ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ... · i Öz yÜksek lİsans tezİ...
Transcript of ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ... · i Öz yÜksek lİsans tezİ...
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Günşad Müge İNALKAÇ
ZEMİN PARAMETRELERİNİN DENEYSEL VE TEORİK OLARAK İRDELENMESİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
ADANA, 2011
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ZEMİN PARAMETRELERİNİN DENEYSEL VE TEORİK OLARAK
İRDELENMESİ
Günşad Müge İNALKAÇ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu Tez 10/03/2011 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu ile Kabul Edilmiştir. ……………….................... ...………………………….. .....……................................ Prof. Dr. Mustafa LAMAN Doç. Dr. A. Azim YILDIZ Yrd. Doç. Dr. Taha TAŞKIRAN DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu Tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No:
Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü
Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge ve fotoğrafların
kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.
I
ÖZ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
ZEMİN PARAMETRELERİNİN DENEYSEL VE TEORİK OLARAK İRDELENMESİ
Günşad Müge İNALKAÇ
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
Danışman : Prof. Dr. Mustafa LAMAN Yıl: 2011, Sayfa: 174 Jüri : Prof. Dr. Mustafa LAMAN : Doç. Dr. Abdülazim YILDIZ : Yrd. Doç. Dr. Taha TAŞKIRAN
Bu çalışmada, zeminin farklı özellikleri arasında geçiş yapılmıştır. Çoğunlukla zeminin farklı özelliklerine bağlı olarak, mukavemet parametrelerinin değişimi arasında ilişkiler kurulmuştur. Bu ilişkilerin kurulması için üç farklı araziden alınan numuneler üzerinde zemin mekaniği deneyleri gerçekleştirilmiştir. Aynı zemin ortamında yapılmak suretiyle arazi deneyleri yapılmıştır. Tüm bunların yanı sıra laboratuar ortamında küçük model üzerinde yük-deplasman ilişkileri arazi yükleme deneyi ile elde edilen sonuçlarla kıyaslanmıştır. Zeminin yükler altında yaptığı oturma miktarı konsolidasyon deneyinden elde edilen parametreler yardımıyla hesaplanabilmektedir. Bu parametreler arasında önemli bir yer tutan ön konsolidasyon basıncı 2 farklı araziden alınan numuneler üzerinde Casagrande ve diğer araştırmacılar tarafından önerilen 7 farklı yöntem ile hesaplanıp kendi içinde karşılaştırılmıştır. Çalışmada ayrıca, kil zeminde üç eksenli basınç ve konsolidasyon deney modellerinin, PLAXIS bilgisayar programı kullanılarak, 2 boyutlu ve eksenel simetrik koşullarda sonlu elemanlar yöntemi ile sayısal çözümü yapılmıştır. Elde edilen deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmış ve korelasyonlar yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Kayma mukavemeti, Ön konsolidasyon basıncı, Rölatif sıkılık,
Kil, PLAXİS
II
ABSTRACT
MSc THESIS
EXPERIMENTAL AND THEORETICAL INVESTIGATION OF THE SOIL PARAMETERS
Günşad Müge İNALKAÇ
ÇUKUROVA UNIVERSITY
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
Supervisor : Prof. Dr. Mustafa LAMAN Year: 2011, Pages: 174 Jury : Prof. Dr. Mustafa LAMAN : Assoc. Prof. Dr. Abdülazim YILDIZ : Asst. Prof. Dr. Taha TAŞKIRAN
In this study, the transitions between the different soil properties are studied. Related with the different properties of soil, relationships are established between the altering strength parameters. To set these relationships, 3 samples which are extracted from different site locations are exposed to soil mechanics experiments. Insitu tests are conducted by sticking to the site conditions. Apart from these, the results obtained from the site experiments are compared with the relationships derived from load-displacement laboratory model. The soil settlement can be calculated with the parameters obtained from the consolidation experiment. Preconsolidation pressure, one of the most important parameters, is calculated and compared for 2 site samples by applying the Casagrande and 7 other methods.
In clayey soil, numerical solution is implemented by using the finite element method for triaxial and consolidation experiment model in PLAXİS under 2-D and axially symmetrical conditions. Obtained experimental and numerical results are compared. Key Words: Shear strength, pre-consolidation pressure, Relative density, Clay,
PLAXIS,
III
TEŞEKKÜR
Yüksek lisans eğitimim süresince, çalışmalarıma yön veren, değerli
katkılarını, zamanını ve güler yüzünü benden esirgemeyen Sayın Hocam, Prof. Dr.
Mustafa LAMAN’a teşekkür ederim.
Değerli katkılarından dolayı Sayın Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY, Sayın
Doç. Dr. A. Azim YILDIZ, Sayın Yrd. Doç. Dr. Taha TAŞKIRAN, Sayın Prof. Dr.
Hasan ÇETİN ve bölüm hocalarıma teşekkür ederim.
Desteklerinden dolayı Yrd. Doç. Dr. M. Salih KESKİN, Yrd. Doç. Dr. Erdal
UNCUOĞLU, Yrd. Doç. Dr. Murat ÖRNEK, Yrd. Doç. Dr. Hacer BİLİR, İnş. Yük.
Müh. Ahmet ARSLAN, Arş. Görevlileri Selçuk BİLDİK, Firdevs UYSAL, Ahmet
DEMİR, Baki BAĞRIAÇIK, İnş. Yük. Müh. İsmail Hakkı BÜTÜN, Burçin
DOSTLAR, Suphi CİVELEK’e teşekkür ederim.
Çukurova üniversitesi Dekanlık Atölyesi personeline, bitirme öğrencileri
Tolga YARDIMCI’ya, bölüm personelleri Süleyman EVLEKSİZ ve Muzaffer
KURT’a bana gösterdikleri yardımlarından dolayı teşekkürlerimi sunarım.
Arazi çalışmalarımda ve laboratuar çalışmalarımda yardımlarını esirgemeyen
Alfa Zemin Laboratuarının, Zemar Zemin Etüt ve Proje Merkezinin, Akdeniz Zemin
Laboratuarının çalışanlarına ve yöneticilerine teşekkür ederim.
Değerli meslektaşım, sevgili babam Selahattin İNALKAÇ’a desteğini benden
esirgemediği için teşekkürü bir borç bilirim.
Değerli meslektaşım, hayatımda büyük bir önem arzeden, bana güç ve moral
veren Yusuf Ziya ALP’e teşekkür ederim.
Hayatımın her aşamasında yanımda olan, benden sevgi ve desteklerini
esirgemeyen başta sevgili annem Perihan İNALKAÇ, abim Boğaç Tolga İNALKAÇ
ve ablam Ayşad Gonca İNALKAÇ’a ve hayatımın her aşamasında beni yalnız
bırakmayan değerli dostum Ayça KORUCU’ya teşekkürlerimi sunarım.
IV
İÇİNDEKİLER SAYFA
ÖZ ........................................................................................................................ I
ABSTRACT ........................................................................................................ II
TEŞEKKÜR ...................................................................................................... III
İÇİNDEKİLER .................................................................................................. IV
ÇİZELGELER DİZİNİ .................................................................................... VIII
ŞEKİLLER DİZİNİ .............................................................................................X
SİMGELER VE KISALTMALAR ............................................................... XVIII
1. GİRİŞ .............................................................................................................. 1
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ................................................................................ 5
2.1. Giriş ......................................................................................................... 5
2.2. Deneysel Çalışmalar ................................................................................. 5
2.2.1. H. Leussink and W. Wittke (1963) .................................................... 5
2.2.2. J.R.Lambrechts and J.J. Rixner (1981) .............................................. 5
2.2.3. J. Lutenegger and G.R. Hallberg (1981) ............................................ 6
2.2.4. G. T. Houlsby and N. J. Withers (1988) ............................................ 7
2.2.5. A.B. Cerato ve A.J. Lutenegger (1987) ........................................... 10
2.2.6. R. İyisan ve A. Ansal (1996) ........................................................... 12
2.2.7. A. Ş. Kayalar, M. Kuruoğlu ve U. Akay (1998)............................... 14
2.2.8. A. Şenol ve A. Sağlamer (2002) ...................................................... 16
2.2.9. İ. Bozbey ve E. Toğrol (2009) ......................................................... 18
2.3. Teorik Çalışmalar ................................................................................... 21
2.3.1. Yumuşak Kil Zemin Davranışı ve Modelleri ................................... 21
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ........................................................................ 23
3.1. Arazi Çalışmaları.................................................................................... 26
3.1.1. Kil Zemin ....................................................................................... 26
3.2. Klasik Laboratuar Deneyleri ................................................................... 30
3.2.1. Kum Zemin ..................................................................................... 30
3.2.1.1. Endeks Deneyleri .................................................................... 31
3.2.1.1.(1). Elek Analizi................................................................... 31
V
3.2.1.1.(2). Piknometre Deneyi ........................................................ 32
3.2.1.1.(3). Sıkılık Deneyi ................................................................ 32
3.2.2. Kil Zemin ....................................................................................... 34
3.2.2.1. Kil Numunelerin Hazırlanması ................................................ 34
3.2.2.2. Endeks Deneyleri .................................................................... 35
3.2.2.2.(1) Elek ve Hidrometre Analizi ............................................ 35
3.2.2.2.(2) Atterberg Limitleri ......................................................... 36
3.2.2.2.(3) Piknometre Deneyi ......................................................... 37
3.2.2.2.(4). Konsolidasyon Deneyi ................................................... 38
3.2.2.2.(4).(a). Farklı Yöntemlerle Ön Konsolidasyon
Basıncının Elde Edilmesi ....................................... 49
3.2.2.3. Kayma Mukavemeti Deneyleri ................................................ 49
3.2.2.3.(1). Serbest Basınç Deneyi ................................................... 54
3.2.2.3.(2). Kesme Kutusu Deneyi ................................................... 54
3.2.2.3.(3). Üç Eksenli Basınç Deneyi ............................................. 55
3.3. Model Deneyler ...................................................................................... 57
3.3.1. Arazi Model Deneyi ........................................................................ 58
3.3.2. Laboratuar Model Deneyi ............................................................... 59
3.4. Arazi Deneyleri ...................................................................................... 61
3.4.1. Standart Penetrasyon Deneyi ........................................................... 61
3.4.2. Presiyometre Deneyi ....................................................................... 64
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI ................................... 71
4.1. Kum Zeminde Yapılan Deneysel Çalışmalar .......................................... 71
4.1.1. Rölatif Sıkılığın İçsel Sürtünme Açısına Etkisi ................................ 71
4.1.2. Gradasyon Aralığının İçsel Sürtünme Açısına Etkisi ....................... 75
4.2. Kil Zeminde Yapılan Deneysel Çalışmalar ............................................. 77
4.2.1. Batı Adana Su Arıtma Tesisinde Yapılan Deneysel Çalışmalar ....... 77
4.2.1.1. Kil Minerallerinde Aktivite ...................................................... 77
4.2.1.2. Farklı Yöntemlerle Bulunan Ön Konsolidasyon Basıncı .............
Değerlerinin Karşılaştırılması .................................................. 80
4.2.1.3. Serbest Basınç Deney Sonuçları .............................................. 95
VI
4.2.1.4. Kesme Kutusu Deney Sonuçları .............................................100
4.2.1.5. Üç Eksenli Basınç Deneyi Sonuçları .......................................101
4.2.1.6. Arazi - Laboratuar Model Deneyleri Sonuçları ve
Karşılaştırmaları ....................................................................102
4.2.2. Kayışlı Köyünde Yapılan Deneysel Çalışmalar ..............................106
4.2.2.1. Farklı Yöntemlerle Bulunan Ön Konsolidasyon Basıncı .............
Değerlerinin Karşılaştırılması .................................................106
4.2.2.2. Serbest Basınç Deneyi Karşılaştırmaları .................................107
4.2.2.3. Üç Eksenli Basınç Deneyi Sonuçları .......................................110
4.2.2.4. Kayışlı Köyü Kilinde Yapılan Standart Penetrasyon ve ...............
Presiyometre Deney Verileri ve Karşılaştırması .....................111
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ ............................................................117
5.1. Giriş ..................................................................................................117
5.2. Sonlu Elemanlar Yöntemi......................................................................117
5.3. PLAXIS Programı .................................................................................120
5.3.1. Geometrik Modelin Oluşturulması .................................................121
5.3.2. Elemanlar.......................................................................................122
5.3.2.1. Zemin Elemanları ...................................................................122
5.3.2.2. Kiriş Elemanlar ......................................................................123
5.3.3. Zemin Modelleri ............................................................................123
5.3.3.1. Lineer Elastik Model (LE) ......................................................123
5.3.3.2. Mohr-Coulomb Model (MC) ..................................................124
5.3.3.3. Jointed-Rock Model (JR) ........................................................124
5.3.3.4. Soft Soil Model (SS)...............................................................125
5.3.3.5. Soft Soil Creep Model (SSC) ..................................................125
5.3.3.6. Hardening Soil Model (HS) ....................................................125
5.3.3.7. Modifiye Cam Kili Modeli (MCC) .........................................126
5.4. Üç Eksenli Basınç Deneylerinin Sonlu Elemanlar Analizi .....................129
5.4.1. Sınır Koşulları................................................................................130
5.4.2. Ağ Etkisi ........................................................................................130
VII
5.4.3. Malzeme Özellikleri .......................................................................132
5.4.4. Hesaplamalar .................................................................................132
5.5. PLAXIS Bilgisayar Programı ile Üç Eksenli Deney Modelinin Analiz
Sonuçları ...............................................................................................133
5.6. Konsolidasyon Deneyinin Sonlu Elemanlar Analizi ...............................136
5.6.1. Sınır Koşulları................................................................................136
5.6.2. Ağ Etkisi ........................................................................................137
5.6.3. Malzeme Özellikleri .......................................................................138
5.6.4. Hesaplamalar .................................................................................139
5.7. PLAXIS Bilgisayar Programı ile Konsolidasyon Deney Modelinin Analiz
Sonuçları ...............................................................................................140
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI ...........143
6.1. Giriş ......................................................................................................143
6.2. Üç Eksenli Basınç Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması ........143
6.3. Konsolidasyon Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması .............145
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER .....................................................................149
KAYNAKLAR .................................................................................................153
ÖZGEÇMİŞ .....................................................................................................157
EKLER .............................................................................................................158
VIII
ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA
Çizelge 3.1. Elek analiz sonuçları (Uncuoğlu, 2009)................................................ 32
Çizelge 3.2. Kuru birim hacim ağırlık deney sonuçları (Uncuoğlu, 2009) ................ 34
Çizelge 3.3. Kayışlı Köyü zemini kıvam deneyleri sonuçları ................................... 37
Çizelge 3.4. SPT N değeri ile drenajsız kayma mukavemeti arasındaki
korelasyonlar (Terzaghi, 1996) ............................................................ 63
Çizelge 4.1. Daneli zeminlerde rölatif sıkılık ........................................................... 71
Çizelge 4.2. Farklı sıkılıklarda hesaplanan birim hacim ağırlık değerleri ................. 72
Çizelge 4.3. İçsel sürtünme açısının )(φ rölatif sıkılık ile değişimi ( rD ) ................. 72
Çizelge 4.4. Deney numuneleri için kullanılan elekler ............................................. 75
Çizelge 4.5. Farklı gradasyon aralıklarındaki numunelerin elek analizi deney
sonuçları .............................................................................................. 76
Çizelge 4.6. Deney sonuçları ................................................................................... 76
Çizelge 4.7. Batı Adana Su Arıtma Tesisi zemini kıvam deneyleri sonuçları ........... 78
Çizelge 4.8. Kil minerallerinde aktivite (Önalp, 2007) ............................................. 79
Çizelge 4.9. Deneylerde kullanılan numunelerin zemin özellikleri ........................... 81
Çizelge 4.10. Farklı yöntemlerle elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerleri ....... 82
Çizelge 4.11. Ön konsolidasyon basınçları ................................................................ 90
Çizelge 4.12. 75 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon
basınçları ............................................................................................. 91
Çizelge 4.13. 75 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon
basınçları ............................................................................................. 92
Çizelge 4.14. 50 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon
basınçları ............................................................................................. 93
Çizelge 4.15. 50 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon
basınçları ............................................................................................. 94
Çizelge 4.16. Serbest basınç deney verileri ................................................................ 96
Çizelge 4.17. Kesme kutusu deney verileri ................................................................ 100
Çizelge 4.18. Deneyden bulunan kayma mukavemeti parametreleri .......................... 101
IX
Çizelge 4.19. Farklı yöntemlerle elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerleri
(Kayışlı Köyü) ..................................................................................... 107
Çizelge 4.20. Serbest basınç deney verileri ................................................................ 108
Çizelge 4.21. SPT N değerleri ................................................................................... 111
Çizelge 4.22. Presiyometre deney verileri .................................................................. 112
Çizelge 4.23. PL ve EPMT değerleri (Gambin ve Rousseau, 1980) ........................... 115
Çizelge 5.1. Farklı mesh durumları eleman sayıları ................................................. 130
Çizelge 5.2. Model zemin için MC model parametreleri .......................................... 132
Çizelge 5.3. Farklı mesh durumları eleman sayıları (Konsolidasyon analizleri) ....... 137
Çizelge 5.4. Model zemin için MC model parametreleri (Konsolidasyon
analizleri) ............................................................................................ 138
Çizelge 5.5. Model zemin için SS model parametreleri (Konsolidasyon
analizleri) ............................................................................................ 138
Çizelge 5.6. Model zemin için MCC modeli parametreleri (Konsolidasyon
analizleri) ............................................................................................ 139
X
ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA
Şekil 2.1. Laboratuarda ve sondaj kuyusu kayma deneylerinde φ değerlerinin
karşılaştırılması (Lutenegger, Hallberg, 1981) ........................................ 7
Şekil 2.2. Farklı yöntemlerden elde edilen drenajsız kayma mukavemetinin
karşılaştırması (Houlsby, Withers, 1988) ................................................ 8
Şekil 2.3. Kendiliğinden yerleşen presiyometre (SBPM), koni presiyometre
(FPC) deneylerinde kayma modülünün karşılaştırması (Houlsby,
Withers, 1988) ....................................................................................... 9
Şekil 2.4. Koni presiyometre (FPC) ve kendiliğinden yerleşen presiyometre
(SBPM) deneylerinde rijitlik indeksinin karşılaştırılması (Houlsby,
Withers, 1988) ....................................................................................... 9
Şekil 2.5. Veyn deneyinde kullanılan bıçak ölçüleri ............................................. 10
Şekil 2.6. Champlain kili LaRochella et al (1973) ................................................ 11
Şekil 2.7. Sıfır örselenme tahmini değerleri (Cerato ve Lutenegger, 1987) ........... 11
Şekil 2.8.a.Zemin kesiti (İyisan ve Ansal, 1996) .................................................... 12
Şekil 2.8.b.Arazi penetrasyon deneyleri (İyisan ve Ansal, 1996) ............................ 12
Şekil 2.9. SPT-N darbe sayısının N10 ile değişimi (İyisan ve Ansal, 1996) .......... 13
Şekil 2.10. N darbe sayısının qc ile değişimi ve bağıntıların karşılaştırılması
(İyisan, Ansal, 1996) ............................................................................ 13
Şekil 2.11. NSPTNDPH −−− 200' korelasyonu (Kayalar, arkadaşları, 1998) .... 15
Şekil 2.12. Kemalpaşa Deney Alanında NSPTNDPH −−− 200' ve Tork
Bulguları (Kayalar ve arkadaşları, 1998) .............................................. 15
Şekil 2.13.a.Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik
yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) ................................................. 16
Şekil 2.13.b.Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik
yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) ................................................. 17
Şekil 2.14. Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Okuma
yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) ................................................. 17
Şekil 2.15. Şenol yöntemi ile Tavenas yönteminin korelasyon katsayılarının
karşılaştırılması grafiği ( Şenol ve Sağlamer, 2002) .............................. 18
XI
Şekil 2.16. Kil zeminde EPMT değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009) .......................... 19
Şekil 2.17. Kil zeminde PL değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009).............................. 19
Şekil 2.18. Kil zeminlerde N60 ve EPMT değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve
Toğrol, 2009) ....................................................................................... 20
