu olarak jeoloji, sondaj ve

örnek çukurları, kesit hatları, varsa jeofizik çalışmalar gibi bir çok unsur gösterilebilir. Bunların

yanında yapı temelinin etkidiği derinliğe kadar (1.5×B, B : temel genişliği) birimlerin düşey yönde

dağılımını tespit etmek için temel sondajları yapılmalıdır. Sondaj kuyuları arasında korelasyon

yapılması için, sondajlardan geçen mühendislik jeolojisi kesitleri alınır. Ayrıca, belli derinliklere

kadar yardımcı olması amacı ile örnek çukurları açılır. Zeminin yatay ve düşey dağılımı hakkında

bilgi elde etmek amacıyla sondaja göre daha kolay ve ucuz olan jeofizik yöntemlerden de

(rezistivite, sismik, gravite,vb.) faydalanılabilir. Arazide uygulanan deneyler ve elde edilen

parametreler aşağıdaki çizelgede özetlenmiştir.

Zemin /Kaya özellikleri Arazi deneyleri

Profil, tanımlama Standart penetrasyon Statik penetrasyon Yassı dilatometre

Gerilme

Plaka yükleme Piyezokon Kanatlı kesici Statik koni

Deformasyon karakteristikleri

Pressiometre Dilatometre Plaka yükleme Yassı veren Statik sonda

Akım, konsolidasyon Pompa deneyleri Piezometre Permeametre

Dayanım parametreleri

Standart penetrasyon Statik koni Kanatlı kesici Direkt makaslama Pressiometre

13.KAYNAKLAR

ASTM (American Society for Testing and Materials), 1994. Annual Book of ASTM Standarts- Construction: Soil and Rock. ASTM Publications, Vol.04.08, NY, 1225pp. Ataman, T., 2000. Kaya Mekaniğine Giriş, Seç Yayın Dağıtım, 239s, İstanbul. Chester, I, Duncan, Jr., Fasce,1992. Soils and Foundations for Architects and Engineers, NY,

354p. Craig, R., F., 1992. Soil Mechanics, 5th edition, Chapman & Hall, London, 427p. Deere, D.U, and Miller, R.P., 1966. Engineering classification and index properties for intact

rock. Technical Report no. AFNL-TR-65-116, Air Force Weapons Lab., New Mexico ELE, 2001. Construction Materials Testing Equipment, 10th edition, London, 228p. Ertunç, A., 2003. Mühendislik jeolojisi, SDÜ Yayınları no: 41,179s, Isparta. Franklin, J. A., and Chandra, R. (1972) The slake durability index, Int. .J. Rock Mech. Min.

Sci. 9:325-342. Gamble, J. C. (1971) Durability-plasticity classification of shales and other argillaceous

rocks, Ph.D. thesis, Univ. of Illinois. Goodman, R.,E. 1989. Introduction to Rock Mechanics, 2nd edition, J.W&Sons Inc.NY, 562p. Hvorslev, M.J., 1949. Subsurface exploration and sampling of soils for civil engineering

purposes, US Waterways Experimental Station, Vicksburg. Joyce, M., D., 1982. Site Investigation Practice, E.&F.N. Spon.Ltd, 11 New Fetter Lane

London, 368p. Kılıç, R., Koçbay, A., 1998. Zemin Mekaniği Uygulama Notları, Ankara, 75s. Kılıç, R., 2003. Zemin Mekaniği Ders Notları, Ankara, 80s. Kılıç, R., 1996. Kaya Mekaniği Ders Notları, A.Ü.F.F. Döner Sermaye İşletmesi Yayınları

no:39 Ankara, 86s. Lambe, W.,T, Whitman, R., V., 1979, Soil Mechanics, SI Version. J.W.&Sons Inc. NY, 553p. Plate bearing test, http://www.eng.kuniv.edu.kw/civil/THELAB/8-platebearingtest.pdf, 2004 Pressuremeter test http://www.wiratman.co.id/ximages/xPMTketaun.jpg, August 2004 Rowe, P.W., 1972. The relevance of soil fabric to site investigation practice, Geotechnique,

22, 193-300. Skempton, A.W., 1986. Standart penetration test procedures and the effects in sand of

overburden pressure, relative density, particle size, ageing and overconsolidation. Geotechnique, 36 (3), 425-447.

Soil mechanics lecture notes (http://physics.uwstout.edu/geo/menu.htm), September 1996 Soil sampling methods, (http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/globe/pvg/hor1.htm), Aug. 2004 Terzaghi, K., 1962, Theoritical Soil Mechanics, 10th printing. J.W.&Sons Inc. NY, London Totani, G., Marchetti, S., Monaco, P., Calabrese, M, 2001.Use of the Flat dilatometer test

(DMT) in geotechnical design, Int. conf. On In-situ measurement of soil properties, Indonesia, 16p.

TS EN 1900, 1997. İnşaat mühendisliğinde zemin mekaniği laboratuvar deneyleri. Türk Standardları Enstitüsü.153 s. Ulusay, R., Gökçeoğlu, C., Binal, A., 2001. Kaya Mekaniği Laboratuvar Deneyleri, TMMOB

Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları:58, Ankara, 161s.

ANKARA ÜNİ JEO İ İĞİ80.251.40.59/eng.ankara.edu.tr/ulamis/jfm226-uyg10.pdf3.1. Elek analizi...

Documents

Transcript of ANKARA ÜNİ JEO İ İĞİ80.251.40.59/eng.ankara.edu.tr/ulamis/jfm226-uyg10.pdf3.1. Elek analizi...