Şekil 2.19. Kil zeminlerde N60 ve PL değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve
Toğrol, 2009) ....................................................................................... 20
Şekil 3.1. Deneysel çalışmalarda kullanılan Çakıt kumu ....................................... 23
Şekil 3.2. Kum malzemesinin dane yapısı ............................................................ 24
Şekil 3.3. Deneysel çalışmalarda kullanılan kil (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) ..... 24
Şekil 3.4.a.Kil zeminin alındığı arazi (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) ..................... 25
Şekil 3.4.b.Kil zeminin alındığı arazi(Kayışlı Köyü) .............................................. 26
Şekil 3.5.a.Arazide muayene çukuru açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) ........ 26
Şekil 3.5.b.Arazide muayene çukuru açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) ........ 27
Şekil 3.5.c.Arazide muayene çukuru açılması (Kayışlı Köyü) ................................ 27
Şekil 3.6.a.Arazide sondaj kuyusu açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) ............ 28
Şekil 3.6.b.Arazide sondaj kuyusu açılması (Kayışlı Köyü) ................................... 28
Şekil 3.7.a.Kil numunenin bloklar halinde çıkarılması ........................................... 29
Şekil 3.7.b.Muayene çukurundan örselenmiş ve örselenmemiş numune
çıkarılması ........................................................................................... 29
Şekil 3.7.c.Çıkarılan örselenmemiş numunenin parafinlenmesi .............................. 30
Şekil 3.8. Kullanılan kumun dane çapı dağılımı (Uncuoğlu, 2009) ....................... 31
Şekil 3.9. Zeminin kap içerisine yerleştirilmesi (Uncuoğlu, 2009) ........................ 33
Şekil 3.10. Sıkı kum zemin kuru birim hacim ağırlığının belirlenmesi
(Uncuoğlu, 2009) ................................................................................. 33
Şekil 3.11. Numunelerin etüvde kurutulması .......................................................... 34
Şekil 3.12. Numunenin öğütülmesi ........................................................................ 35
Şekil 3.13. Numunenin 10 no’lu elekten elenmesi .................................................. 35
Şekil 3.14. MÇ. 1 Muayene çukuruna ait dane çapı dağılımı .................................. 36
Şekil 3.15. Kıvam deneyi ....................................................................................... 36
Şekil 3.16. Piknometre deneyi ................................................................................ 37
Şekil 3.17. Konsolidasyon deneyleri ...................................................................... 38
XII
Şekil 3.18. Casagrande yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) ................................... 41
Şekil 3.19.a.Janbu yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) .......................................... 41
Şekil 3.19.b.Janbu yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) .......................................... 41
Şekil 3.20. Tavenas yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) ........................................ 42
Şekil 3.21.a.Schmertmann yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) .............................. 43
Şekil 3.21.b.Schmertmann eğrisi (Şenol, 1997) ...................................................... 44
Şekil 3.22. Schmertmann yöntemi ile ön konsolidasyon basıncının belirlenmesi
(Şenol, 1997) ........................................................................................ 45
Şekil 3.23. Burmister eğrisi (Şenol ve Sağlamer, 2002) .......................................... 46
Şekil 3.24. Butterfield yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) .................................... 47
Şekil 3.25. Van Zelst yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) ...................................... 47
Şekil 3.26. Eski yöntem (Şenol ve Sağlamer, 2002) ............................................... 48
Şekil 3.27. Şenol yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) ............................................ 48
Şekil 3.28. Aşırı konsolidasyon oranıyla kayma mukavemeti, kayma
deformasyonu arasındaki ilişki ............................................................. 50
Şekil 3.29. Kalıcı kayma mukavemetine aşırı konsolidasyon oranının etkisi ........... 51
Şekil 3.30. Suya doygun olmayan zeminlerde konsolidasyonsuz-drenajsız deney
sonuçları (TMMOB, 1989) ................................................................... 52
Şekil 3.31. Numunenin çıkartılması ....................................................................... 53
Şekil 3.32. Numune çıkarıcı ................................................................................... 53
Şekil 3.33. Kesme kutusu deney aleti ..................................................................... 55
Şekil 3.34. Deneyden sonra numunenin görünümü ................................................. 55
Şekil 3.35. Üç eksenli basınç deney hücresi (Özaydın, 2000) ................................. 56
Şekil 3.36. Üç eksenli basınç deneyi sonrası .......................................................... 56
Şekil 3.37. Üç eksenli basınç deneyi sonrası numunenin görünümü ....................... 57
Şekil 3.38. Arazi model deneyi (Tübitak Araştırma Projesi-106M496) .................. 58
Şekil 3.39. Laboratuar model deneyi (Tübitak Araştırma Projesi-106M496) .......... 60
Şekil 3.40. Standart penetrasyon deneyi ................................................................. 62
Şekil 3.41. SPT N değeri ile drenajsız kayma mukavemeti ilişkisi (Terzaghi ve
Peck, 1967; Sowers, 1979) ................................................................... 63
Şekil 3.42. Presiyometre deneyi ............................................................................. 64
XIII
Şekil 3.43. Prob ve koruyucu hücre ........................................................................ 65
Şekil 3.44. Kontrol ünitesi ..................................................................................... 66
Şekil 3.45. Menard tipi presiyometre takımı ........................................................... 66
Şekil 3.46. Kuyunun kalibrasyonu, enjekte edilen hacim ile oyuk hacmi
arasındaki ilişki .................................................................................... 67
Şekil 3.47.a.Hacim kalibrasyonu deney (hacim grafiği düzeltme eğrisi) (Gürsoy,
1998).................................................................................................... 69
Şekil 3.47.b.Basınç kalibrasyonu deney grafiği (membran basıncı düzeltme
eğrisi) (Gürsoy, 1998) .......................................................................... 69
Şekil 4.1. Kesme kutusu deneyinde rölatif sıkılığa bağlı olarak içsel sürtünme
açısının değişimi .................................................................................. 73
Şekil 4.2. Farklı kumlarda içsel sürtünme açısı ile rölatif sıkılık arasındaki
ilişkiler (Hilf, 1975) ............................................................................. 74
Şekil 4.3. Elek açıklığına bağlı olarak gradasyonu belirlenmiş kum zeminlerde
yapılan kesme kutusu deney sonuçlarının karşılaştırması ...................... 77
Şekil 4.4. Deney başı ve deney sonu su muhtevası değişiminin ön
konsolidasyon basıncına etkisi.............................................................. 80
Şekil 4.5. Ön konsolidasyon basıncının Casagrande metodu ile belirlenmesi ........ 84
Şekil 4.6. Ön konsolidasyon basıncının Janbu metodu ile belirlenmesi ................. 84
Şekil 4.7. Ön konsolidasyon basıncının Tavenas metodu ile belirlenmesi ............. 85
Şekil 4.8. Ön konsolidasyon basıncının Schmertmann metodu ile belirlenmesi .... 86
Şekil 4.9. Ön konsolidasyon basıncının Butterfield metodu ile belirlenmesi ......... 87
Şekil 4.10. Ön konsolidasyon basıncının Eski metot ile belirlenmesi ...................... 87
Şekil 4.11. Ön konsolidasyon basıncının Van Zelst metodu ile belirlenmesi........... 88
Şekil 4.12. Ön konsolidasyon basıncının Şenol metodu ile belirlenmesi ................. 89
Şekil 4.13. 75 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının
grafiksel gösterimi ................................................................................ 91
Şekil 4.14. 75 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının
grafiksel gösterimi ................................................................................ 92
Şekil 4.15. 50 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının
grafiksel gösterimi ................................................................................ 93
XIV
Şekil 4.16. 50 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının
grafiksel gösterimi ................................................................................ 94
Şekil 4.17. Drenajsız kayma mukavemeti-düşey deplasman arasındaki ilişki .......... 96
Şekil 4.18. %24-26 su muhtevalarında gerilme deformasyon eğrileri ..................... 97
Şekil 4.19. %26-28 su muhtevalarında gerilme deformasyon eğrileri ..................... 97
Şekil 4.20. Yeraltı su seviyesindeki numunelerde kayma mukavemeti (qu)
değişimi ............................................................................................... 98
Şekil 4.21. Kilde uygulanan kesme kutusu deney sonuçları .................................. 100
Şekil 4.22. Konsolidasyonsuz ve drenajsız (UU) üç eksenli deney sonuçları ........ 101
Şekil 4.23. Arazi model deney verileri ................................................................. 102
Şekil 4.24. Arazi model deney verileri regresyon analizi ...................................... 103
Şekil 4.25. Laboratuar model deney verileri ......................................................... 103
Şekil 4.26. Laboratuar model deney verileri regresyon analizi .............................. 104
Şekil 4.27. Arazi ve laboratuar model deney gerilme, oturma oranı
karşılaştırması .................................................................................... 105
Şekil 4.28. Ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi (Kayışlı Köyü) .... 106
Şekil 4.29. Ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi (Kayışlı Köyü) .... 107
Şekil 4.30. 1.2 m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri
(W=%27,5-28,5) ................................................................................ 108
Şekil 4.31. 1.5 m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri
(W=%38,0-41,5) ................................................................................ 109
Şekil 4.32. 1.5 m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri
(W=%43,0-45,5) ................................................................................ 109
Şekil 4.33. Drenajsız kayma mukavemeti-su muhtevası arasındaki ilişki (Kayışlı
Köyü) ................................................................................................. 110
Şekil 4.34. Konsolidasyonsuz ve drenajsız (UU) üç eksenli basınç deneyi
sonuçları ............................................................................................. 111
Şekil 4.35. Presiyometre deneyi hacim, basınç değerleri (1.5 m derinlik) ............. 112
Şekil 4.36. Presiyometre deneyinden bulunan PL, EPMT değerleri ...................... 113
Şekil 4.37. Derinlikle EPMT ve SPT N değerleri değişimi ...................................... 114
Şekil 4.38. PL, EPMT değişimi ............................................................................... 114
XV
Şekil 5.1. Tipik 2 boyutlu elemanlar ................................................................... 119
Şekil 5.2.a.Düzlem şekil değiştirme (PLAXIS Manual, 2002) .............................. 122
Şekil 5.2.b.Eksenel simetrik problem (PLAXIS Manual, 2002) ............................ 122
Şekil 5.3. Zemin elemanlarındaki düğüm ve gerilme noktalarının pozisyonu ...... 122
Şekil 5.4. Kiriş elemanları .................................................................................. 123
Şekil 5.5. E0 ve E50 tanımları (Plaxis 2D V8-Manual) ........................................ 124
Şekil 5.6. Yükleme, boşaltma eğrisinden λ ve κ hesabı ....................................... 127
Şekil 5.7. p’-q düzleminde Modifiye Cam kili modelinin akma yüzeyi ............... 128
Şekil 5.8. Üç eksenli basınç deney modelin basitleştirilmiş gösterimi ................. 129
Şekil 5.9. Farklı mesh durumlarında deviatör gerilme – oturma eğrileri .............. 131
Şekil 5.10.a.Çok kaba ağ...................................................................................... 131
Şekil 5.10.b.Orta ağ ............................................................................................. 131
Şekil 5.10.c.Çok sıkı ağ ....................................................................................... 131
Şekil 5.11. 50 kPa hücre basıncı uygulanan analizin düşey deformasyon
dağılımı .............................................................................................. 133
Şekil 5.12. 50 kPa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli
Plaxis analiz sonucu ........................................................................... 134
Şekil 5.13. 150 kPa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli
Plaxis analiz sonucu ........................................................................... 135
Şekil 5.14. 200 kPa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli
Plaxis analiz sonucu ........................................................................... 135
Şekil 5.15. Konsolidasyon deney modelinin basitleştirilmiş gösterimi .................. 136
Şekil 5.16. Farklı mesh durumlarında ∆H/H0 - logp’ eğrileri ............................... 137
Şekil 5.17. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Mohr-Coulomb
modeli) ............................................................................................... 140
Şekil 5.18. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Soft Soil modeli). 141
Şekil 5.19. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Modifiye Cam
kili modeli) ........................................................................................ 141
Şekil 5.20. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonuçları .......................... 142
Şekil 6.1. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırılması (50 kPa hücre
basıncı) .............................................................................................. 143
XVI
Şekil 6.2. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırması (150 kPa hücre
basıncı) .............................................................................................. 144
Şekil 6.3. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırması (200 kPa hücre
basıncı) .............................................................................................. 145
Şekil 6.4. Mohr-Coulomb modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi
ile karşılaştırılması ............................................................................. 145
Şekil 6.5. Soft Soil modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile
karşılaştırılması .................................................................................. 146
Şekil 6.6. Modifiye Cam kili modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney
eğrisi ile karşılaştırılması .................................................................... 147
XVII
XVIII
SİMGELER VE KISALTMALAR
%P : Kil yüzdesi α : Çevre oranı A : Aktivite AKO : Aşırı konsolidasyon oranı BST : Sondaj kuyusu kayma deneyi c : Kohezyon c' : Efektif kohezyon CD : Konsolidasyonlu ve drenajlı deney CH : Yüksek plastisiteli kil CL : Düşük plastisiteli kil CPT : Koni penetrasyon deneyi CU : Konsolidasyonlu ve drenajsız deney D : Çap ∆e : Boşluk oranı değişimi ∆Η : Boy değişim farkı ∆Η/Η : Yükleme kademelerindeki boy değişimi ∆l : Kayma deformasyonu DPH : Dinamik penetrasyon deneyi DPT : Dinamik sonda deneyi Dr : Rölatif sıkılık ∆V : Hacim değişimi ε : Deformasyon oranı e : Boşluk oranı e0 : Başlangıç boşluk oranı emax : Maksimum boşluk oranı emin : Minimum boşluk oranı Es : Özgül enerji φ : İçsel sürtünme açısı φ’ : Efektif içsel sürtünme açısı FPC : Koni presiyometre deneyi Ip : Plastisite indisi
XIX
MH : Yüksek plastisiteli silt N : Darbe sayısı Ns,200 : Tij sürtünmesini yenmek için harcanan darbe sayıları P’ : Efektif gerilme qc : Koni penetrasyon deneyi uç direnci Qu : Kayma mukavemeti RBST : Kaya sondaj kuyusu kayma deneyi σ : Normal gerilme σ’ : Efektif gerilme σ’0 : Jeolojik yük σ’c : Ön konsolidasyon basıncı SBPM : Kendiliğinden yerleşen presiyometre SP : İnce ve temiz kum SPT : Standart penetrasyon deneyi SPT-N : Standart penetrasyon vuruş sayısı γson : Son birim hacim ağırlık T : Tork τ : Kayma gerilmesi USCS : Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi UU : Konsolidasyonsuz ve drenajsız deney uw : Boşluk suyu basıncı V : Özgül hacim w : Su muhtevası wilk : İlk su muhtevası wL : Likit limit wP : Plastik limit wS : Rötre limiti wson : Deney sonu su muhtevası γilk : İlk birim hacim ağırlık γkmax : Maksimum kuru birim hacim ağırlık γkmin : Minimum kuru birim hacim ağırlık γn : Doğal birim hacim ağırlık γs : Dane birim hacim ağırlık
1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ
1
1. GİRİŞ
Günümüzde yapım teknikleri ve yapısal analiz yöntemlerindeki gelişmelere
bağlı olarak büyük ölçekte yapılar inşa edilmeye başlanılmıştır. Bu yapıların proje
aşamasındaki analizlerinin daha gerçekçi yapılabilmesi için, yapım sonrasındaki
koşullar iyi belirlenmeli ve modellenmelidir. Yapısal modellemede yükler, bölgenin
deprem koşulları, yapının kullanım amacı gibi etkenler göz önünde
bulundurulmalıdır. Bu koşulların en önemlilerinden birisi yerel zemin koşulları ve
yapı zemin etkileşimidir.
Yerel zemin koşullarının ve yapı zemin etkileşiminin iyi belirlenmesi için
zeminin, fiziksel ve mekanik özelliklerinin iyi belirlenmesi gerekmektedir. Bu
özelliklerin belirlenmesi amacıyla geçmişten günümüze kadar, birçok deney yöntemi
uygulanmıştır. Yerel zemin koşullarının belirlenmesinde zemin profilinin sağlıklı bir
şekilde incelenmesi önemlidir. Bu amaçla sondajlar yapılmaktadır. Sondaj sırasında
bazı arazi deneyleri uygulanabilmekte ancak bu deneyler zeminin tüm
parametrelerinin belirlenmesinde yeterli olmamaktadır. Zemin parametrelerinin
belirlenmesi amacıyla, araziden getirilen zemin örnekleri üzerinde bir dizi laboratuar
deneyleri yapılmaktadır.
Yapısal analizlerde gerçeğe yakın modelleme yapabilmek, zemin
özelliklerinin doğru şekilde belirlenmesiyle mümkündür. Zemin özellikleri
parametrelerinin belirlenmesi için, mevcut zemin koşullarının laboratuar ortamına
doğru olarak yansıtılması gerekmektedir. Zemin koşullarını doğru olarak yansıtan
parametrelerin elde edilebilmesi için en iyi deney aleti seçilmesi gerekir. Örneğin, üç
eksenli basınç deneyinde yanal gerilme durumları yansıtılarak mukavemet özellikleri
belirlenebilirken, serbest basınç deneyinde yanal yük durumu mevcut değildir. Veyn
deneyinde moment etkisinde zeminin yenilme durumu gözlenirken, cep
penetrometresinde zemine alet itilerek deney yapılmaktadır. Kesme kutusu
deneyinde ise kumlar ve killerde deneyler yapılarak, numunenin kesmeye karşı
davranışı izlenebilmektedir. Dolayısıyla yöntemlerdeki farklılıklar sonuçları da
etkilemektedir. Bunun bir sonucu olarak, elde edilen parametreler arasında farklar
oluşmaktadır. Bulunan bu parametreler kayma mukavemetini etkilemektedir.
1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ
2
Kayma mukavemetini zemin cinsinin yanı sıra zeminin geçmişte bulunduğu
ortamdaki fiziksel ve kimyasal koşullar da etkileyebilmektedir. Örneğin kayma
mukavemeti açısından kum ve killeri birbirinden ayıran en belirgin özelliklerin
başında ortamın geçirimliliği ve jeolojik etkenlerin öne çıktığı söylenebilir. Bir kilin
kayma mukavemeti, içerdiği danelerin mikroskobik boyutları nedeniyle daneler arası
yüzey kuvvetlerinden önemli ölçüde etkilenirken bir kumun kayma mukavemeti ise
daneler arası sürtünme ve izafi sıkılığından etkilenmektedir. Gevşek kumlarla normal
yüklenmiş killer; sıkı kumlarla da aşırı konsolide killerin Vuw ∆−−− εσ
bağıntılarında paralellik ve kritik durumda tam benzerlik bulunmaktadır. Burada kil
terimi ile CL, CH, MH ve şeyl gibi plastik özellikler gösteren tüm malzemeler
kastedilmektedir. Killerde kayma mukavemeti aşağıdaki özelliklere bağlıdır:
1. Efektif gerilme düzeyi
2. Kilin plastisitesi
3. Çimentolanma
4. Daneler arası çekme veya itme
5. Su muhtevası
6. Kesilme hızı
7. Ortamın anizotropluğu
8. Gevreklik
9. Numunenin kalitesi
10. Ölçüm tekniği
Her ne kadar bazı deneylerden elde edilen sonuçlar daha gerçekçi olsa da, bu
deneyleri her zaman yapabilme imkanı olmamaktadır. Bu çalışmada kayma
mukavemetini bulmaya yönelik zemin deneyleri yapılarak deney sonuçları arasında
bir ilişki belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca sonlu elemanlar yöntemine dayalı paket
program kullanılarak, bazı modellemelerde zemin parametrelerin değişiminin,
sonuçlar üzerinde etkisi araştırılmıştır. Çalışmaya ait bölümler aşağıdaki gibi
sunulmuştur. 2. bölümde, konu ile ilgili geniş literatür çalışması yapılarak, teorik ve deneysel
çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir.
1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ
3
3. bölümde, deneysel çalışma metodu ayrıntılı olarak anlatılmıştır.
4. bölümde, elde edilen deneysel sonuçlar ve karşılaştırmalar sunulmuştur.
5. bölümde, sonlu elemanlar yöntemine değinilerek, bazı deneyler PLAXIS
programı ile modellenerek analiz edilmiş ve analiz sonuçları sunulmuştur.
6. bölümde, elde edilen sayısal ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır.
7. bölümde, elde edilen sonuçlar sunulmuş ve gelecekteki çalışmalar için önerilerde
bulunulmuştur.
1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ
4
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
5
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
2.1. Giriş
Zemin mekaniğinde uzun yıllardır zemin özelliklerinin belirlenmesi için,
dayanımının bulunmasına yönelik hem arazi hem de laboratuar deneyleri
yapılmaktadır ve buradan bulunan değerlerle zemin taşıma gücü tahmin
edilmektedir. Yapılan deneylerin hangi tür zeminlerde nasıl sonuçlar verebileceği
kabaca tahmin edilmektedir. Zeminlerin kayma dayanımlarının hangi özelliklere
bağlı olduğu, nasıl değiştiği ve yapılan deneylerin aralarındaki ilişki birçok
araştırmacı tarafından incelenmiştir.
Tez kapsamında bu konularla ilgili geçmişte yapılmış çalışmalar bu bölümde
sunulmuştur.
2.2. Deneysel Çalışmalar
2.2.1. H. Leussink and W. Wittke (1963)
Bu çalışmada kayma gerilmeleri ve deformasyonlar farklı düzenli kürelerin
birleştirilmesiyle düzlem deformasyon ve üç eksenli durumlar altında teorik ve
deneysel olarak araştırılmıştır.
Teorik ve deneysel olarak kayma dayanımı düzlemsel deformasyon
durumunda üç eksenli basınç deneyi sonuçlarından daha büyük olduğu bulunmuştur.
Deneysel sonuçlar ise teorik sonuçlardan daha düşük sonuçlar vermiştir.
Araştırmacılar bu farka birçok etkenin neden olabileceğini öne sürmüşlerdir.
2.2.2. J. R. Lambrechts and J. J. Rixner (1981)
Bu çalışmada iki farklı zeminin kayma mukavemetinin belirlenmesi için arazi
ve laboratuar deneyleri gerçekleştirilmiş ve sonuçları kıyaslanmıştır. Çelik kazık
batardoların hareket nedenlerini değerlendirmek için zemin kayma mukavemeti
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
6
parametreleri gerekli görülmüştür. Silt ve tabakalı silt zeminlerin drenajlı kayma
mukavemeti parametrelerinin (c ve f) belirlenmesi için arazide Statik Koni
Penetrasyon ve Borehole kayma deneyleri ile laboratuarda üç eksenli basınç deneyi
gerçekleştirilmiştir. Her üç yöntemle kayma mukavemeti parametreleri türetilmiştir.
İçsel sürtünme açısı tabakalı siltlerde 28 ile 33 derece arasında, normal siltlerde ise
32 ile 36 derece arasında olduğu bulunmuştur. Zemin sıkıştırıldıkça üç eksenli basınç
deneyinde elde edilen f değerinin arttığı gözlenmiştir. f değerleri sıkıştırma
durumlarına bağlı 26 ile 34 derece arasında değişken olarak türetilmiştir.
Laboratuar ve arazi deneylerinden elde edilen sonuçlar arasında içsel
sürtünme açıları her biri için 3° fark oluştuğu gözlenmiştir.
2.2.3. J. Lutenegger and G.R. Hallberg (1981)
Sondaj kuyusu kayma deneyi zemin ve kayaların kayma mukavemeti
dayanımı için alternatif sunmaktadır. Bu deneyle örselenmemiş zeminler arasındaki
ilişki hızlı bir şekilde belirlenebileceği düşünülmüştür. Bu sayede laboratuar
deneylerinde ortaya çıkabilecek problemler elimine edilmiştir. Arazi kayma
dayanımı ölçüm metotlarına (veyn kayma, koni penetrometre ve presiyometre) karşın
sondaj kuyusu kayma deneyi (BST) ve kaya sondaj kuyusu kayma deneyi (RBST)
daha farklı içsel sürtünme açısı ve kohezyon değerleri vermiştir. Şev stabilitesi ve
taşıma kapasitesi gibi ana problemlerin tamamlanmış analizleri yapılabildiği
düşünülmektedir. Geçmişte BST drenajlı deney olarak dikkate alınıp, efektif
parametreler φ’ ve c’ olduğu belirtilmiştir.
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
7
Şekil 2.1. Laboratuarda ve sondaj kuyusu kayma deneylerinde φ değerlerinin
karşılaştırılması (Lutenegger ve Hallberg, 1981)
Bu çalışmada deneylerin genel kullanımı, çalışması, varsayımları ve
problemleri incelenip ve sonuçların yorumlanmasının örnekleri verilmiştir.
2.2.4. G. T. Houlsby and N. J. Withers (1988)
Koni presiyometre deneyi standart koni penetrometre ile presiyometrenin
birleştirilmesiyle oluşmuş bir arazi deneyidir. Houlsby ve Withers yapmış oldukları
bu çalışmada killer için bir koni penetrasyon analizi sunmuşlardır. 7 adet prototip
koni presiyometre deneyi kullanılarak yeni metotlarla analiz edilmiş ve türetilen
zemin parametreleri aynı bölgede yapılan diğer deneylerle kıyaslanmıştır. Analiz
sonuçları deneylerde elde edilen davranışa yakın çıkmıştır. Elde edilen kayma
BST (φ)°
(φ)°
CD üç eksenli CU üç eksenli CD direkt kesme CU direkt kesme
10 20 30 40
40
30 20
10
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
8
modülü ve drenajsız kayma mukavemeti değerlerinin diğer deney sonuçlarıyla
uyuştuğu görülmüştür (Şekil 2.2).
Şekil 2.2. Farklı yöntemlerden elde edilen drenajsız kayma mukavemetinin karşılaştırması (Houlsby ve Withers, 1988)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
9
Şekil 2.3. Kendiliğinden yerleşen presiyometre (SBPM), koni presiyometre (FPC) deneylerinde kayma modülünün karşılaştırması (Houlsby ve Withers, 1988)
Şekil 2.4. Koni presiyometre (FPC) ve kendiliğinden yerleşen presiyometre (SBPM) deneylerinde rijitlik indeksinin karşılaştırılması (Houlsby ve Withers, 1988)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
10
2.2.5. A.B. Cerato ve A.J. Lutenegger (1987)
Bu çalışmada arazi veyn deneyiyle tabakalı killerde kanat kalınlığının
zemindeki örselenme etkisi incelenmiştir.
Aynı yükseklik ve çapta ancak farklı kalınlıkta 4 veyn aleti kullanılarak farklı
derinliklerde deneyler yapılmıştır. Veyn bıçağı farklı çevre oranlarındadır (%3.1-
%12.4).
Şekil 2.5. Veyn deneyinde kullanılan bıçak ölçüleri
Sonuçlar ölçülen pik mukavemetlerin alan oranıyla ters orantılı olduğunu
göstermiştir.
De
πα
4=
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
11
Şekil 2.6. Champlain kili LaRochella et al (1973)
Şekil 2.7. Sıfır örselenme tahmini değerleri (Cerato ve Lutenegger, 1987)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
12
2.2.6. R. İyisan ve A. Ansal (1996)
Zemin incelemeleri sırasında açılan sondaj kuyularında uygulanan Standart
Penetrasyon Deneyi (SPT), çeşitli zemin özellikleri hakkında bilgi edinilmesi
açısından oldukça yaygın kullanılan bir arazi deneyidir. Diğer arazi deneyleri
arasında, sondaj kuyusuna gerek olmadan uygulanabilen Koni Penetrasyon Deneyi
(CPT) ve Dinamik Sonda Deneyi (DPT) sayılabilir. Bu çalışmada, Erzincan’da
yapılan zemin incelemeleri sırasında uygulanan arazi penetrasyon deney sonuçları
arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Standart Penetrasyon Deneyi N darbe sayısını diğer
penetrasyon deney sonuçlarından tahmin edebilmek için bağıntılar geliştirilmiştir.
Şekil 2.8.b. Arazi penetrasyon deneylerijk
(İyisan ve Ansal, 1996) Şekil 2.8.a. Zemin kesiti (İyisan ve Ansal, 1996)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
13
Şekil 2.9. SPT-N darbe sayısının N10 ile değişimi (İyisan ve Ansal, 1996)
Şekil 2.10. N darbe sayısının qc ile değişimi ve bağıntıların karşılaştırılması (İyisan
ve Ansal, 1996)
Dinamik Sonda Darbe Sayısı, N10
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
14
2.2.7. A. Ş. Kayalar, M. Kuruoğlu ve U. Akay (1998)
Bu çalışmada dinamik penetrasyon ve Standard penetrasyon direnç
korelasyonu, arazi deneyleri ile değerlendirilmiştir. Zemin özellikleri oldukça farklı
iki deney alanında ağır tip dinamik penetrasyon (DPH / DIN 4094 SRS 15) ve
Standard penetrasyon (SPT) deneyleri bir metre aralıklı olarak gerçekleştirilmiştir.
Birinci deney alanında suya kısmi doygun killi kum, ikinci deney alanında ise suya
doygun non-plastik silt zeminlerin hakim olduğu belirlenmiştir. Deney alanlarının
ilkinde dinamik penetrasyon deneyleri yapılırken tij çeper sürtünmesi gözlenmemiş,
ikinci alanda önemli tij çeper sürtünmesi ortaya çıkmıştır. İkinci alandan elde edilen
deney bulguları, dinamik penetrasyon ve Standard penetrasyon direnç korelasyonu
için uyumlu bir dağılım vermiştir.
Tij sürtünmesini yenmek için harcanan darbe sayılarını (N’200)
değerlendirmek üzere, her tij ilavesinden sonra (bir metrede 1 defa) zemin içindeki tij
grubu düşey ekseni etrafında döndürülerek, tork T (Nm) ölçümü yapılıp,
kaydedilmiştir.
DPH-N’200 =dinamik penetrasyon darbe sayısı
SPT-N = standart penetrasyon darbe sayısı
SPT-N=1.88xDPH-N’200 enerji düzeltmeli teorik korelasyon ifadesi
deneysel olarak;
her iki alandaki verilerin toplamı için SPT-N=1.75xDPH-N’200 olarak elde
edilmiştir. Bu korelasyon Cearns ve McKenzie (1988) ile uyumludur.
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
15
Şekil 2.11. NSPTNDPH −−− 200' korelasyonu (Kayalar ve arkadaşları, 1998)
Şekil 2.12. Kemalpaşa Deney Alanında NSPTNDPH −−− 200' ve Tork Bulguları
(Kayalar ve arkadaşları, 1998)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
16
2.2.8. A. Şenol ve A. Sağlamer (2002)
Geoteknik mühendisliğinde ön konsolidasyon basıncı, kohezyonlu (killi)
zeminlerin tarihçesi ve davranışını etkileyen önemli bir parametredir. Ön
konsolidasyon basıncı genelde grafik yöntemlerle belirlenmektedir. Bu araştırmada
Şenol ve Sağlamer laboratuarda konsolidometre aletinde, Rowe hücresinde ve
yoğrularak numuneler hazırlanmıştır. Ve buradan bulunan ön konsolidasyon
basınçları literatürde öngörülen Casagrande, Schmertmann, Janbu, Butterfield,
Tavenas, Burmister, Eski ve Van Zelst yöntemlerine uyarlanarak karşılaştırılmıştır.
Bu çalışmada ön konsolidasyon basıncı değerini daha hassas verebilecek
‘Yeni’ bir yöntem önerilmiştir.
Şekil 2.13.a. Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
17
Şekil 2.13.b. Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik yöntemleri)
(Şenol ve Sağlamer, 2002)
Şekil 2.14. Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Okuma yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002)
Çalışmada farklı yöntemlerle hazırlanan numuneler üzerinde
konsolidasyon deneyleri yapılmıştır. Ön konsolidasyon basıncı bilinen bu numuneler
üzerinde 8 farklı yöntemle ön konsolidasyon basınçları tahminen bulunmuştur. Ve bu
yöntemlerin sonuçlarına regresyon analizi yapılmıştır. Regresyon analizi
sonuçlarının ışığında mevcut ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemlerinden
daha hassas sonuç verebilecek bir yöntemin mümkün olup olamayacağı
araştırılmıştır. Yaklaşık olarak tüm hesaplarda düzgün sonuç veren Tavenas
yönteminden yola çıkılarak, bu yöntemin varyasyonu olan yeni bir metot üzerinde
çalışmalar yapılmıştır. (σ.∆H\H,logσ) eksen takımında ifade edilen konsolidasyon
eğrisinden yararlanarak yeni bir yöntem geliştirilmiştir.
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
18
Şekil 2.15. Şenol yöntemi ile Tavenas yönteminin korelasyon katsayılarının karşılaştırılması grafiği (Şenol ve Sağlamer, 2002)
2.2.9. İ. Bozbey ve E. Toğrol (2009)
Bu çalışmada İstanbul’da yapılan geoteknik bir araştırmaya ait ölçülen
presiyometre deney dataları ile standart penetrasyon deney (SPT) dataları
arasındaki korelasyonlar açıklanmıştır. Bu çalışmada, SPT düşüş sayısı (N),
presiyometre modülü (EPMT) ve limit basınç (PL) ile korele edilmiştir. Ampirik
denklemler presiyometre modülünden limit basıncı tahmin etmek için ileri
sürülmüştür. Drenajsız kayma mukavemeti ile limit basıncın korelasyonu için
serbest basınç deneyinde ölçümler yapılmıştır. Korelasyonlar kumlarda ve
killerde ayrı ayrı yapılmıştır. Toplamda 182 deney yapılmıştır, aynı ekipman ve
prosedürlerin kullanılması ile elde edilen korelasyonların benzer zeminler içinde
uygun olabileceği görülmüştür.
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
19
Şekil 2.16. Kil zeminde EPMT değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009)
Yapılan çalışmalarda EPMT rijitlik modülü ve PL limit basınç değerleri
derinlikle artış göstermiştir.
Şekil 2.17. Kil zeminde PL değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
20
Şekil 2.18. Kil zeminlerde N60 ve EPMT değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve Toğrol,
2009)
Araştırmacılar SPT deneyinden bulunan N değerinin düzeltilmesi ile N60
değerini bulup yatay eksende göstermiş, düşey eksende ise aynı bölgelerde yapılan
presiyometre deneyinden bulunan EPMT ve PL değerlerini göstermişlerdir. İki eksen
de logaritmik olarak gösterilmiştir. İki deney verilerinde korelasyon yapılmıştır.
Şekil 2.19. Kil zeminlerde N60 ve PL değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve Toğrol,
2009)
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
21
2.3. Teorik Çalışmalar
2.3.1. Yumuşak Kil Zemin Davranışı ve Modelleri
Bağ kuvvetleri, kil zeminlere ilave dayanım kazandırır ve killerin akmaya
karşı direncini arttırır (Koskinen ve ark., 2002).
Kil zeminlerdeki dokusal anizotropiyi dikkate alan ve kritik zemin
mekaniği çerçevesinde geliştirilmiş çeşitli elasto-plastik zemin modelleri mevcuttur
(Banerjee ve Yousif, 1986; Dafalias 1986; Nova, 1988; Gens ve Nova, 1993;
Kavvadas & Amorosi, 2000; Wheeler ve ark., 2003).
Killerde, plastik deformasyon nedeniyle daneler arasındaki bağ kuvvetlerinin
kopması veya tamamen kaybolması, yapısal bozulma olarak isimlendirilmiştir
(Leroueil ve ark., 1979). Son yıllarda yumuşak kil zeminler için geliştirilmiş yeni
yapısal zemin modellerinin olduğu görülmüştür.
Önceki yıllarda sonlu elemanlar analizlerinde lineer olmayan zemin davranışı
için genellikle Hiperbolik (Duncan ve ark.,1980) veya Modifiye Cam kili (Roscoe ve
Burland, 1968) modellerinin kullanıldığı görülmektedir. Plastisite teorisi esas
alınarak geliştirilen ve zeminlerdeki dilatasyon davranışını modelleyebilen pekleşme
zemin modeli (Schanz ve ark., 1998) hiperbolik modele göre daha üstün özelliklere
sahiptir. Bu model, sıkı, orta-sıkı kumlar ile sert kil davranışı için çok iyi olup ancak
yumuşak killerde yetersiz kalmaktadır. Yumuşak kil davranışının modellenmesi
geoteknik mühendisliğinin en zor ve en karmaşık problemlerinden birisidir. Çünkü
yumuşak killerin sıkışabilirliği yüksektir ve yük etkisinde meydana gelen
deformasyonlar zamana bağlıdır.
Wheeler ve ark. (2003) tarafından geliştirilen S-CLAY1 zemin modeli,
plastik anizotropiyi dikkate alırken, Koskinen ve ark. (2002) tarafından geliştirilen S-
CLAY1S zemin modeli ise, plastik anizotropiye ilave olarak killerdeki yapının
bozulması ile oluşan etkileri dikkate almaktadır. Bu modellerin en büyük avantajı,
model parametrelerinin standart laboratuar deney sonuçlarından belirlenebilmesidir.
Çeşitli doğal ve yeniden yapılandırılmış kil numuneler üzerinde yapılan
deneysel çalışmalarla bu modellerin geçerliliği gösterilmiştir (Näätänen vd., 1999;
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
22
Koskinen vd., 2002b; Wheeler vd., 2003; Karstunen ve Koskinen, 2004a). Her iki
model de Glasgow Üniversitesinde geliştirilmiş olup PLAXIS V8 bilgisayar
programına Wiltafsky (2003) tarafından kullanıcı tanımlı modeller olarak
eklenmiştir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
23
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Çalışmanın materyali üç ayrı araziden sağlanmıştır.
Şekil. 3.1. Deneysel çalışmalarda kullanılan Çakıt kumu
Kumlu Zemin (Şekil 3.1), Çukurova Bölgesi, Çakıt Nehir Yatağından
getirilmiştir.
Killi zemin (Şekil 3.3), Adana İli, Seyhan İlçesi, Yenidam Köyü Mevkiinde
Batı Adana Su Arıtma Tesisinden ve Güney Adana Kayışlı Köyü İlköğretim Okulu
Proje Sahasından getirilmiştir. Söz konusu arazilerden sondaj kuyuları ve muayene
çukurları açılmıştır. Açılan çukurlardan örselenmiş ve örselenmemiş zemin
numuneleri alınarak laboratuara getirilmiştir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
24
Şekil 3.2. Kum malzemesinin dane yapısı
Şekil 3.3. Deneysel çalışmalarda kullanılan kil (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
25
Şekil 3.4.a. Kil zeminin alındığı arazi (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
26
Şekil 3.4.b. Kil zeminin alındığı arazi (Kayışlı Köyü)
3.1. Arazi çalışmaları
3.1.1. Kil zemin
Batı Adana Su Arıtma Tesisinde zemin özelliklerinin belirlenmesi için
arazide 2.00-2.50 m derinlikte, 2.00-2.20 m genişlikte muayene çukuru (Şekil 3.5.a-
3.5.b) ve 13 m derinlikte sondaj kuyusu açılmıştır (Şekil 3.6.a).
Şekil 3.5.a. Arazide muayene çukuru açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
27
Şekil 3.5.b. Arazide muayene çukuru açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
Şekil 3.5.c. Arazide muayene çukuru açılması (Kayışlı Köyü)
İncelemelerde, arazide zemin yüzeyinden itibaren en üstte 80–100 cm
kalınlıkta bitkisel toprak tabakası ve bunu takip eden az siltli kil tabakası yer aldığı
görülmüştür. Az siltli kil 7.00 m’ye kadar devam etmekte, az siltli killi kum tabakası
13.00 m de son bulmaktadır.
Kayışlı Köyü arazisinde zemin özelliklerinin belirlenmesi için arazide 1.50-
2.00 m derinlikte, 1.50-2.00 m genişlikte muayene çukuru (Şekil 3.5.c) ve 10 m,15 m
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
28
derinlikte sondaj kuyuları (Şekil 3.6.b) açılmıştır. Yapılan sondajlar sonucunda ilk 60
cm bitkisel toprağa, 5.4 m derinliğe kadar siltli kile, 6.8 m derinliğe kadar siltli kuma
ve sondajın sonuna kadar az kumlu kile rastlanmıştır. Yeraltı su seviyesi mevsimsel
olarak değişmekte araziden numune alınan dönemde 1.70 m’dedir.
Şekil 3.6.a. Arazide sondaj kuyusu açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
Şekil 3.6.b. Arazide sondaj kuyusu açılması (Kayışlı Köyü)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
29
Muayene çukurları ve sondaj kuyusunda geçilen zemin katmanlarını gösteren
loglar Ek 1’de verilmiştir.
Arazi çalışmaları sırasında alınan örselenmiş ve örselenmemiş kil zemin
numuneleri (Şekil 3.7) üzerinde, Çukurova Üniversitesi, Mühendislik–Mimarlık
Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Geoteknik Laboratuarı’nda gerekli tüm
deneyler yapılmıştır.
Şekil 3.7.a. Kil numunenin bloklar halinde çıkarılması
Şekil 3.7.b. Muayene çukurundan örselenmiş ve örselenmemiş numune çıkarılması
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
30
Şekil 3.7.c. Çıkarılan örselenmemiş numunenin parafinlenmesi
Çıkarılan numuneler su muhtevalarını kaybetmemesi için, arazide ince bir tül
ile sarılarak, eritilen parafin maddesiyle çevrelenmiştir. Stoklanan numuneler
laboratuarda kür odasında bırakılarak arazideki zemin özelliklerinin korunması
sağlanmıştır.
3.2. Klasik Laboratuar Deneyleri
3.2.1. Kum Zemin
Çukurova bölgesi, Çakıt nehir yatağından getirilen kum zemin Türk
standartlarına göre sırasıyla 18 no’lu (1 mm çaplı) ve 200 no’lu (0.074 mm çaplı)
eleklerden yıkanarak elenmiştir. Bu işlem sonunda No. 18 ile No. 200 arasında kalan
kumlar, 105±50C’de etüvde kurutulmuştur. Deneyler Çukurova Üniversitesi İnşaat
Mühendisliği Zemin Mekaniği Laboratuarında yapılmıştır.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
31
3.2.1.1. Endeks Deneyleri
3.2.1.1.(1). Elek Analizi
Araştırma için kullanılan kum numuneler, Türk standartlarına göre önceden
belirlenen bir seri elekten elenerek dane çapı dağılımı elde edilmiştir (Şekil 3.8).
Dane çapı dağılım eğrisinden, zemin sınıfı, Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma
Sistemi’ne (USCS) göre kötü derecelenmiş ince ve temiz kum (SP) olarak elde
edilmiştir. Elek analizi sonuçları Çizelge 3.1’de verilmiştir.
Şekil 3.8. Kullanılan kumun dane çapı dağılımı (Uncuoğlu, 2009)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Dane Boyutu (mm)
Geç
en %
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
32
Çizelge 3.1. Elek analiz sonuçları (Uncuoğlu, 2009) Granülometri Parametreleri Birim Değer
Kaba Kum Yüzdesi % 0.0
Orta Kum Yüzdesi % 46.40
İnce Kum Yüzdesi % 53.60
Efektif Dane Çapı, D10 mm 0.18
D30 mm 0.30
D60 mm 0.50
Üniformluk Katsayısı, Cu - 2.78
Derecelenme Katsayısı, Cc - 1.00
Zemin Sınıfı - SP
3.2.1.1.(2). Piknometre Deneyi
Kumun dane birim hacim ağırlığını belirlemek için yapılan piknometre
deneyleri sonucunda bu değer, 3/8.26 mkNs =γ olarak elde edilmiştir.
3.2.1.1.(3). Sıkılık Deneyi
Kum zeminde gerçekleştirilen deneysel çalışmalar gevşek ve sıkı durumlar
olmak üzere iki durumda incelenmiştir. Gevşek ve sıkı haldeki deney kumunun kuru
birim hacim ağırlıklarını belirlemek için 423 mm x 423 mm x 78 mm boyutlarında
bir kap içerisinde rölatif sıkılık deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gevşek durumda
bulunan deney kumunun kuru birim hacim ağırlığı (γkmin) tespit edilirken kuma
hiçbir müdahalede (sıkıştırma veya gevşetme) bulunulmamıştır. Kaba yerleştirilen
kumun yüzeyi deneyin sağlıklı sonuçlar vermesi için düzeltilmiş ve kum yüzeyi su
terazisi yardımıyla kontrol edilmiştir. Sonrasında, içerisinde gevşek kum bulunan
kap tartılmış ve ağırlığı tespit edilmiştir (Şekil 3.9).
Deney kumunun sıkı durumdaki kuru birim hacim ağırlığı (γkmax) tespit
edilirken kum 5 tabaka olarak kabın içine yerleştirilmiş ve her bir tabaka serildikten
sonra titreşim cihazı ile sıkıştırılmıştır. Tabakalarda uygulanan sıkıştırma işleminin
aynı enerjilerde ve sürelerde olmalarına dikkat edilmiştir. Tüm serme ve sıkıştırma
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
33
işlemleri tamamlandıktan sonra yüzeyin düzgünlüğü su terazisi ile kontrol edilmiştir.
Bu deneyler sıkı ve gevşek olmak üzere 5’er kez tekrarlanmıştır. Tespit edilen ağırlık
değerlerinin aritmetik ortalaması alınmıştır. Elde edilen sonuçlar Çizelge 3.2’de
sunulmuştur.
Şekil 3.9. Zeminin kap içerisine yerleştirilmesi (Uncuoğlu, 2009)
Şekil 3.10. Sıkı kum zemin kuru birim hacim ağırlığının belirlenmesi (Uncuoğlu,
2009)
minmax
max
eeee
D nr −
−= (3.1)
)()(
minmax
minmax
γγγγγγ
−−
=n
nrD (3.2)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
34
Çizelge 3.2. Kuru birim hacim ağırlık deney sonuçları (Uncuoğlu, 2009) Sıkılık Parametreleri Birim Değer
Dane Birim Hacim Ağırlığı, kN/m3 26.800
Gevsek Haldeki Kuru Birim Hacim Ağırlık, γkmin kN/m3 15.030
Sıkı Haldeki Kuru Birim Hacim Ağırlık, γkmax kN/m3 17.060
Gevşek Halde Boşluk Oranı, egevsek - 0.783
Sıkı Halde Boşluk Oranı, esıkı - 0.570
3.2.2. Kil Zemin
3.2.2.1. Kil Numunelerin Hazırlanması
Batı Adana Su Arıtma Tesisinden getirilen örselenmiş kil numunelerin bir
kısmıyla zemin endeks özellikleri belirlenmiştir. Diğer örselenmiş numune ise model
deneyleri yapılması için hazırlanmıştır. Bu aşamada numune küçük parçalara
ayrılarak, 105±50C’de etüvde 24 saat süreyle kurutulmuştur (Şekil 3.11).
Şekil 3.11. Numunelerin etüvde kurutulması
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
35
Şekil 3.12. Numunenin öğütülmesi Şekil 3.13. Numunenin 10 no’lu
elekten elenmesi
Etüvde kurutulmuş numuneler, Maden Mühendisliği Bölümüne ait öğütme
makinesinde öğütülüp (Şekil 3.12), 10 no’lu elekten elenmiştir (Şekil 3.13).
3.2.2.2. Endeks Deneyleri
3.2.2.2.(1) Elek ve Hidrometre Analizi
Deneysel çalışmada kullanılan kil numuneler, Türk standartlarına göre elek
ve hidrometre analizleri ile dane çapı dağılımı elde edilmiştir. Dane çapı dağılım
eğrisinden, zemin sınıfı belirlenmiş, Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi’ne
(USCS) göre toplu olarak Şekil 3.14’te verilmiştir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
36
Şekil 3.14. MÇ. 1 Muayene çukuruna ait dane çapı dağılımı
*CH: Yüksek Plastisiteli kil
3.2.2.2.(2) Atterberg Limitleri
Kil zeminin kıvamını belirleyebilmek için likit limit ve plastik limit deneyleri
yapılmıştır. Zemin sınıfı Casagrande plastisite kartından belirlenmiştir. Ayrıca
büzülme limiti için deney yapılmamıştır. Büzülme limiti yaklaşık olarak plastisite
kartından bulunabilmektedir.
Şekil 3.15. Kıvam deneyi
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
37
Zeminin büzülme limitini deney yapmadan bulmak için plastisite kartından
önce A ve Ü doğrularının kesişme noktası işaretlenir: X (-43.5, -46.4). Sonra
zeminin likit limit-plastisite indisi plastisite kartı içinde noktalanır (Y). X ve Y
noktalarını birleştiren doğrunun likit limit apsisindeki değeri büzülme limiti ws’yi
vermiştir. Bu yöntem ile bulunan ws değerinin en az deneyle bulunan kadar doğru
olduğu söylenebilir (Önalp, 2002).
Batı Adana Su Arıtma Tesisinden getirilen numunelerin kıvam limitleri
sonuçlarından büzülme limitleri ve aktivitesi elde edilmiştir, sonuçlar 4. Bölümde
detaylı olarak sunulmuştur. Kayışlı köyü kilinde yapılan kıvam limitleri sonuçları ise
Çizelge 3.3’te gösterilmiştir.
Çizelge 3.3 Kayışlı Köyü zemini kıvam deneyleri sonuçları
Deney No wL (%) wp (%) Ip (%) Zemin Sınıfı Derinlik (m)
1 68 29 39 CH 1.50
2 52 23 30 CH 1.20
3.2.2.2.(3) Piknometre Deneyi
Alınan numuneler üzerinde yapılan 10 adet piknometre deney sonucunda
dane birim hacim ağırlığı ortalama 2.66 gr/cm3 hesaplanmıştır.
Şekil 3.16. Piknometre deneyi
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
38
3.2.2.2.(4) Konsolidasyon Deneyi
Konsolidasyon deneyinin amacı, zeminin dış yükler altında maruz kalacağı
sıkışmayı temsil etmektir. Gerçekte ölçülen şey, basınç altındaki sıkışmada zeminin
modülüdür. Bir örselenmemiş temsili numunenin sıkışma karakteristiklerini
değerlendirmek suretiyle arazideki zemin katmanında meydana gelecek oturma
bulunabilir. Bu çalışmada ön konsolidasyon basıncını belirleyebilmek için
konsolidasyon deneyleri yapılmıştır. Ön konsolidasyon basıncını belirlemede
kullanılan mevcut yöntemlerin hassasiyeti ve konsolidasyon deneyinin bu değer
üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Araziden 50 mm ve 75 mm çaplarında konsolidasyon ringleri ile alınmış
numune ve blok numunelerden çakılarak laboratuarda ringlere yerleştirilmiş
numuneler üzerinde konsolidasyon deneyleri yapılmıştır.
Şekil 3.17. Konsolidasyon deneyleri
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
39
Zemin mekaniğinde ön konsolidasyon basıncı ( c'σ ), bir zemin tabakasının
günümüze kadar olan süre içerisinde etkisinde kaldığı en büyük gerilme olarak
tanımlanır. Zeminin şimdiki gerilme miktarı, taşıdığı maksimum gerilme ise bu tür
zeminler ‘Normal Konsolide Zeminler’ dir. Şimdiki zemin gerilmesini ifade eden
( 0'σ ) jeolojik gerilme miktarı normal konsolide zeminlerde, aynı zamanda ( c
'σ ) ön
konsolidasyon basıncını ifade eder. Fakat, zemin maksimum gerilme altında
geçmişte kalmış ise ve zamanla erozyon, heyelan, buzul erimesi, vb doğa olayları
sonrasında bu gerilme miktarında bir azalma meydana gelmiş ise bu tür zeminlere de
‘Aşırı Konsolide Zeminler’ denir. Böyle zeminlerde, ön konsolidasyon basıncı,
zemine uygulanan düşey gerilmeden daha büyüktür. Ön konsolidasyon basıncı
aşağıdaki faktörlere bağlıdır:
i) Jeolojik yükün kaldırılması (İnsan Faktörü)
ii) Yer altı suyundaki düzensizlikler
iii) Zemin danelerinin istiflenmesi
iv) Katyon değişimi
v) Çimentolaşma
vi) Atmosfer olaylarına bağlı olarak meydana gelen geokimyasal olaylar
vii) Gecikmiş sıkışma
viii) Tektonik hareketler
ix) Buzul erimesi
x) Erozyon ve aşınma
xi) Zemin yükünün kalkması
Birçok değişkene bağlı olarak meydana gelen ön konsolidasyon basıncı
matematiksel olarak belirli yaklaşımlarla belirlenebilmektedir. Arazi değerlerinin
laboratuarda %100 hassasiyetle saptanamadığı bir gerçektir. Ön konsolidasyon
basıncı değerini hesaplama aşamasında etki eden faktörler aşağıdaki gibi
sıralanabilir.
1) Zeminin örselenmesi; (e-log 'σ ) grafiğinde değişikliğe sebep olur.
a) Arazide numune alınırken numunenin örselenmesi, hava veya su
alması,
b) Laboratuar deneyi esnasında numunenin örselenmesi,
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
40
2) Özellikle kademeli yüklemeli ödometre deneyinde, yükleme kademelerinin
süresi (e-log 'σ ) eğrilerini etkilemektedir (Şenol, 1997).
Oturma hesaplarında önemli olan ön konsolidasyon basıncını belirlemek için
çeşitli yöntemler ortaya konmuştur.
Bunlar:
a) Casagrande Yöntemi
b) Janbu Yöntemi
c) Tavenas Yöntemi
d) Schmertmann Yöntemi
e) Burmister Yöntemi
f) Butterfield Yöntemi
g) Eski Yöntem
h) Van Zelst Yöntemi
i) Şenol Yöntemi’dir.
Bu yöntemler ön konsolidasyon basıncını belirleme şekline göre iki grupta
toplanabilir.
1) Grafik Yöntemler: Deney verileri bu yöntemlere göre eksen takımlarına
uyarlanıp, çizildikten sonra eğrilerin bir seri işleme tabi tutulmasından sonra ön
konsolidasyon basıncının bulunduğu metotlardır. Bunlar; Casagrande, Schmertmann,
Burmister, Butterfield, Van Zelst ve Eski yöntemlerdir.
2) Okuma Yöntemleri: Grafik üzerindeki eğrinin şeklinden doğrudan ön
konsolidasyon basıncının okunduğu yöntemlerdir. Dolayısıyla bu sistemde analitik
hesap veya eğri düzeltmesi yoktur. Doğrudan grafik üzerinden ön konsolidasyon
basıncı değeri anlaşılabilmektedir. Bunlar; Janbu ve Tavenas yöntemleridir. (Şenol
ve Sağlamer, 2002)
a) Casagrande Yöntemi: Ön konsolidasyon basıncını belirlemek için en çok
kullanılan yöntemdir. Casagrande yöntemi (1944), ön konsolidasyon basıncını doğru
tahmin etmek amacıyla boşluk oranı ile konsolidasyon gerilmesi arasındaki (e-log 'σ )
bağıntıdan çıkan bir belirleme metodudur. Çizilen (e-log 'σ ) eğrisinden eğrilik
yarıçapının minimum olduğu nokta gözle seçilir. Sonra bu noktaya bir teğet çizilir
(1), bu noktadan bir yatay (2) çıkılarak oluşturulan açının ortayı bulunur (3). Sıkışma
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
41
eğrisinin doğruya dönüştüğü yüksek basınç bölgesinden bu doğrunun uzantısı
açıortayı kesecek şekilde uzatılır (4). Kesişme noktasının (A) apsis değeri ön
konsolidasyon basıncını (σc’) verir (Önalp, 2002). Yöntem, zeminden alınan
örselenmemiş kil numune üzerinde yapılan ödometre deneyinde, basınç ile boşluk
oranı arasında kuvvetli bir ilişkinin varlığını savunmaktadır.
Şekil 3.18. Casagrande yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
b) Janbu Yöntemi: Bu yöntem, logaritmik ölçeklerin konsolidasyon olayını tam
ifade edemediğini ileri sürmekte, dolayısıyla normal ölçek kullanılarak ölçümler
yapılmaktadır. Gerilme ekseninin normal ölçek üzerinde gösterilmesi ile ön
konsolidasyon basıncının daha belirginleşeceği belirtilmiştir.
Şekil 3.19.a. Janbu yöntemi Şekil 3.19.b. Janbu yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) (Şenol ve Sağlamer, 2002)
Az hassas ve büyük ön konsolidasyon basıncına sahip killer için, gerilme-
modül diyagramı ön konsolidasyon basıncını belirlemede en uygun sonucu
1 2 A 3 4
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
42
vermektedir. Grafikte kırıklığın göründüğü nokta yer doğrudan sadece gözlem
yoluyla ön konsolidasyon basıncı olarak belirlenir (Şekil 3.19.a). Yüksek hassasiyetli
ve düşük konsolidasyon oranına sahip kil zeminlerde ise ön konsolidasyon basıncı,
gerilme-deformasyon ( εσ −' ) eksen takımı diyagramında yine sürekliliğin
bozulduğu nokta olarak saptanır. (Şekil 3.19.b)
Bu yöntemin pratik olması diğer metotlara göre avantaj getirir. Ancak normal
standart yüklemeli ödometre aleti ile sabit gerilme artımları altında yapılmayan
deneyler, tam ve hassas sonuçlar vermez. Janbu yöntemi sürekli yüklemeli ödometre
deneyine göre geliştirilmiş bir yöntemdir (Şenol, 1997).
c) Tavenas Yöntemi: Tavenas (1979) yönteminde, deformasyon enerjisi zemin
davranışında önemli bir kriterdir. Ödometre deneyinden elde edilen gerilme-
deformasyon eğrilerinin altında kalan alan, deformasyon enerjisini verir. Tavenas
yöntemi, gerilme-deformasyon enerjisi ( HH /'' ∆−σσ ) eksen takımında çizilen
grafiğin yorumlanması şeklindedir (Şekil 3.20).
Şekil 3.20. Tavenas yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
Sıkışma eğrisi doğrusaldır ve eğimi düşüktür, gerilmelerin (yükleme) artması
ile eğrinin eğimi artar. Bu iki doğrunun kesiştikleri nokta ön konsolidasyon basıncını
yansıtır. Tavenas yöntemi Casagrande yöntemi kadar yaygın değildir ancak kolay
olması ve hemen hemen bütün deney verilerinde uygun sonuç vermesi en büyük
avantajıdır. Standart yüklemeli kademeli ödometre deneylerinde de uygun sonuçlar
vermektedir (Şenol, 1997).
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
43
d) Schmertmann Yöntemi: Bu yöntem boşaltma eğrisini dikkate alan bir
yöntemdir. Deney sonuçlarında, boşaltma eğrileri ön konsolidasyon basıncını
belirlemede en önemli verilerdir. Boşluk oranı ile sıkışma (e-∆Η) okumaları, ön
konsolidasyon basıncını bulmada temel etkendir.
Yöntemin uygulanışının karmaşık ve deneme-yanılma yöntemine bağlı
olması, ön konsolidasyon basıncının belirlenmesini güçleştirmektedir. Bu yöntemde
zemin numunesinin gerçek jeolojik gerilme değerinin bilinmesi gerekir. Genellikle
deney numunelerinde hazırlama esnasında jeolojik gerilme aşaması göz önüne
alınmadığı için bu yöntem fazla değerlendirmeye alınmamıştır. Kullanım zorluğu
açısından pratikte yaygın olan bir yöntem değildir.
Şekil 3.21.a. Schmertmann yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
44
Şekil 3.21.b. Schmertmann eğrisi (Şenol, 1997)
Minimum eğrilik yarıçapı bölgesi geçilene kadar yüklemeye devam edilir,
ardından jeolojik basınca kadar birinci boşaltma yapılır. Kabarmanın yavaşlamasıyla
ikinci yükleme ve ikinci boşaltma yapılır. Casagrande yöntemine benzer şekilde (e-
log σ’) eksen takımında konsolidasyon eğrisi çizilir. Başlangıç boşluk oranından (eo)
yatay eksene paralel çizilir.
Boşaltma eğrisinin eğim doğrusu geçirilir ve jeolojik gerilme değerinden bu
doğruya paralel çizilir. Boşaltma eğrisine çizilen paralel doğru üzerinde, ön
konsolidasyon basıncı için tahmini bir nokta seçilir. Bu noktanın seçimi, mühendislik
tecrübesine dayanır. Bu nokta, 0.42eo noktasıyla birleştirilir ve böylece tahmini arazi
sıkışma eğrisi elde edilir. Bu eğri ile laboratuar eğrisi arasındaki ordinat farkları, (∆e-
logσ’) eksen takımında işaretlenir. Bu işlem birkaç defa tekrarlanır ve simetrik (∆e-
logσ’) eğrisine karşılık gelen tahmini değer, gerçek ön konsolidasyon basıncı değeri
olarak belirlenir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
45
Şekil 3.22. Schmertmann yöntemi ile ön konsolidasyon basıncının belirlenmesi
(Şenol, 1997)
Zeminin normal konsolide olması halinde ön konsolidasyon basıncı ile
jeolojik gerilme (yük) değeri aynıdır. Arazi sıkışma eğrisinin (e0) yatay doğrusunu
kestiği nokta ön konsolidasyon basıncı değerini doğrudan verir.
Jeolojik gerilme öncesindeki küçük gerilme değerlerinden, jeolojik gerilme
değerine ulaşıncaya kadar zeminde şişme, bu değer aşıldıktan sonra sıkışma
meydana gelir.
e) Burmister Yöntemi: Burmister (1942, 1951), yaptığı çalışmasında, ön
konsolidasyon basıncının hesabında Casagrande ve Schmertmann yöntemlerine
benzer şekilde gerilme-deformasyon ( 'log,/ σHH∆ ) yarı logaritmik eksen takımını
esas almıştır. Yöntemi bu sınır şartlarına göre geliştirmiştir. Ayrıca sıkışma miktarı,
deformasyon ve yükleme kademelerinin aralarındaki ilişkiyi öne çıkarmıştır.
Yükleme ve boşaltma eğrilerinin davranışları, sistemin esasını teşkil eder.
Yükleme-boşaltma kısımlarından meydana gelen konsolidasyon eğrisi
çizildikten sonra ön konsolidasyon basıncı belirlenir. Bu yöntemin uygulanabilmesi
için birinci yüklenme değerini aşan ikinci yükleme kısmının deneyde mutlaka
yapılması gerekir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
46
Şekil 3.23. Burmister eğrisi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
i) Birinci yükleme eğrisinin son değerinden, ikinci yükleme eğrisine bir dik inilerek
1. taralı üçgen belirlenir.
ii) İkinci yükleme eğrisinin lineer kısmının üst tarafındaki uzantısı çizilir.
iii) Taralı üçgen alanın yatay bileşeninden daha çok düşey bileşeni göz önüne
alınarak, kendi sayısal büyüklüğü kadar olan değer, lineer doğru ile ilk yükleme
eğrisi arasındaki bölgede işaretlenir. İkinci taralı üçgenin düşey bileşeninin apsis
üzerindeki yeri ön konsolidasyon basıncı olarak bulunur. Ancak Burmister yöntemi
diğer yöntemlerin yanında basit kalması, eski olması ve her deney eğrisine birebir
uymaması nedeniyle günümüzde tercih edilen bir yöntem değildir.
Yöntem, grafiğin çok hassas bir bölgesinin davranışına dayandırıldığı için
tüm deneylerde net sonuç vermemekte, hatta bir kısım çalışmalara da uymamaktadır.
Dolayısıyla Burmister’ın çalışması çok özel ve sınırlı bir yöntemdir. Birinci boşaltma
eğrisi ile ikinci yükleme eğrisi üst üste çakıştığında yöntem kullanılamaz (Şenol,
1997).
f) Butterfield Yöntemi: Butterfield yöntemi (1979) zemin mekaniğindeki Kritik
Durum Teorisi’ne dayanır, esas efektif gerilmelerle (P’) zemin yapısındaki hacimsel
değişikliklerin tamamıyla (e-logP’) eğrilerine bağlı olarak saptanabileceğini savunur.
(ln(1+e), logP’) eksen takımında teşkil edilen grafikten, ön konsolidasyon basıncı,
eğrinin kırıklık gösterdiği yerdir.
1.Bölge
2.Bölge
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
47
Şekil 3.24. Butterfield yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
Klasik zemin mekaniği düşüncesine uygun bir yöntem değildir. Sonuçlar
küçük çıkabilir.
Çok yüksek sıkışma özelliğine sahip zeminlerde gerilmelere bağlı olarak
meydana gelen boşluk oranı değişimleri, (e-logP’) grafiğinde doğrusal bir nitelik
taşımayabilir. Bu da ön konsolidasyon basıncını belirlemede sorun teşkil edebilir.
g) Van Zelst Yöntemi: Casagrande yönteminden türetilmiş bir yöntemdir. Yöntemin
hassasiyetinin grafikteki boşaltma eğrisine bağlı olması, bu yöntemin çok zayıf bir
noktasını gösterir. Grafikteki boşaltma eğrisinin eğimi ön konsolidasyon basıncını
doğrudan etkiler.
Boşaltma eğrisine paralel olarak yüklemenin başlangıç değerinden bir doğru
çizilir (1), yüklemenin lineer kısmının uzantısı (2) ile kesiştirilir. Bulunan (A)
noktası yatay eksen üzerinde ön konsolidasyon basıncı olarak belirlenir.
Şekil 3.25. Van Zelst yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
48
h) Eski Yöntem: Casagrande yönteminden yola çıkılarak meydana getirilmiş eski
bir yöntemdir. Ön konsolidasyon basıncını belirlemek için grafikteki eğrinin
düzenlenmesi, doğrudan yorumlayan kişinin bakış açısına bağlıdır.
Şekil 3.26. Eski yöntem (Şenol ve Sağlamer, 2002)
Yükleme değerlerinin uzantısının (1), ileri yükleme değerlerinin lineer
doğrusunun uzantısı (2) ile kesişim noktası (A) zeminin ön konsolidasyon basıncı
olarak ifade edilir.
ı) Şenol Yöntemi: Bu yöntem de (1997) Tavenas yöntemindeki eksen takımını
kullanarak düşey gerilme, lineer eksen yerine logaritmik eksen olarak seçilip deney
verileri grafiklere yerleştirilmiştir (Şenol, 1997). Düşey eksen (σ'∆H/H), yatay eksen
(logσ') verilerinden oluşmaktadır.
Şekil 3.27. Şenol yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002)
Grafik, Tavenas yöntemine benzer şekilde iki farklı eğimdedir. Ancak bu iki
eğri bir noktada kesişmek yerine bir büküm eğrisi ile birleşmiştir. Ön konsolidasyon
1
2
A
σ'∆H/H
log σ' σc'
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
49
basıncı değerine yaklaşana kadar eğri doğrusal bir şekilde elde edilmekte, tahmini ön
konsolidasyon basıncı bölgesinde bu kısmı doğrusallığını kaybetmektedir.
Casagrande yönteminde olduğu gibi, ileri yükleme kademelerinde bakir sıkışma
eğrisi gibi doğrusal bir şekilde gidişine devam etmektedir. Bu iki doğrusal kısmın
uzantılarının kesim noktasının yatay eksendeki izdüşümü, doğrudan ön
konsolidasyon basıncı değeri olarak belirlenmektedir (Şenol, 1997).
3.2.2.2.(4).(a). Farklı Yöntemlerle Ön Konsolidasyon Basıncının Elde Edilmesi
CH kilinde yapılan konsolidasyon deneylerinden ön konsolidasyon basıncı
farklı yöntemlerle bulunmaya çalışılmıştır. Bu çalışmada literatürde geliştirilmiş 8
adet ön konsolidasyon basıncı yöntemi incelenmiştir. Konsolidasyon deneylerinden
alınan veriler, her yöntem için ayrı ayrı eksen takımı sistemine göre hesaplanıp
çizildikten sonra ön konsolidasyon basınçları direk grafiğe bakıp tahmin edilerek
veya hesap yapılarak bulunmuştur. Ön konsolidasyon basıncı Casagrande,
Schmertmann yöntemlerinden hesaplanarak; Janbu, Butterfield, Tavenas, Van Zelst,
Old, Şenol yöntemlerinden ise direk grafikten okunarak bulunmuştur. Karşılaştırmalı
olarak grafikler 4. Bölümde verilmiştir. Casagrande, Schmertmann, Burmister,
Butterfield, Van Zelst, Old (Eski), Şenol yöntemleri logaritmik düşey gerilme
eksenini tercih ederken, Tavenas ve Janbu yöntemleri düşey gerilmenin doğrusal
eksen takımında arazi şartlarını daha net gösterdiğini savunmuşlardır (Şenol, 1997).
3.2.2.3. Kayma Mukavemeti Deneyleri
Gerilme – şekil değiştirme davranışları ve kayma mukavemeti parametreleri
zemin tabakalarından alınan numuneler üzerinde gerçekleşen laboratuar deney
yöntemleri ile elde edilebilir. Serbest basınç, kesme kutusu ve üç eksenli basınç
deneyleri en çok kullanılan laboratuar deney yöntemleridir. Bu deneylerde en dikkat
edilmesi gereken kural, deney koşulları ile arazi koşulları arasında en yüksek
benzerliği sağlamaktır.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
50
Kayma mukavemeti parametrelerini belirlemek için bahsedilen farklı
deneylerin yapılmasının sebebi, parametrelerin kullanılacağı stabilite probleminde,
zeminin arazide yükleme (veya yük azalması) esnasında maruz kalacağı drenaj
şartlarının deneyde sağlanmaya çalışılmasıdır. Burada göz önüne alınan husus,
zemine gerilmelerin tatbik edilme hızının zeminin konsolidasyonuna olanak sağlayıp
sağlamamasıdır. Örneğin killi bir zeminde hızla yapılan bir bina için drenajsız deney
söz konusuyken tabii bir şevin uzun süreli stabilite analizinde drenajlı deney
uygulanır (TMMOB, 1989).
Aşırı konsolide killerde veya sıkı kumlarda kayma gerilmesi ve kayma
deformasyonu arasındaki ilişkiler incelendiğinde, kayma gerilmesi deformasyonla
birlikte göçme gerilmesine ulaşıncaya kadar artma eğilimi gösterip bir pik
yapmaktadır. Pike ulaşmasının ardından azalma eğilimi gösteren kayma gerilmesi
göçme durumundan sonra belirli bir seviyede artık deformasyonla da değişmeyerek
sabit kalacaktır.
Şekil 3.28. Aşırı konsolidasyon oranıyla kayma mukavemeti, kayma deformasyonu arasındaki ilişki
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
51
Şekil 3.29. Kalıcı kayma mukavemetine aşırı konsolidasyon oranının etkisi
Bu sabit kalan değere kalıcı ya da rezidüel kayma mukavemeti denilmektedir.
Kayma yüzeyi boyunca su muhtevasında meydana gelen artış ve dane yönelimi
zeminlerde kayma gerilmesinin kalıcı değere düşmesine neden olur.
Kayma gerilmesi ve kayma deformasyonu ilişkileri normal konsolide veya
gevşek kumlarda incelendiğinde ise gerilme deformasyon ilişkilerinde belirli bir pik
değer aldığı görülmemektedir. Ancak, artan deformasyon ile birlikte kayma
gerilmesinin yönlendiği değer yine kalıcı kayma mukavemeti olmaktadır (Skempton,
1985; Mitchell, 1993). Zeminlerin kalıcı kayma mukavemetini etkileyen en önemli
faktörler; efektif gerilme, zeminin mineralojisi ve kesme hızıdır (Mitchell, 1993).
Kesme kutusu, halka kesme ve üç eksenli basınç deneyleri zeminlerin kalıcı kayma
mukavemetlerini belirlemede kullanılan başlıca deney yöntemleridir. Drenajlı üç
eksenli basınç deneylerinde, numuneye uygulanabilir şekil değiştirmenin bir sınırı
vardır. Bundan dolayı zeminlerin büyük deformasyonlardan sonraki
mukavemetlerini belirlemede kesme kutusu ve halka kesme deneyleri daha
kullanışlıdır.
Stabilite problemlerinde, zeminin arazide yükleme (veya yük azalması)
esnasında maruz kalacağı drenaj şartlarına bağlı olarak seçilen kayma dayanımı
değerleri kullanılır. Zemine tatbik edilen gerilmelerin, zeminin konsolidasyonu için
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
52
gerekli zamandan daha kısa bir süre içinde değiştirilmesi durumunda stabilite iki
safhada incelenir: kısa süreli (inşaat bitiminde) ve uzun süreli stabilite (TMMOB,
1989).
Permeabilitesi düşük killi zeminlerde, genellikle inşaat süresinin kayda değer
bir konsolidasyona (drenaja) izin vermeyeceği kabul edilebilir. Bu yüzden sadece
kısa süreli stabilite hesabı efektif gerilmelere göre analiz yerine daha basit olan
toplam gerilmelere göre ve drenajsız deneylerden bulunan drenajsız kayma dayanımı
değerleri kullanılarak yapılabilir. Toplam gerilme analizinde muhtemel kayma
yüzeyleri boyunca boşluk suyu basınçları sıfırmış gibi düşünüldüğünden bunların
tayini gerekmez. Suya doygun killerde φu=0 ve τf= cu’dur.
Toplam gerilmelere göre kayma mukavemeti parametreleri cu ve φu
değerlerinin tayini için tabii zeminlerde bozulmamış numuneler veya dolgu
zeminlerinde arazideki su muhtevası ve sıkılıkta hazırlanmış numuneler üzerinde
konsolidasyonsuz-drenajsız (uu) deneyler yapılabilir. ( σ1-σ3), hücre basıncı arttıkça
arttığından yatay ve lineer olmayan bir kırılma zarfı elde edilir (Şekil 3.30). cu ve φu
değerleri kırılma zarfı belli gerilme aralığı için lineer kabul edilerek verilebilir.
Yüksek hücre basınçlarında, boşluklardaki hava boşluk suyunda eridiğinden
doygunluğa ulaşır ve φu=0 kabul edilir (TMMOB, 1989).
Şekil 3.30. Suya doygun olmayan zeminlerde konsolidasyonsuz-drenajsız deney sonuçları (TMMOB, 1989)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
53
Kayma mukavemeti deney numuneleri arazi şartlarına uyumlu sonuçlar
verebilmesi için su muhtevalarını kaybetmeyecek şekilde kür odasında muhafaza
edilmiştir. Bu numuneler kalıplarından çıkarılırken örselenmemesi için özel numune
çıkarıcılarla deneye hazırlanmıştır (Şekil 3.31).
Şekil 3.31. Numunenin çıkartılması
Şekil 3.32. Numune çıkarıcı
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
54
3.2.2.3.(1). Serbest Basınç Deneyi
Kayma dayanımının en basit şekilde ölçümü, numunenin düşey eksende
basınç uygulanarak kırılması şeklindedir. Silindirik zemin numunesinin yalnızca
eksenel doğrultuda yüklemeye tabi tutulması ile serbest basınç deneyi yapılır. Bu
deneyde, eksenel yük artışları altında meydana gelen numunenin boyunun kısalması
yani eksenel şekil değiştirmesi ölçülür ve gerilme şekil değiştirme eğrileri elde edilir.
Eksenel gerilmenin maksimum değeri zeminin serbest basınç mukavemeti (qu)
değerini verir. Serbest basınç deneyini özel bir UU (konsolidasyonsuz-drenajsız)
deney olarak tanımlanabilir. Bu deney kendiliğinden ayakta durabilecek killi
zeminlerde uygulanabilir. Drenaj koşulları kontrol edilemediğinden drenajsız kayma
mukavemeti hızlı yükleme yapılarak elde edildiği varsayılır (Önalp, 2007).
Bu deneyde zemini konsolide etmek, boşluk suyu basınçlarını ölçmek
imkansızdır. Ancak bu deney drenajsız kayma mukavemetini belirlemede en çok
kullanılan deney yöntemidir. Drenajsız kayma mukavemeti (serbest basınç
mukavemeti) τ = cu=qu/2 şeklinde bulunur.
3.2.2.3.(2). Kesme Kutusu Deneyi
Batı Adana Su Arıtma Tesisinin bulunduğu sahadan yeraltı su seviyesinden
getirilen numuneler üzerinde bir seri kesme kutusu (UU) deneyi yapılmıştır.
Ortalama su muhtevası %27’dir. Yapılan deneylerde; iki parçadan oluşan 60 mm×60
mm en kesitli kesme kutusu deney aletleri kullanılmıştır. Kesme işlemi 0.2 mm/dak
sabit deformasyon hızı ile yapılmıştır.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
55
Şekil 3.33. Kesme kutusu deney aleti
Şekil 3.34. Deneyden sonra numunenin görünümü
3.2.2.3.(3). Üç Eksenli Basınç Deneyi
Üç eksenli basınç deneyi zeminlerin kayma mukavemetlerini belirlemede
kullanılan diğer bir laboratuar deney yöntemidir. Bu deney yöntemi, en çok gelişmiş
yöntem olarak da bilinmektedir. Bunun nedeni arazi koşullarını laboratuarda en
benzer şekilde modelleyebilmesidir. Böylece kayma mukavemeti parametreleri
gerçeğe yakın olarak belirlenebilir. Üç eksenli basınç deney yönteminde, bir hücre
içerisine silindir biçimdeki zemin numunesi yerleştirilir. Deneyde, hücreye hava ya
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
56
da genelde su basıncı yardımıyla numune üzerine hidrostatik bir basınç uygulanır.
Numune etrafında bulunan lastik kılıf sayesinde hücre içerisinde bulunan zemin
numunesinin sudan etkilenmesini ve suyla temasını önler ve zemin numunesinin
içine ve dışına ayrı ayrı basınçlar uygulanmasını sağlar. Eksenel gerilme, numune
üzerindeki başlığa temas eden bir piston yardımıyla numuneye etkir. Drenaj eğer
istenirse, numune alt ve üst başlıklara bağlı halde bulunan kanallar yardımıyla
kontrol edilebilmektedir (Özaydın, 2000; Ürkmez, 2009).
Şekil 3.35. Üç eksenli basınç deney hücresi (Özaydın, 2000)
Şekil 3.36. Üç eksenli basınç deneyi sonrası
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
57
Batı Adana Su Arıtma Tesisinin bulunduğu sahadan alınan örselenmemiş kil
zemin numuneleri 38 mm çapında 76 mm boyunda hazırlanmıştır. Ortalama su
muhtevası %27’dir. Yükleme hızı 0.2 mm/dak olarak ayarlanmıştır. Deneylerde
sırasıyla 100 kPa ve 150 kPa hücre basınçları uygulanmıştır.
Kayışlı köyünden alınan numuneler üzerinde üç eksenli basınç (uu) deneyleri
yapılmıştır. Burada kullanılan numunelerin çapı 50 mm, boyu ise 100 mm’dir. 50-
150 ve 200 kPa hücre basıncı altında kırılmıştır. Yükleme hızı 0.2 mm/dak olarak
ayarlanmıştır.
Şekil 3.37. Üç eksenli basınç deneyi sonrası numunenin görünümü 3.3. Model Deneyler
Araştırmacı olarak bulunduğum Tübitak Araştırma Projesi (106M496)
kapsamında Batı Adana Su Arıtma Tesisleri içindeki arazide küçük ölçekli plaka
yükleme deneyi ve karşılaştırma amaçlı laboratuarda aynı ölçekte model deney
yapılmıştır.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
58
3.3.1. Arazi Model Deneyi
Arazinin bir kısmı, JCB yardımıyla 2.00 m genişliğinde ve 1.80 m
derinliğinde açılmıştır. Örselenmeyi en aza indirebilmek için 2.00-2.10 m derinliğe
kadar el aletleri ile tesviye işlemi yapılmış ve zemin yüzeyi dengeye getirilmiştir.
Düzenek 1m uzunluğundaki 8 adet ankraj çubuğu ile zemine sabitlenmiştir. Sistemin
dengesi su terazisi ile kontrol edilmiştir. Yükleme elemanları ve 6 cm çapındaki
temel zemin yüzeyine düzgün bir şekilde yerleştirildikten sonra temel üzerine 2 adet
15 mm kapasiteli deplasman ölçer yerleştirilmiştir.
Şekil 3.38. Arazi model deneyi (Tübitak Araştırma Projesi-106M496)
Yük ve deplasman ölçümlerinin doğru bir şekilde yapılabilmesi için önce yük
halkasının kalibrasyonu yapılmıştır. Deneyde yükleme hızı sabit kalacak şekilde yük
kademeli olarak elle yükleme kolu vasıtası ile artırılmıştır. Yük halkası 10 kN
kapasitelidir. Deplasmanlar sabitlendiğinde okumalar alınmıştır, göçme yüküne
yaklaşıldığında yükleme artımları azaltılmış deplasman okumaları alınmıştır.
Deney sonucunda yük oturma eğrilerinden net bir göçme yükü elde
edilememektedir. Literatürde göçme yükünü tanımlayan nihai taşıma kapasitesi
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
59
değerini belirlemek için farklı yaklaşımlar vardır. (Lutenegger ve Adams, 1998;
Keskin, 2009; Örnek, 2009)
Yöntemler şu şekilde sıralanabilir;
1) 0.1B Yöntemi: Sınırlandırılmış bir oturma değerine karşılık gelen yük
değeri, nihai taşıma kapasitesi değeri olarak alınır (Briaud ve Jeanjean,
1994)
2) Teğet Kesiştirme Yöntemi: Oturma değerlerinde belirgin bir değişimin
meydana geldiği noktaya karşılık gelen yük değeri, nihai taşıma
kapasitesi değeri olarak alınır (Trautmann ve Kulhawy, 1988).
3) Log-Log Yöntemi: Yük-oturma değerlerinde düzeltme yapılarak kesişim
noktasına karşılık gelen yük değeri, nihai taşıma kapasitesi değeri olarak
alınır (DeBeer, 1970).
4) Hiperbolik Yöntem: Yük-oturma eğrisine uygun bir model seçilerek
tahmini asimptot değere karşılık gelen yük değeri, nihai taşıma kapasitesi
değeri olarak alınır.
Arazideki model ve laboratuarda hazırlanan model deneylerde 6cm çapındaki
temel plaka üzerinde yapılan yükleme deneylerinde gerilme düşey deformasyon
grafiklerinden yararlanılarak taşıma gücü (qu) ve oturma oranı (s/D) belirlenmiştir.
Taşıma gücü teğetler yöntemindeki gibi eğrinin ilk kısmından teğet geçirilerek ve
eğrinin döndüğü noktadan sonraki kısmından çizilen teğetlerin kesiştirilmesi ile
bulunmuştur.
3.3.2. Laboratuar Model Deneyi
Laboratuar model deneyi kapsamında çapı 6 cm olan dairesel rijit temel
plakası kullanılarak yükleme deneyi yapılmıştır. Bu çalışma kapsamında yapılan
laboratuar model deneyinde amaç, deney sonuçlarının doğal arazi koşullarını ne
derece yansıttığını irdelemektir. Küçük ölçekli bu model deney özel olarak
hazırlanan deney düzeneği ve yükleme sisteminde yapılmıştır.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
60
Deney kasası 38 cm çapında ve 42 cm derinliğinde dairesel rijit bir kasa olup
motorlu yükleme düzeneği bulunmaktadır. Deney kasası 5 cm’lik dilimlere
ayrılmıştır. Numunelerin arazide doğal koşullardaki su muhtevası, boşluk oranı, dane
birim hacim ağırlığı gibi fiziksel parametreleri bilindiğinden bir tabaka için gerekli
malzeme miktarı 3.3 ve 3.4 bağıntılarından hesaplanmıştır.
ews
n ++
=1
)1(γγ (3.3)
vW nyaş γ= (3.4)
γn : Doğal birim hacim ağırlık
γs : Dane birim hacim ağırlık
w : Su muhtevası
e : Boşluk oranı
Wyaş : 2.5 cm’lik tabaka için gereken zemin ağırlığı
ν : Deney kasasında zemin serilecek tabakanın hacmi (h=2.5cm)
Şekil 3.39. Laboratuar model deneyi (Tübitak Araştırma Projesi-106M496)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
61
Kullanılacak numuneler arazi su muhtevasında yoğrularak hazırlanmış ve 2.5
cm’lik tabakalar halinde deney kasası içerisine serilmiştir. Her tabakada zemin sabit
enerji altında, 2 kg ağırlığında, düşüş yüksekliği 20 cm ve her tabakada 80 düşüş
yapılan tokmakla sıkıştırılmıştır (Dash, 2003). Sıkıştırmanın ardından kasanın
merkezine temel yerleştirilerek dengeye getirilmiştir. 2.5 kN/m2 kapasiteli yük
halkasının kalibrasyonu yapılmış ve temel üzerine yerleştirilmiştir. Üç adet 1cm
kapasiteli deplasman ölçer kasa üzerine monte edilmiştir. Deney sırasında yük ve
deplasman okumaları ADU (Autonumous Data Acquisition Unit) veri işleme
cihazına aktarılmıştır. Bu veriler bilgisayar ortamında DIALOG programı yardımı ile
sayısal değerlere dönüştürülmüştür. Yüklemeye en az temel çapının yaklaşık %20 si
kadar düşey deplasman yapacak kadar devam edilmiştir.
3.4. Arazi Deneyleri
Kayışlı köyü okul inşaatı arazisinde 2007 yılında yapılan sondaj çalışmasında
yapılan SPT deneyi verileri ile aynı bölgede daha sonra yapılan 2. sondajda
uygulanan presiyometre deneyi verileri karşılaştırılmıştır. Sondajlar 15 m ve 10 m
olmak üzere iki tane açılmıştır. Yapılan sondajlar sonucunda ilk 60 cm bitkisel
toprak, 5.4 m derinliğe kadar siltli kil, 6.8m derinliğe kadar siltli kum ve sondajın
sonuna kadar az kumlu kil gözlenmiştir. Ancak, zemin heterojen bir yapıdadır, 1.5
m’den sonra her tabakanın yatay uzantısında kısmi olarak balçığa rastlanmıştır.
Yeraltı su seviyesi son yapılan sondajda 1.7 m’dedir. SPT N vuruş sayılarını içeren
sondaj logu Ek 1’de verilmiştir.
3.4.1. Standart Penetrasyon Deneyi
Standart Penetrasyon Deneyi (SPT), zemin mukavemet ve yoğunluğunu
değerlendirmek ve örselenmiş örnek almak amacıyla sondaj kuyusu içerisinde
(insitu) yapılan bir dinamik sonda deneyidir. Pratikte çok sık kullanılan bu deneyin
temel prensibi, zemin tabakalarında penetrometrenin karşılaştığı mukavemetten yola
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
62
çıkılarak zeminin birim hacim ağırlığının ve dolayısıyla yaklaşık mukavemetinin
belirlenmesidir.
SPT deneyi; sondaj sırasında birbirine vidalanmış standart tijlerin ucuna
takılan konik uçlu bir borunun zemine çakılması sırasında zeminin gösterdiği
direncin ölçülmesi esasına dayanır. Konik başlığın zemine batırılması sırasında
standart bir enerji uygulanır. Bunun için 63.5 kg ağırlığındaki tokmak 76 cm
yükseklikten serbest düşürülür. İlk 15 cm’den sonra, kaşığın zemine 30 cm çakılması
için gerekli vuruş sayısına standart penetrasyon direnci, kısaca SPT sayısı denir.
Deneyin genel olarak her 1.5 m’de bir yapılması önerilir. Deney sırasında
kohezyonlu zeminlerden örselenmiş ancak temsili zemin örneği de alınabilmektedir.
Şekil 3.40. Standart penetrasyon deneyi
Çeşitli araştırmacılar kohezyonlu zeminler için de SPT N değerlerinden
kayma mukavemetine geçiş için formüller türetmiştir. Çizelge 3.4’te Terzaghi
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
63
tarafından SPT vuruş sayısına göre zeminin kıvamı ve kayma mukavemeti aralığı
tahmin edilmiştir.
Çizelge 3.4. SPT N değeri ile drenajsız kayma mukavemeti arasındaki korelasyonlar
(Terzaghi, 1996)
Zeminin Kıvamı SPT N cu(psf) cu(kPa)
Çok Yumuşak <4 <250 <12
Yumuşak 2-4 250-500 12-25
Orta Katı 4-8 500-1000 25-50
Katı 8-15 1000-2000 50-100
Çok Katı 15-30 2000-4000 100-200
Sert >30 >4000 >200
Şekil 3.41’de ise Terzaghi ve Peck, Sowers zemin sınıfına göre SPT
deneyinden bulunan N vuruş sayılarından yaklaşık kayma mukavemeti aralığını
vermişlerdir. Standart penetrasyon direnci (SPT N) ile serbest basınç mukavemeti qu
(cu=qu/2) arasında Terzaghi ve Peck (1967), Sowers (1979)’un önerdiği abak
kullanılabilmektedir.
Şekil 3.41. SPT N değeri ile drenajsız kayma mukavemeti ilişkisi (Terzaghi ve Peck,
1967; Sowers, 1979)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
64
3.4.2. Presiyometre Deneyi
Presiyometre deneyi ilk olarak Menard tarafından 1957 yılında Fransa’da
geliştirilmiştir. En çok kullanılan model Menard presiyometresidir. MPM olarak
tanımlanan Menard presiyometresinin iki farklı tipi vardır. GC ve GB türü ise yaygın
olarak kullanılmaktadır. GC probu zeminlerde, GB kayalarda kullanılır. Zemin
ortamlarda kullanılan GC 74 mm çaplı, 4 MN/m2 (40.78 kgf/cm2) maksimum basınç
kapasiteli üç hücreden oluşur. Hücreler birbirinden bağımsız değildir.
Deney zemin içerisinde oluşturulan silindirik boşluğun genişletilmesi yoluyla
zeminde yanal yönde basınç-deformasyon ilişkisinin ölçülmesi ile uygulanır.
Uygulamada önce deneyin yapılacağı derinliğe kadar kuyu açılır. Prob kuyuya
indirilir ve basınçlı su ile şişirilir. Probun şişirilmesi ile kuyu hacminde meydana
gelen değişiklikler kaydedilir. Deney sırasında probun boyunun sabit olduğu ve
hacim artışlarının sadece yanal yönde olduğu kabul edilir.
Şekil 3.42. Presiyometre deneyi
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
65
Presiyometre deney aleti prob (sonda), kontrol ünitesi ve boru takımı olmak
üzere 3 bölümden oluşur. Prob esnek geçirimsiz, lastik bir hücredir. Deney sırasında
şişirildiğinde kuyuyu doldurarak onun şeklini alır.
Şekil 3.43. Prob ve koruyucu hücre
Kuyu hacmindeki yanal değişimlerin doğru ölçülebilmesi için prob (ölçüm
hücresi) alt ve üst tarafından koruyucu hücreler ile desteklenir. Prob su ile
şişirilirken, koruyucu hücre gaz ile şişirilir aynı basınçta olurlar, koruyucu hücreler
probun aşağı ve yukarı genişlemesini engeller.
Kontrol ünitesi ise zemin yüzeyine sondaj kuyusuna yakın bir yere
yerleştirilir. Bu üniteden probun genişlemesi kontrol ve idare edilir. Üzerinde yer
alan basınç ayar üniteleri yardımıyla proba istenen seviyede basınç sıkıştırılmış gaz
tüpleri yardımı ile gönderilir. Vana ve bağlantılar yardımıyla basınç ayarları ve proba
suyun gönderilmesi sağlanır, hücreye verilen suyun hacmindeki değişimler
yardımıyla probdaki hacim değişimleri ölçülür. Kontrol ünitesi ve prob arasındaki
gaz ve su dolaşımını ise boru takımı sağlar (Yıldız, 1996).
Deney başlamadan önce hacim kalibrasyonu ve basınç kalibrasyonu
(membran düzeltmesi) yapılmalıdır. Hidrostatik basınç ünitenin yerden yüksekliği ve
deneyin yapıldığı derinliğin yerden yüksekliğinin toplamına eşittir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
66
Şekil 3.44. Kontrol ünitesi
Şekil 3.45. Menard tipi presiyometre takımı
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
67
Deney prob kuyuya yerleştirilerek başlatılır. Volumetre açılarak proba su
gönderilir. Standart bir deneyde 10 eşit basınç artımı uygulanır. Deney sonunda
limit basınca (Pl) ulaşılmalıdır. Ancak kuyu iyi kalibre edilsin veya edilmesin
hazne hacminin yeterli gelmediği durumlarda Pl’ye ulaşmak için deney eğrisinin
tahmini olarak çizilmesi sık sık başvurulan bir yoldur. Fakat deney sırasında
Pl’ye ulaşmak için çok gayret edilmelidir ve bu yüzden deneye iyi kalibre edilmiş
kuyuda başlanmalıdır (Eğer deney, Pl’ye ulaşmadan erken bitirilmek zorunda
kalınırsa eğri tahmini olarak çizilir ve Pl’ye ulaşılır) (Yıldız, 1996). Her basınç
artımında volumetredeki su seviyesi 15, 30 ve 60 sn okumaları ile ölçülür. Hacim
okumaları sırasında basınç ayarları kontrol edilmeli, küçük düşmelerde tekrar
ayarlanmalıdır. Ani düşmelerde probun patlama ihtimali olduğu için deneye son
verilmelidir. 60 sn okuması sonrasında bir sonraki basınç düzeyine geçilir. İdeal
deneyde kuyu hacminin 2 katına kadar devam edilmelidir. Eğer haznedeki su
biterse limit basınca ulaşıldığı kabul edilir.
Şekil 3.46. Kuyunun kalibrasyonu, enjekte edilen hacim ile oyuk hacmi arasındaki
ilişki
OA bölümü: Probun şişerek kuyu çeperlerine temas etmesi ve zeminin kuyu
açılmadan önceki gerilme koşullarına gelmesidir. A noktasında arazi başlangıç
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
68
gerilme koşulları yeniden oluşmuştur (P0m). Bu noktadaki hacim V0 olarak
tanımlanır.
V0 = υo + Vc (3.5)
υo = A noktasının apsisi
Vc = Volumetredeki sıfır okuması
AB bölgesi: A ile B arasındaki doğrusal bölüm elastik bölgedir. Deneyin A
noktasında başladığı kabul edilir. Zeminin deformasyon modülü (EM=Menard
deformasyon modülü) bu doğrusal bölgenin eğiminden hesaplanır. B noktasının
koordinatları υf ve Pf dir. Pf aynı zamanda akma gerilmesidir. B noktası aynı
zamanda plastik bölgenin başlangıç noktasıdır.
(3.6)
B noktasından sonra plastik deformasyonlar başlar ve eğri yataya doğru
asimptot kalır. Limit basınç (PL): kuyu hacminin iki katı olması için gereken basınç
olarak tanımlanır (υL).
υL - υ0 = V0 = Vc + υ0 (3.7)
υL = Vc + 2υ0 (3.8)
Zeminin taşıma gücüne presiyometre deneyi sonucunda elde edilen PL değeri
yardımıyla ulaşılabilir.
n Killerde PL*<300 kPa ise cu=PL*/5.5 (3.9) PL*>300 kPa ise cu=PL*/10+25 (3.10)
Arazide sondajda derinlik boyunca yapılan presiyometre deneyleri için
önceden firmanın önerdiği kalibrasyon değerleri ile arazide yapılan kalibrasyon
değerleri kullanılmıştır (Şekil 3.47).
))(
2(66.2
0
00
vvPPvv
VEf
ffcM −
−++=
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
69
Şekil 3.47.a. Hacim kalibrasyonu deney Şekil 3.47.b. Basınç kalibrasyonu (hacim grafiği düzeltme eğrisi) (Gürsoy, 1998) deney grafiği (membran basıncı düzeltme eğrisi) (Gürsoy, 1998)
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ
70
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
71
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Bu bölümde, deneysel çalışmaların sonuçları ve karşılaştırmalar yapılmıştır.
Kum ve kil zeminde yapılan çalışmalar ayrı ayrı sunulmuştur. Kil zeminde Batı
Adana Su Arıtma Tesisinde ve Kayışlı Köyü mevkiinde yapılan çalışmalar farklı
başlıklar altında anlatılmıştır.
4.1. Kum Zeminde Yapılan Deneysel Çalışmalar
4.1.1. Rölatif Sıkılığın İçsel Sürtünme Açısına Etkisi
Rölatif sıkılığın içsel sürtünme açısına etkisi yapılan kesme kutusu deneyleri
ile araştırılmıştır. Deneyler gevşek ve Rölatif sıkılıkları %20 ile %80 arasında olan
kum zemin numuneleri üzerinde gerçekleştirilmiştir.
Sıkılık deneylerinden bulunan maxγ ve minγ , yani maksimum derecede
sıkıştırılmış ( 1≅rD ) ve en gevşek durumdaki ( 0≅rD ) kum zemin değerlerinden
yola çıkılarak belirli sıkılıklarda 30 adet kayma mukavemeti deneyi yani kesme
kutusu yapılmıştır. Yapılan kesme kutusu deney sonuçlarından φ değerleri
irdelenmiştir. Deney sonuçları topluca Ek 2’de sunulmuştur.
Çizelge 4.1. Daneli zeminlerde rölatif sıkılık Sıkılık Dr
Çok gevşek 0.00-0.15
Gevşek 0.15-0.35
Orta 0.35-0.65
Sıkı 0.65-0.85
Çok Sıkı 0.85-1.00
Önceden belirlenmiş rölatif sıkılıklarda hazırlanan numunelerin birim hacim
ağırlıkları elde edilmiştir. Ayrıca kesme kutusuna yerleştirilecek zeminin hacmi
hesaplanmıştır.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
72
Çizelge 4.2. Farklı sıkılıklarda hesaplanan birim hacim ağırlık değerleri
rD )/( 3cmgrnγ
0.0 1.532
0.2 1.569
0.4 1.608
0.6 1.649
0.8 1.690
1.0 1.739
vw
n =γ (4.1)
4.1 formülünden farklı sıkılıklarda hacmi belli olan kesme kutusuna yerleştirilecek
zeminin ağırlığı belirlenmiştir.
Belirlenen sıkılıktaki kum zemin için yapılan kesme kutusu deneylerinden
bulunan φ değerlerinin sonuçları Çizelge 4.3’te verilmiştir.
Çizelge 4.3. İçsel sürtünme açısının )(φ rölatif sıkılık ile değişimi ( rD )
rD φ
0.0 32.619
0.2 34.294
0.4 37.847
0.6 43.471
0.8 45.707
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
73
Şekil 4.1. Kesme kutusu deneyinde rölatif sıkılığa bağlı olarak içsel sürtünme
açısının değişimi Gevşek ve Rölatif sıkılıkları %20 ile %80 arasında olan kum zemin
numuneleri üzerinde gerçekleştirilen kesme kutusu deneylerinde içsel sürtünme açısı
(φ) ile rölatif sıkılık arasında R2=0.97 korelasyon katsayısına sahip bir denklem elde
edilmiştir.
(φ)ο=0.1768× %Dr+31.717 (4.2)
Aynı numune üzerinde gevşek ve farklı sıkılıklarda yapılan kesme kutusu
deney sonuçlarına göre φ değeri 33-46 değerleri arasında yer almaktadır. Verilen
şablona göre kullanılan zemin sıkı, üniform derecelenmiş ince kum türüne
girmektedir.
Rölatif Sıkılık
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
74
Şekil 4.2. Farklı kumlarda içsel sürtünme açısı ile rölatif sıkılık arasındaki ilişkiler
(Hilf, 1975) Her bir zemin tipi için Şekil 4.2’de görüldüğü gibi içsel sürtünme açısı sıkılık
grafiğinde kayda değer değişimler gözlenebilir. Grafikte Burmister (1948) kaba
daneliden ince daneliye giden kumda, Castro (1969) çok köşeli üniform
derecelenmiş ince kumda, Castro (1969) köşeli üniform derecelenmiş ince kumda,
Castro (1969) yuvarlaklaştırılmıştan köşeliye ince üniform kumda, Earth Manual
(1960) kaba danelide, Bureau of Reclaimation (1949) orta üniformluktaki kumda
farklı sıkılıklarda içsel sürtünme açıları elde etmişlerdir.
Aynı şekilde farklı sıkılıklarda (% 0, 20, 40, 60, 80) yapılan deneylerden elde
edilen sonuçlar Çizelge 4.3’ten alınıp yerleştirilebilir.
İç
sel s
ürtü
nme
açısı,
φ (°
)
Rölatif sıkılık, Dr (%)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
75
Zemin sıkıştırıldıkça kesme kutusu deneyinde elde edilen f değeri
artmaktadır. Bu durumda beklendiği üzere zemin daha mukavim hale geçmektedir.
(Lambrechts and Rixner, 1981)
4.1.2. Gradasyon Aralığının İçsel Sürtünme Açısına Etkisi
Kesme kutusu deneylerinde gradasyon aralığının içsel sürtünme açısına
etkisini araştırmak için kum 200 no’lu elekten yıkandıktan sonra kurutulmuştur.
Sırayla 4, 5, 8 ve 18 no’lu elekler altında kalan numune ile 2 şer seri kesme kutusu
deneyleri yapılmıştır. Elek analizi ve kesme kutusu deney sonuçları Ek 2 ve Ek 3’te
detaylı şekilde verilmiştir.
Çizelge 4.4. Deney numuneleri için kullanılan elekler Amerikan Elekleri (ASTM) E 11/39
Elek No Delik Çapı(mm)
4 4.76
5 4.00
8 2.38
18 1.00
200 0.074
Çizelge 4.5’te üniformluk katsayısı, Cu 6’dan küçüktür ve derecelenme
katsayısı, Cc 1’den küçüktür. Hazırlanan numuneler kötü derecelenmiş kum (SP)
sınıfına girmektedir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
76
Çizelge 4.5. Farklı gradasyon aralıklarındaki numunelerin elek analizi deney sonuçları
Granülometri Parametreleri
4 no’lu elek altı (4.76-0.076 mm)
5 no’lu elek altı (4.00-0.076 mm)
8 no’lu elek altı (2.38-0.076 mm)
18 no’lu elek altı (1.00-0.076 mm)
Efektif Dane Çapı, D10
0.26 0.25 0.24 0.21
D30 0.45 0.42 0.40 0.36
D60 1.10 1.00 0.83 0.62
Üniformluk Katsayısı, Cu
4.23 4.00 3,46 2.95
Derecelenme Katsayısı, Cc
0.708 0.706 0.803 0.995
Zemin Sınıfı SP SP SP SP
Deney sonuçlarına göre gradasyon aralığı genişledikçe φ değeri büyümüş ve
zemin mukavemeti artmıştır.
Çizelge 4.6. Deney Sonuçları Gradasyon Aralığı
(mm) 4.76-0.074 4.00-0.074 2.38-0.074 1.00-0.074
İçsel Sürtünme Açısı 0)(φ 41.325 37.362 36.055 35.184
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
77
Şekil 4.3. Elek açıklığına bağlı olarak gradasyonu belirlenmiş kum zeminlerde vvv yapılan kesme kutusu deney sonuçlarının karşılaştırması
Yapılan kesme kutusu deneylerinden gradasyon aralığına bağlı olarak elde
edilen içsel sürtünme açısı ile her deney için kullanılan maksimum dane çapı
arasında regresyon analizi sonucunda R2=0.92 korelasyon katsayısına sahip olan bir
bağıntı elde edilmiştir. 0)(φ =0.6099× d2-2.0792× d+36.881 (4.3)
4.2. Kil Zeminde Yapılan Deneysel Çalışmalar
4.2.1. Batı Adana Su Arıtma Tesisinde Yapılan Deneysel Çalışmalar
4.2.1.1. Kil Minerallerinde Aktivite
Rötre limiti 11’den düşük olan killer, hacim değiştirme ihtimali yüksek olan
zeminlerdir. Bu değer 16’nın üzerine çıktığında şişme özelliği ihmal edilir bir düzeye
inmektedir (Önalp, 2002). Zemin doygun değil ve rötre limiti düşük bir zeminse,
zeminin küçük bir su içeriği değişikliği, hacim değişimi için yeterli olabilir
(Özüdoğru ve Ark., 1988)
y = 0,6099x2 - 2,0792x + 36,881R2 = 0,9234
30
32
34
36
38
40
42
0 1 2 3 4 5
Elek Açıklığı, d(mm)
İçsel
Sür
tünm
e Aç
ısı, φ
(°)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
78
Çizelge 4.7. Batı Adana Su Arıtma Tesisi zemini kıvam deneyleri sonuçları
Deney No ws (%) wL (%) wp (%) Ip (%) Zemin Sınıfı
Aktivite (A)
1 14.0 51 21 30 CH 0.91
2 16.0 50 24 27 CH 0.82
3 16.5 52 24 28 CH 0.85
4 17.0 53 25 28 CH 0.85
5 19.6 48 26 22 CL 0.67
6 20.0 48 28 20 ML-OL 0.61
7 13.0 48 19 29 CL 0.88
8 20.5 47 29 18 ML-OL 0.55
9 15.5 51 24 27 CH 0.82
10 16.0 53 24 29 CH 0.88
11 15.5 55 22 33 CH 1.00
Kıvam limitleri sonucunda bulunan plastisite indisi ile hidrometre deney
sonucunda bulunan kil yüzdesi oranlandığında kilin aktivitesi bulunmuştur.
A=)002.0(% mmP
I p
< (4.4)
Hidrometre deney sonucundan, %P=%33
Eğer bir kilin aktivitesi A>1.25 ise aktif kil, 0.75<A<1.25 ise normal kil ve
A<0.75 ise aktif olmayan kil olarak adlandırılır (Das, 1985; Wasti, 1989). Bulunan
aktivite 0.75-1.25 aralığı içindedir, zemin normal aktiftir. A büyüdükçe zeminin
şişme potansiyeli artacaktır ve daha problemli kabul edilir. Montmorillonit kökenli
killer aktif, illit killeri normal aktivitelidir. Kurak bölgelerde montmorillonit kökenli
killer şişme özelliğine sahiptir. Killerin şişme potansiyelleri, kıvam limitlerine ve
aktiviteye bağlı olarak belirlenebilir (Özüdoğru ve Ark., 1988). Bu durumda zeminin
aktivitesi mineralojisini de yansıtır.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
79
Killerde aktiviteye göre kil mineralleri tanımlanacak olursa:
Çizelge 4.8. Kil minerallerinde aktivite (Önalp, 2007) KİL A
Smektitler Ca-montmorillonit 1.5
Smektitler Na-montmorillonit 6.0
Smektitler, İllit 0.5-1.0
Kaolinit 0.4-0.5
Halloysit sulu 0.1
Halloysit susuz 0.5
Attapulgit 0.5-1.2
Alofan 0.5-1.2
Muskovit 0.3
Deneylerde kullanılan Batı Adana Su Arıtma Tesisinden alınan kil mika
grubundan illit mineralinden oluşmaktadır. Mikaların temel yapısı, içe yönelik iki
silikon-oksijen dört ayaklısı tabakalarının bir sekiz köşeli tabakasını arasına aldığı
2:1 düzenindedir. Negatif yük 1.0 dolayında olup bu, tabakalar arası katyonlarla
dengelenir. Doğada en çok karşılaşılan kil minerali kaolinit ve smektitlerle birlikte,
muskovit tipi mikaya çok benzeyen ‘hidratlı (sulu) mika’ veya illit olarak
adlandırılan tiptir (Önalp, 2007).
Kıvam limitlerinden alınan veriler ile hesaplanan aktivite sonucunda
literatürde kilin illit tipi mineralden oluştuğu görülmektedir. İllit muskovite
benzeyen, ancak daha az potasyum ve çok daha fazla su içeren bir kil mineralidir.
Mikalara oranla daha az olan potasyum iyonlarının çoğunluğu yer değiştirmez ve su,
tabakaları arasına kısıtlı hacimlerde girebilir. Elektron mikroskobu incelemeleri illit
danelerinin doğada çok küçük boyutlarda belirdiğini göstermektedir.
İllit killeri genelde Orta Amerika, İngiltere ve Avrupa’da olduğu gibi orta
yağmurlu iklimlerde bulunmaktadır. Bu killerin genel formülü aşağıdaki gibidir:
2066484 ))(()( OFeMgAlAlSiKOH yyy ⋅⋅⋅− (Bowles, 1984)
(4.5)
y=1-1.5 aralığında değişmektedir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
80
4.2.1.2. Farklı Yöntemlerle Bulunan Ön Konsolidasyon Basıncı Değerlerinin
Karşılaştırılması
Ön konsolidasyon basıncını belirlerken ve karşılaştırma yaparken aynı
özellikler gösteren aynı bölgeden alınmış numuneler üzerinde çalışılmıştır. Ancak
zemin özelliklerini temsil eden birtakım verilerde farklılıklarla karşılaşılmıştır.
Bu çalışmada konsolidasyon deneyinden bulunan parametre ve büyüklükler
değerlendirildiğinde, deney başı ve sonu su muhtevaları, birim hacim ağırlıkları,
başlangıç boşluk oranı değerleri ve numune çaplarının, bulunan ön konsolidasyon
basıncı değerlerine etkisi olduğu düşünülmektedir.
Şekil 4.4. Deney başı ve deney sonu su muhtevası değişiminin ön konsolidasyon
basıncına etkisi
Şekil 4.4’te gösterildiği gibi 5 farklı numunenin konsolidasyon deneyi
sonunda ölçülen su muhtevasından deney başında ölçülen su muhtevası
çıkarıldığında deney sırasındaki su miktarı değişimi bulunur. Su muhtevasındaki fark
arttığında ön konsolidasyon basıncında 8 yöntemle de değerlendirildiğinde önce bir
miktar azalış daha sonra artış gözlenmiştir.
0
50
100
150
200
250
300
1.93 1.91 1.77 1.57 0.75
Ön
kons
olid
asyo
n ba
sıncı (
kpa)
Su muhtevası değişimi (wson- wilk) %
Schmertmann
Casagrande
Butterfield
Janbu
Tavenas
Old
Van Zeist
Şenol
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
81
18 adet deneyde kullanılan numunelerin çapları, başlangıç ve son su
muhtevaları, dane birim hacim ağırlıkları, başlangıç boşluk oranları ve aşırı
konsolidasyon oranını bulmak için jeolojik yükleri Çizelge 4.9’da verilmiştir.
Çizelge 4.9. Deneylerde kullanılan numunelerin zemin özellikleri
Numune No
Çap (mm) Wilk %
Wson %
γilk
(kN/m3) γson
(kN/m3) e0 σ0
'
1 75 25.13 26.9 19.41 20.73 0.80 41.46
2 50 27.38 25.1 19.54 20.40 0.77 40.80
3 50 24.77 23.5 19.97 21.41 0.76 42.83
4 75 25.62 28.1 19.79 20.95 0.82 41.89
5 50 23.96 23.6 19.07 20.33 0.74 40.67
6 50 22.05 20.1 17.91 18.03 0.58 36.06
7 75 25.89 27.1 15.17 15.93 0.79 31.86
8 50 27.49 25.6 16.23 17.37 0.82 34.73
9 50 25.18 25.4 19.73 20.47 0.73 40.95
10 75 24.69 26.6 19.16 20.73 0.82 41.46
11 75 24.96 22.3 18.15 20.37 0.91 40.73
12 50 26.59 23.1 18.36 18.41 0.69 36.83
13 50 25.96 24.3 20.23 20.39 0.68 40.78
14 75 19.67 21.6 20.29 21.64 0.62 43.29
15 50 26.71 25.3 19.14 20.27 0.79 40.53
16 50 25.49 23.9 20.35 21.27 0.72 42.53
17 75 25.25 26.0 18.77 20.35 0.82 40.70
18 75 20.37 21.9 25.85 26.30 0.83 43.89
Yapılan deneyler değerlendirildiğinde 8 yöntemle grafikler çizilip, ön
konsolidasyon basıncı hesaplamaları ve okumaları yapılmıştır. Bu
değerlendirmelerin sonuçları 4.9 no’lu çizelgede verilmiştir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
82
Çizelge 4.10. Farklı yöntemlerle elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerleri
Numune No
Schmertmann metodu (e logσ')
Casagrande metodu (e logσ')
Butterfield metodu (Ln(1+e)-logσ')
Janbu metodu (∆H/H-σ' ve Mc-σ')
Tavenas metodu (σ'DH/H-σ')
Old metot (∆H/H-logσ')
Van Zelst metodu (∆H/H-logσ')
Şenol'un Önerisi (σ'∆H/H-logσ')
1 110 24 13 45.25 45.25 24 50 62
2 175 95 26 101.82 160 80 112 160
3 295 118 50 203.64 203.64 117 270 275
4 200 - 13 103.9 51.95 - - 63
5 290 118 50 203.64 203.64 115 270 265
6 220 100 26 203.64 203.64 68 - 145
7 215 - 12 181.01 45.25 - - 110
8 290 200 50 203.64 203.64 203.64 323 290
9 215 130 50 102.82 101.82 113 300 170
10 110 80 34 67.88 113.13 72 102 110
11 230 60 23 45.25 90.51 43 85 125
12 250 200 50 203.64 203.64 165 - 180
13 170 45 50 101.82 101.82 45 - 140
14 155 60 45 181.01 90.51 75 250 130
15 178 70 50 203.64 101.82 48 115 143
16 195 75 50 203.64 101.82 70 340 143
17 103 24 12 90.51 45.25 20 33 63
18 120 41 23 45.25 45.25 40 55 65
Yapılan deneylerin sonucunda 75 mm çaplı numunelerden elde edilen
konsolidasyon verilerinin, bahsi geçen bütün yöntemlere uygulanıp, belirlenen ön
konsolidasyon basıncının, 50 mm çaplı ödometre numunelerinden bulunan ön
konsolidasyon basıncından daha küçük olduğu gözlenmiştir.
Tek tek her deney için ön konsolidasyon basıncı sonuçlarına bakıldığında
bütün yöntemlerde tam olarak olmasa da birbirine yaklaşık değerler vermiştir ve
bütün deneyler genelinde aynı karakterde eğilim göstermişlerdir. Bütün yöntemlerde
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
83
1, 11, 17 ve 18 no’lu deneylerde en düşük ön konsolidasyon basıncı okumaları
alınmıştır. 3, 5, 8 ve 12 no’lu deneylerde belirlenen ön konsolidasyon basınçları
maksimum seviyeye ulaşmıştır.
8 farklı yöntem arasında en büyük ön konsolidasyon basıncı Schmertmann ve
Van Zelst yöntemlerinden elde edilmiştir. En küçük değerler ise Butterfield
yönteminden elde edilmiştir.
Tavenas yöntemi ile bulunan değerler aralarında çok fazla fark yoktur.
Tavenas yönteminin deney hatalarını daha fazla kapattığı düşünülmektedir. Bu
yöntemin hassas olmasının yanı sıra kolay olması diğer bir avantajıdır.
Şenol (1997) tarafından ortaya konulan Şenol yöntemi ile Tavenas
yönteminden bulunan ön konsolidasyon basınçları birbirlerine daha yakın çıkmıştır.
Burmister yönteminin kullanılabilmesi için birinci yükleme değerini aşan
ikinci yükleme kısmının deneyde mutlaka yapılması gerekir, deneylerde bu şekilde
ikinci yükleme yapılmadığı için Burmister yöntemi ile ön konsolidasyon basıncı
belirlenememiştir. Bu yöntem eski olması ve her deney eğrisine birebir uymaması
nedeniyle günümüzde tercih edilen bir yöntem değildir (Şenol, 1997).
Şekil 4.5-4.12’de 1 no’lu numune için bütün yöntemlerle elde edilen grafikler
ve hesaplar verilmiştir.
Casagrande yönteminde eğriliğin minimum olduğu yeri tayin etmekteki
güçlük ve logaritmik ölçek kullanılması bir belirsizliğe neden olabilmektedir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
84
Şekil 4.5. Ön konsolidasyon basıncının Casagrande metodu ile belirlenmesi
Şekil 4.6. Ön konsolidasyon basıncının Janbu metodu ile belirlenmesi
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
85
Janbu yönteminde eksen takımının normal ölçek üzerinde gösterilmesi ile ön
konsolidasyon basıncının daha belirginleşeceği düşünülmüştür. Standart yüklemeli
ödometre aleti ile sabit gerilme artımları altında yapılmayan deneyler tam ve hassas
sonuçlar vermez. Bu yöntem sürekli yüklemeli ödometre deneyine göre
geliştirilmiştir.
Tavenas yönteminde herhangi bir saptama gerektirmeden ön konsolidasyon
basıncı kolaylıkla bulunmuştur. Yeni olması nedeniyle Casagrande yöntemi kadar
yaygın değildir, ancak kolay ve hemen hemen tüm deney verilerinde uygun sonuç
vermesi en büyük avantajıdır. Standart yüklemeli kademeli ödometre deneylerinde
uygun sonuç verir.
Şekil 4.7. Ön konsolidasyon basıncının Tavenas metodu ile belirlenmesi
Schmertmann yönteminin deneme yanılma sistemine dayalı olması ve bu
yöntemin hesap aşamasının uzun sürmesi bir dezavantajdır, ancak yöntemin detaylı
belirleme sistemine sahip olması hassas sonuç elde edilmesini sağlar. Schmertmann
yönteminde laboratuardaki şartların arazi şartlarını hemen hemen tamamıyla temsil
ettiği iddia edilmektedir. Ancak bu numunenin örselenmeme derecesine bağlıdır. Su
muhtevası (wn) değeri tüm ön konsolidasyon basıncı belirleme yöntemlerinde önemli
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
86
olsa da Schmertmann yönteminde boşluk oranı ile sıkışma (e-∆H) okumaları, ön
konsolidasyon basıncı belirleme metodunun temelini oluşturur.
Şekil 4.8. Ön konsolidasyon basıncının Schmertmann metodu ile belirlenmesi
Butterfield metodu kritik durum teorisine dayanır. Kosolidasyon deneyinde
hesaplanan boşluk oaranı-gerilme dağılımları özgül hacim; V=1+e hesaplanarak
diyagramlar oluşturulmuştur. (ln(1+e),llogp′) grafiklerine, deney sonuçlarının
hassasiyeti doğrudan etki eder. Deney sonuçlarından daha çok, deneyin yönteme
gerilmeler açısından tam uyarlanamaması, daha farklı bir söyleyiş ile standart
yüklemeli ödometre deneyinin tek eksenli yüklemeyi ifade ederken, yöntemin kritik
durum düşüncesi doğrultusunda düşey ve yatay gerimelere bağlı olan bir gerilmeyi
ifade etmesi az da olsa anlam farkına sebep olmaktadır. Dolayısıyla yapılan tüm
deneyler bu yönteme uygulanmasına karşın, sonuçlar istenilen ve beklenilen
değerlerin altında olmuştur (Şenol, 1997).
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
87
Şekil 4.9. Ön konsolidasyon basıncının Butterfield metodu ile belirlenmesi
Şekil 4.10. Ön konsolidasyon basıncının Eski metot ile belirlenmesi
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
88
Şekil 4.11. Ön konsolidasyon basıncının Van Zelst metodu ile belirlenmesi
Eski yöntem Casagrande yönteminden yola çıkılarak ortaya atılmıştır. Eski ve
Van Zelst yöntemlerinde eksen takımı Casagrande ve Schmertmann yöntemlerindeki
gibi seçilmektedir. Van Zelst metodunda boşaltma eğrisi dikkate alınır.
Şenol (1997) yapmış olduğu çalışmada öne sürdüğü Şenol yöntemin de ise
Tavenas yönteminden esinlenmiştir. Ancak eksenel anlamda Tavenas’tan farkı, yatay
eksen logaritmik olarak çizilmiştir. Oldukça basit ve uygulanabilir bir yöntemdir.
Diğer yöntemlerle uyumlu sonuçlar vermiştir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
89
Şekil 4.12. Ön konsolidasyon basıncının Şenol metodu ile belirlenmesi
5 deneyde her yöntemle basınç belirlenememiştir. 4 ve 7 no’lu deneylerde
(e-logσ’) grafiklerinden Casagrande, Old ve Van Zelst metodlarıyla ön
konsolidasyon basıncı belirlenememiştir. 6, 12 ve 13. deneylerde ise yine Van Zelst
metodu ile değerlendirme yapılamamıştır. Bunun sebebi boşaltma eğrilerinin çok dik
olması yani boşluk oranı (e) değerlerinin yüksek değerler almasıdır. Her üç deney
sonucu çizilen (e-logσ’) grafiği de davranış olarak birbirine benzemektedir.
Bulunan ön konsolidasyon basınçları değerlendirildiğinde oldukça yaygın
olan Casagrande metodunda (24-200) kPa arasında olduğu saptanmıştır. Janbu
yönteminde (∆H/H, σ′) eksen takımına göre eğriler çizildiğinde ön konsolidasyon
basıncı (45-204) kPa arasında bulunmuştur. Tavenas yöntemindeki basınçlar da
Janbu metodunda bulunan aralıktadır. Schmertmann metodunda ise en büyük
basınçlara ulaşılmış olup değerler (103-295 ) kPa aralığındadır. Butterfield metodu
klasik zemin mekaniği mantığına uymamaktadır, basınçlarda çok düşük değerler elde
edilmiş olup (12-50) kPa aralığındadır. Casagrande yönteminin bir versiyonu olan
Eski yöntemde basınçlar (20-204) kPa aralığındadır. Van Zelst yönteminden elde
edilen değerler Eski yöntemde bulunan basınçlardan bir miktar daha büyüktür. Bu
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
90
yöntemle bulunan basınçlar (33-340) kPa aralığındadır. Tavenas yönteminden
esinlenilerek düşünülmüş Şenol yönteminde ise (62-290) kPa arasında ön
konsolidasyon basınçları bulunmuştur. Yöntemlerde bulunan ön konsolidasyon
basınçları, zemin farklı özellikler gösterdiği için geniş bir aralığa yayılmıştır. Buna
pek çok etken sebep olabilir. Bunun için numune çaplarına göre değerlendirme
yapılırsa büyük çaplı numunelerin daha küçük değerler, küçük çaplı numunelerin de
daha büyük ön konsolidasyon basıncı değerleri verdikleri görülür (Çizelge 4.11).
Çizelge 4.11. Ön konsolidasyon basınçları Ön Konsolidasyon Basıncı
Belirleme Yöntemleri
75 mm’lik Numune için
Ön konsolidasyon Basınç
Aralığı
50 mm’lik Numune için
Ön konsolidasyon Basınç
Aralığı
Casagrande Metodu 24-80 45-200
Janbu Metodu 45-181 102-204
Tavenas Metodu 45-113 101-204
Schmertmann Metodu 103-230 170-295
Butterfield Metodu 12-45 26-50
Eski Metot 20-75 45-204
Van Zelst Metodu 33-250 112-340
Şenol Metodu 62-130 140-290
Yapılan 18 adet konsolidasyon deneyinden 8 tanesi 75 mm çapındadır, 10
tanesi 50 mm çapındadır. Bu deneyler kendi aralarında 2 kategoride
değerlendirilmiştir.
Çizelge 4.12’de 8 adet 75mm çapındaki konsolidasyon deney sonuçlarından 5
farklı yönteme göre ön konsolidasyon basıncı değerleri verilmiştir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
91
Çizelge 4.12. 75 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Numune No 1 4 7 10 11 14 17 18
Schmertmann 110 200 215 110 230 155 103 120
Şenol 62 63 110 110 125 130 63 65
Tavenas 45 52 45 113 91 91 45 45
Casagrande 24 - - 80 60 60 24 41
Butterfield 13 13 12 34 23 45 12 23
Schmertmann, Şenol, Tavenas, Casagrande, Butterfield yöntemleri grafiksel
olarak incelendiğinde (Şekil 4.13) 5 metot arasından en yüksek değerlerin
Schmertmann metodundan elde edildiği net bir şekilde görülmektedir. Bunu Şenol
metodu takip etmektedir ancak Şenol yönteminde verilerin daha istikrarlı sonuçlar
verdiği gözlenmektedir. Butterfield metodunda ise çok küçük basınçlar okunmuştur,
diğer yöntemlere aykırıdır bu durum yöntemin klasik zemin mekaniğine uyumlu
olmadığını gösterir.
Şekil 4.13. 75 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel
gösterimi
0
50
100
150
200
250
1 4 7 10 11 14 17 18
Ön
kon
solid
asyo
n ba
sıncı (
kPa)
Numune no
Schmertmann
Şenol
Tavenas
Casagrande
Butterfield
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
92
Çizelge 4.13. 75 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Numune No 1 4 7 10 11 14 17 18
Van Zelst 50 - - 102 85 250 33 55
Janbu 45 104 181 68 45 181 91 45
Old 24 - - 72 43 75 20 40
Butterfield 13 13 12 34 23 45 12 23
Yine 75 mm çapındaki numunelerin sonuçlarından bulunan ön konsolidasyon
basınçları Van Zelst, Janbu, Eski (Old), Butterfield yöntemleri ile
değerlendirildiğinde, Van Zelst yönteminde 2 okuma alınamamış, ancak diğer 5
deneyde en yüksek değerler elde edilmiştir. İkinci en büyük değer ise Janbu
yönteminden elde edilmiştir. Butterfield diğer yöntemlerden uyumsuz sonuçlar
vermiştir.
Şekil 4.14. 75 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi
4.14 no’lu çizelgede 10 adet 50 mm çapındaki konsolidasyon deney
sonuçlarından 5 farklı yönteme göre ön konsolidasyon basıncı değerleri verilmiştir.
0
50
100
150
200
250
1 4 7 10 11 14 17 18
Ön
kons
olid
asyo
n ba
sıncı (
kPa)
Numune no
Van Zelst
Janbu
Old
Butterfield
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
93
Çizelge 4.14. 50 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Numune No 2 3 5 6 8 9 12 13 15 16
Schmertmann 175 295 290 220 290 215 250 170 178 195
Şenol 160 275 265 145 290 170 180 140 143 143
Tavenas 102 204 204 204 204 102 204 102 102 102
Casagrande 95 118 118 100 200 130 200 45 70 75
Butterfield 26 50 50 26 50 50 50 50 50 50
İkinci seride deney sonuçları incelendiğinde 50 mm çapındaki numunelerde
de Schmertmann en yüksek değerleri vermiştir. Sıralama aynen 75 mm’lik
numunelerde bulunan şekildedir. Ancak küçük çaplı numunelerde Şenol ile
Schmertmann metodundan bulunan sonuçlar birbirine çok yakındır. Butterfield
metodundan bulunan basınçlar yine uyumsuz sonuçlar vermiştir.
Şekil 4.15. 50 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel
gösterimi
0
50
100
150
200
250
300
350
2 3 5 6 8 9 12 13 15 16
Ön
kon
solid
asyo
n ba
sıncı (
kPa)
Numune no
Schmertmann
Şenol
Tavenas
Casagrande
Butterfield
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
94
Çizelge 4.15. 50 mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Numune No 2 3 5 6 8 9 12 13 15 16
Van Zelst 112 270 270 - 323 300 - - 115 340
Janbu 102 204 204 204 204 103 204 102 204 204
Old 80 117 115 68 204 113 165 45 48 70
Butterfield 26 50 50 26 50 50 50 50 50 50
50 mm çaplı numunelerde Van Zelst metodunda 3 deney sonucu
değerlendirilememiştir. Van Zelst metodu diğer yöntemlerle bulunan ön
konsolidasyon basınçlarından büyük değerler vermiştir. Büyük basınç değerlerinden
küçüğe sıralama yine Janbu, Eski (Old), Butterfield şeklindedir.
Şekil 4.16. 50 mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi
Şekil 4.13-4.16’dan net bir şekilde görüldüğü gibi bütün yöntemlerle ayrı ayrı
karşılaştırmalar yapıldığında 50 mm çapındaki numunelerden elde edilen ön
konsolidasyon basınçları 75 mm çapındaki numunelerden elde edilen sonuçlardan
0
50
100
150
200
250
300
350
2 3 5 6 8 9 12 13 15 16
Ön
kons
olid
asyo
n ba
sıncı (
kPa)
Numune no
Van Zelst
Janbu
Old
Butterfield
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
95
daha büyüktür. Bunun nedeni büyük çaptaki konsolidasyon numunelerinde aynı
yükleme altında daha düşük gerilme ortamının oluşturulmasıdır.
Bulunan bu ön konsolidasyon basınçlarından aşırı konsolidasyon oranı
bulunabilmektedir.
AKO = (4.6)
AKO=OCR= Aşırı konsolidasyon oranı
Casagrande ve Butterfield yöntemleri dışında bulunan tüm ön konsolidasyon
basınçlarından AKO hesaplandığında incelenen zeminler aşırı konsolide bir zemin
olarak tanımlanır. Butterfield yönteminden oldukça düşük değerler elde edilmiştir.
Bu yöntem kritik durum teorisine dayanır. Casagrande yönteminde ise 3 deneyde kil
normal konsolide, 13 deneyde ise hesaplar yapıldığında kilin aşırı konsolide bir
zemin olduğu görülmüştür.
4.2.1.3. Serbest Basınç Deney Sonuçları
Bu çalışmada Batı Adana Su Arıtma Tesisinden, 1.90-2.10 m derinlikten
alınan örselenmemiş kil zemin numuneleri deney verileri Çizelge 4.16’da
sunulmuştur. Farklı su muhtevalarındaki numunelerin kırılma anında yaptığı
deformasyon ile kayma mukavemeti arasındaki ilişki Şekil 4.17’de verilmiştir. Su
muhtevası düşük olan numunelerin mukavemeti yüksektir ve daha büyük
deformasyonlar yaparak kırılmıştır.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
96
Şekil 4.17. Drenajsız kayma mukavemeti-düşey deplasman arasındaki ilişki
Çizelge 4.16. Serbest basınç deney verileri
Numune No Deplasman qu (kg/cm2) w (%) 1 7.00 2.34 24.37 2 7.50 2.88 25.15 3 8.25 2.93 25.30 4 7.00 2.45 25.45 5 5.25 2.14 25.47 6 7.25 2.06 25.63 7 10.75 2.61 25.86 8 7.75 1.77 25.37 9 4.75 1.14 26.45 10 7.00 1.29 26.46 11 3.25 0.76 28.03 12 7.00 2.17 24.46 13 7.50 2.14 24.62 14 9.75 2.22 25.00 15 6.25 1.84 25.38 16 3.25 1.02 25.95 17 6.00 1.44 26.12 18 3.25 0.95 26.52 19 5.00 1.13 26.56
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
2 4 6 8 10 12Serb
est B
asın
ç M
ukav
emet
i (q u
) kg
/cm
2
Deplasman (mm)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
97
Şekil 4.18. %24-26 su muhtevalarında gerilme deformasyon eğrileri
Şekil 4.19. %26-28 su muhtevalarında gerilme deformasyon eğrileri
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
98
Numuneler aynı muayene çukurlarından alınmasına rağmen su muhtevaları %
24 ile %28 arasında değişmektedir. Beklendiği gibi su muhtevası azaldıkça kil
zeminin mukavemeti artmıştır. Su muhtevası mukavemeti yüksek oranda
etkilemektedir.
Şekil 4.20. Yeraltı su seviyesindeki numunelerde kayma mukavemeti (qu) değişimi
Şekil 4.20.’de ise yeraltı su seviyesinin tam üzeri ve altındaki kayma
mukavemetlerinin arasındaki farklar araştırılmıştır. Yeraltı su seviyesinin tam
üzerindeki numunelerde mukavemet daha yüksek çıkmıştır, bunun nedeni kapiler
etkiden dolayı oluşan matrik emmedir. Matrik emme mukavemeti artırmıştır.
Doymamış bir zeminde kapiler kuvvetler oluşur matrik emme artar, su
üzerinde kalan numunelerde mukavemet artışı gözlenir. Yani matrik emmenin etkisi
kohezyon üzerinedir. Kayma dayanımı aşağıdaki şekildedir.
τf = ctotal + σtanφ (4.7)
Zemin doygun olmadığında kayma dayanımına etkiyen parametreler hesaba
katılmaktadır.
Fredlund ve diğ. (1978) doymamış bir zemin için kayma dayanımını
aşağıdaki gibi vermiştir:
τf = c’ + (σ-ua) tan φ’+ (ua-uw) tan φb (4.8)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
24 25 26 27 28 29
q u(k
g/cm
2 )
w(%)Su seviyesi üzerindeki zeminde yapılan deneyler (1,90-2,00)Su altındaki zeminde yapılan deneyler (2,00-2,10)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
99
σ > ua > uw olmalıdır.
Bu sıra bozulacak olursa sistemde denge yitirilir. Örneğin, boşluk hava
basıncının (ua) boşluk suyu basıncından yüksek bir değere ulaşması (σ-ua) → 0,
zeminin veya numunenin dağılmasına neden olacaktır. Bir başka limit gerilmeye
erişme durumu (ua-uw) ile tanımlanmış kılcal gerilmenin (matrik emme)
kaybolmasıdır. Bu durumda boşluk suyu basıncı boşluk hava basıncını aştığından
ortam doygunluğa yönelecektir (Sr → 1), (Önalp, 2007).
Fredlund ve diğ. (1994) ve Vanapalli ve diğ. (1996) zemin-su karakteristik
eğrilerini ve doygun kayma dayanımı parametrelerini kullanarak doymamış zeminin
kayma dayanımını bulmak için birçok model önermişlerdir. Aşağıdaki bağıntı
doymamış zeminin kayma dayanımını bulmak için kullanılabilir.
τf = c’ + (σ-ua) tan φ’+ (ua-uw) tan φ’
−−
rs
r
θθθθ
(4.9)
τus= (ua-uw) tan φ’
−−
rs
r
θθθθ
(4.10)
τus emmeye bağlı olarak elde edilen kayma dayanımını başka deyişle
doymamış zeminlerin zemin özellik fonksiyonlarını hesaplamak için kullanılan
zemin-su karakteristik eğrisini gösterir.
ua= boşluk hava basıncı
uw= boşluk su basıncı
ua-uw= matrik emme
τf = doymamış bir zeminin kayma dayanımı
c’ =efektif kohezyon
φ’= efektif kayma dayanımı açısı
σ-ua= net normal gerilme
φb= emmedeki artışa karşın oluşan kayma dayanımı açısı
θs= doygun haldeki hacimsel su içeriği
θr= rezidüel durumda hacimsel su içeriği
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
100
Serbest basınç deneylerinde de suyun altındaki numunenin mukavemeti
düşük çıkmıştır. Yeraltı su seviyesinin üstündeki numunelerin mukavemetinin
yüksek olması kapiler etkiden kaynaklanan matrik emmenin artışı olarak
düşünülmektedir.
4.2.1.4. Kesme Kutusu Deney Sonuçları
Kil zemin üzerinde yapılan kesme kutusu deney sonuçları Şekil 4.21’de
verilmiştir. Kayma gerilmesi düşey eksende, normal gerilme yatay eksende
gösterilmiştir.
Şekil 4.21. Kilde uygulanan kesme kutusu deney sonuçları
Çizelge 4.17. Kesme kutusu deney verileri
Düşey yük 1 kg 2 kg 4 kg Normal Gerilme 0.316 0.595 1.268 Kayma Gerilmesi 0.640 0.670 0.680
Zemin suya tam doygun olmadığı için içsel sürtünme açısı (Şekil 3.30)
meydana gelmiştir (Çizelge 4.18). Kesme kutusu deneyinden bulunan kayma
y = 0.037x + 0.635R² = 0.771
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Kay
ma
Ger
ilmes
i (kg
/cm
2 )
Normal Gerilme (kg/cm2)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
101
mukavemeti değeri 1.27 kg/cm2’dir. Deneyde bulunan kayma mukavemeti serbest
basınç deneyinden bulunan ile uyumludur.
Çizelge 4.18. Deneyden bulunan kayma mukavemeti parametreleri
φ(º) 2.12
c (kg/cm2) 0.635
4.2.1.5. Üç Eksenli Basınç Deneyi Sonuçları
Drenajsız kayma mukavemetleri sırasıyla 54 ve 58 kPa olarak elde edilmiştir.
Mohr daireleri birleştirildiğinde küçük bir değer içsel sürtünme açısı çıkmıştır.
Numuneler tam doygun olmadığı için φ=4.5° açısı kabul edilebilir bir değerdir (Şekil
3.30). Kayma mukavemeti değeri 83 kPa olarak hesaplanmıştır. Bu değer serbest
basınç ve kesme kutusu deneylerinden elde edilen kayma mukavemeti değerine göre
daha düşük bir değerdir.
Şekil 4.22. Konsolidasyonsuz ve drenajsız (UU) üç eksenli deney sonuçları
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
102
4.2.1.6. Arazi - Laboratuar Model Deneyleri Sonuçları ve Karşılaştırmaları
Arazide yapılan model deneyin temel tabanındaki taşıma kapasitesi düşey
deplasman eğrisi Şekil 4.23’te verilmiştir.
Şekil 4.23. Arazi model deney verileri
Oturma oranı değeri (s/D), oturma miktarının (s), temel çapına (D) bölünerek,
boyutsuz bir değere dönüştürülmesi ile elde edilmiştir.
Deneyde taşıma kapasitesi teğetler yöntemi ile qu= 475 kPa göçme anındaki
oturma oranı ise, (s/D)u= 3.9 bulunmuştur.
Deneyde bulunan datalara rasyonel fonksiyon analizi yapıldığında korelasyon
katsayısı r =0.999, standart hata s =9.683 olarak elde edilmiştir.
Gerilme-oturma oranı datalarının rasyonel fonksiyonu q = ( . . )( . . ) (4.11)
şeklindedir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
103
Şekil 4.24. Arazi model deney verileri regresyon analizi
Laboratuarda yapılan model deneyden elde edilen sonuçlardan gerilme
deformasyon eğrisi çizilmiş ve taşıma gücü değeri belirlenmiştir.
Temel tabanındaki taşıma kapasitesi düşey deplasman eğrisi Şekil 4.25’te
verilmiştir.
Şekil 4.25. Laboratuar model deney verileri
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
104
Deneyde taşıma kapasitesi teğetler yöntemi ile qu= 140 kPa göçme anındaki
oturma oranı ise, (s/D)u= 2.3 bulunmuştur.
Deneyde bulunan datalara rasyonel fonksiyon analizi yapıldığında korelasyon
katsayısı r =0.999, standart hata s =1.153 olarak bulunmuştur.
Gerilme-oturma oranı datalarının rasyonel fonksiyonu
q = . . . . (4.12)
şeklindedir.
Şekil 4.26. Laboratuar model deney verileri regresyon analizi
Aynı çaptaki ve aynı özellikteki temel için yapılan arazideki model yükleme
deneyi sonuçları ile deney sahasından aynı derinlikten getirilen zemin öğütüldükten
ve sıkıştırıldıktan sonra laboratuarda yapılan model deney sonuçları
karşılaştırıldığında örselenmiş, laboratuarda yapılan model deney sonuçlarının
araziye oranla göçme anında daha düşük deformasyonda düşük taşıma gücü verdiği
görülmüştür (Şekil 4.27).
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
105
Şekil 4.27. Arazi ve laboratuar model deney gerilme, oturma oranı karşılaştırması
393.3140475
)(
)( ==labu
araziu
(4.13)
Arazi ve laboratuarda yapılan model deney sonuçları karşılaştırıldığında,
laboratuarda yapılan deneylerin arazi zemin koşullarını tamamen yansıtamadığı
görülmüştür. Deney sonuçları arasında 3 katın üzerinde fark elde edilmiştir. Bunun
sebebi olarak da arazinin doğal koşullarındaki tüm özelliklerinin tam anlamıyla
laboratuar deney koşullarında sağlanamamasıdır. Sonuçlardaki farklılık hazırlanan
zeminin, kurutma ve öğütme aşamasında yapısının bozulması ve deneye
hazırlandıktan sonra tam anlamıyla arazideki aynı özelliği taşımamış olması olarak
açıklanabilir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
106
4.2.2. Kayışlı Köyünde Yapılan Deneysel Çalışmalar
4.2.2.1. Farklı Yöntemlerle Bulunan Ön Konsolidasyon Basıncı Değerlerinin
Karşılaştırılması
Güney Adana Kayışlı Köyü İlköğretim Okulu Proje Sahası, 40 no’lu parselde
açılan muayene çukurlarından alınan numuneler üzerinde de konsolidasyon deneyleri
yapılmış ve yukarıda bahsedilen yöntemlerle değerlendirilmiştir. Deney
sonuçlarından hesaplanan ön konsolidasyon basınçları Şekil 4.28 ve Şekil 4.29’da
verilmiştir. CH kilinde yapılan 2 adet konsolidasyon deneyinden bulunan ön
konsolidasyon değerleri ile Batı Adana Su Arıtma Tesisinden hesaplanan ön
konsolidasyon basınçları uyum içerisindedir. Ön konsolidasyon basıncında en
yüksek değer Schmertmann metodunda bulunmuştur. Tavenas ile Janbu
yöntemlerinden hesaplanan ön konsolidasyon basınçları kendi aralarında uyumludur.
Butterfield yöntemi yine diğer yöntemlere göre uyumsuz sonuçlar vermiştir.
Şekil 4.28. Ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi (Kayışlı Köyü)
0
50
100
150
200
1 2Ön
kon
solid
asyo
n ba
sıncı (
kPa)
Numune no
Schmertmann
Şenol
Tavenas
Casagrande
Butterfield
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
107
Şekil 4.29. Ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi (Kayışlı Köyü)
Çizelge 4.19. Farklı yöntemlerle elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerleri (Kayışlı Köyü)
Numune No
Schmertmann metodu (e logσ')
Casagrande metodu (e logσ')
Butterfield metodu (Ln(1+e)-logσ')
Janbu metodu (∆H/H-σ' ve Mc-σ')
Tavenas metodu (σ'DH/H-σ')
Old metot (∆H/H-logσ')
Van Zelst metodu (∆H/H-logσ')
Şenol'un Önerisi (σ'∆H/H-logσ')
1 200 47 26 101,41 101.41 37 170 150
2 170 80 50 101,41 101.41 65 120 150
4.2.2.2. Serbest Basınç Deneyi Karşılaştırmaları
Kayışlı köyü arazisinden alınan numuneler üzerinde de serbest basınç deneyi
yapılmıştır. Numuneler 1.2 m ve 1.5 m derinlikten alınmıştır. 1.2 m derinlikten
alınan numunelerin su muhtevası % 27.5-28.5 arasındadır. 1.5 m derinlikten alınan
numunelerin su muhtevası ise % 38-45.5 arasında değişmektedir. 1.5 m derinlikten
alınan numunelerin su muhtevasına numunelerin saklama koşullarının etkilediği
düşünülmektedir.
0
50
100
150
200
1 2
Ön
kons
olid
asyo
n ba
sıncı (
kPa)
Numune no
Van Zelst
Janbu
Old
Butterfield
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
108
Çizelge 4.20. Serbest basınç deney verileri
Numune No Deplasman qu (kg/cm2) w (%) 1 6.25 2.07 27.48 2 9.25 1.73 28.42 3 2.50 1.94 28.30 4 3.75 2.00 27.98 5 3.25 1.35 38.24 6 5.25 1.46 40.52 7 3.75 1.09 39.71 8 2.00 1.01 41.20 9 2.75 0.94 41.52 10 5.00 0.96 40.83 11 2.00 0.76 43.47 12 2.75 0.79 43.03 13 3.00 0.69 43.82 14 5.75 0.89 43.40 15 3.00 0.58 44.21 16 10.75 0.51 45.34
Şekil 4.30. 1.2 m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri
(w=%27.5-28.5)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
109
Şekil 4.31. 1.5 m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri
(w=%38.0-41.5)
Şekil 4.32. 1.5 m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri
(w=%43.0-45.5)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
110
Endeks özellikleri aynı olan, ancak su muhtevaları farklı olan kil numunelerin
su muhtevası %28’den %44’e kadar arttıkça drenajsız kayma mukavemetinin
yaklaşık 2.5 kat değiştiği görülmektedir.
Şekil 4.33. Drenajsız kayma mukavemeti-su muhtevası arasındaki ilişki (Kayışlı
Köyü)
4.2.2.3. Üç Eksenli Basınç Deneyi Sonuçları
Kayışlı Köyünün deney sahasından alınan numuneler üzerinde yapılan üç
eksenli deneyine ait Mohr daireleri Şekil 4.34’te verilmiştir. Yapılan bu deney bölüm
5’te sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmiştir. Deney eğrileri bölüm 6’da analiz
sonuçları ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
25 30 35 40 45 50 55
q u(k
g/cm
2 )
Su Muhtevası (w%)
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
111
Şekil 4.34. Konsolidasyonsuz ve drenajsız (UU) üç eksenli basınç deneyi sonuçları
4.2.2.4. Kayışlı Köyü Kilinde Yapılan Standart Penetrasyon ve Presiyometre
Deney Verileri ve Karşılaştırması
Arazide yapılan standart penetrasyon deneyinde 30 ve 45 cm çakılma için
toplam vuruş sayıları Çizelge 4.21’de verilmiştir.
Çizelge 4.21. SPT N değerleri
Derinlik (m) Vuruş sayısı(N) 1.50 14 3.50 17 5.40 11 7.35 12 9.30 13
11.25 25
Aynı arazide ikinci sondaj kuyusu açılarak yapılan presiyometre deneyleri 1.5
m derinlikte başlayıp 9m’ye kadar 1.5 m aralıklarla devam etmiştir. Pl ve EPMT
değerleri hesaplanmıştır. Şekil 4.35’te 1.5 m derinlikte yapılan presiyometre deneyi
hacim ve basınç kalibrasyon değerleri, deneyden alınan ham değerlerin eğrisi ve
düzeltilmiş eğriler çizilmiştir. 3, 4.5, 6, 7.5 ve 9. metrelerde çizilen grafikler Ek 4’te
verilmiştir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
112
Şekil 4.35. Presiyometre deneyi hacim, basınç değerleri (1.5m derinlik)
Yukarıdaki grafikten Pa, Pb, Pl, Va, Vb ve Vl değerleri okunur. A noktası ilk
eğriliğin bozulduğu nokta (probun zemine değdiği andaki hacim ve basınç
okumaları), B noktası plastikliğin başladığı, elastik bölgenin sonlandığı noktadır.
Zeminin deformasyon modülü (EPMT ) A ile B noktasının eğimlerinden bulunmuştur.
Pl ve Vl değerleri ise, zeminin göçtüğü nokta olarak tanımlanır.
Çizelge 4.22. Presiyometre deney verileri
Derinlik (m) Va (cm3) Vb (cm3) Vl (cm3) Pa (kg/cm2) Pb (kg/cm2) Pl (kg/cm2) EPMT
1.50 106 347 574 0.6 3.8 6.75 23.15
3.00 90 405 542 0.6 4.6 6.60 23.39
4.50 78 394 467 0.6 5.4 7.00 28.00
6.00 91 426 532 0.6 3.8 5.50 17.85
7.50 141 276 535 1.4 6.2 8.20 56.98
9.00 79 133 480 1.4 3.8 7.00 66.44
Pl ve EPMT değerlerinin derinlik boyunca değişimi Şekil 4.36’da verilmiştir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
113
Şekil 4.36. Presiyometre deneyinden bulunan PL, EPMT değerleri
Aynı arazide derinlik boyunca presiyometre deneyinden hesaplanan
deformasyon modülü ile standart penetrasyon deneyinden elde edilen SPT N
değerleri Şekil 4.37’de karşılaştırılmıştır.
Derinlik boyunca sonuçlara bakıldığında SPT deneyinde mukavemet
hesabında kullanılan N vuruş sayısı 3.5 m’de maksimum değer almıştır. 7.5 ve 9.5
metrelerde ise artış göstermiştir.
Presiyometre deneyinden hesaplanan zeminin rijitliğini gösteren elastisite
modülü de 4.5 m’de artış göstermiş 6. m’de farklı zemine girmiş ancak 7.5 ve 9
metrelerde derinlikle artış göstermeye devam etmiştir.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
114
Şekil 4.37. Derinlikle EPMT ve SPT N değerleri değişimi
Şekil 4.38. PL, EPMT değişimi
y = -0.003x2 + 0.332x + 0.755R² = 0.964
1
10
10 100
P L
EPMT
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
115
Çizelge 4.23. PL ve EPMT değerleri (Gambin ve Rousseau, 1980) Zemin türü EPMT (kPa) PL (kPa)
Çamur, turba 200-1500 20-150
Yumuşak kil 500-3000 50-300
Orta kil 3000-8000 300-800
Sert kil 8000-40000 600-2000
Marn 5000-60000 600-4000
Gevşek siltli kum 500-2000 100-500
Silt 2000-10000 200-1500
Kum ve çakıl 8000-40000 1200-5000
Sedimenter kumlar 7500-40000 1000-5000
Kireçtaşı 80000-20000000 3000-10000
Yeni dolgu 500-5000 50-300
Eski dolgu 4000-15000 400-1000
Yapılan presiyometre deneylerinde derinlik boyunca EPMT değeri 1750-6515
kPa, PL ise 540-805 kPa arasında değişmektedir. Gambin ve Rousseau’nun önerdiği
Çizelge 4.23’e göre mevcut arazi deney sonuçları karşılaştırıldığında, değerler orta
kil ve silt aralığında bulunmaktadır. Bu zemin türleri arazi özellikleri ile uyum
göstermektedir.
Deneyler elastik safhada sonlandırılmıştır. Bu gibi durumlardan sakınmak
için deney öncesinde, uygulama yapılacak arazideki zemin türü hakkında bilgi
edinmek gerekir. Son yıllarda Türkiye’de kullanımı hızla artan presiyometre
deneyinde, tecrübesiz personelden ve deney sonuçlarının yanlış yorumlanmasından
kaynaklanan sorunlar hatalı çıkarımlara sebep olmaktadır.
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
116
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
117
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ
5.1. Giriş Bu bölümde, laboratuar deney sonuçlarının doğruluğunu araştırmak amacıyla
iki boyutlu sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler, sonlu elemanlar
yöntemi ile çözüm yapan PLAXIS (professional version 8, Brinkgreve ve Vermeer,
1998) paket programı kullanılarak yapılmıştır. Analizlerde, laboratuar ortamında
yapılan üç eksenli basınç deneylerinin ve konsolidasyon deneyinin simulasyonu
yapılmıştır. Konsolidasyon deneyinde ise, ayrıca farklı zemin modelleri kullanılarak
analizler yapılmıştır, modellerin zemin koşullarına uygunluğu araştırılmıştır.
Modellerde kullanılan ağ sıkılığını belirlemek için farklı ağ sıkılıklarında analizler
yapılıp ağ etkisinin sonuçlar üzerinde bir etkisi olup olmadığı irdelenmiştir. Deney
düzeneği, yükleme koşulları ve malzeme özellikleri PLAXIS bilgisayar programında
modellenerek sayısal çözümler yapılmıştır.
5.2. Sonlu Elemanlar Yöntemi
Zeminlerin davranışı çeşitli teorik ve ampirik yöntemler ile incelenmektedir.
Bu yöntemlerde zemin, lineer-elastik ve homojen bir ortam gibi düşünülüp
basitleştirici kabuller ile çözüme gidilmektedir. Bu yöntemler, pratik uygulamalarda
genellikle yaklaşık sonuçlar vermesine rağmen zeminlerin heterojen yapısı,
anizotropi, lineer olmayan, zamana ve ortama bağlı davranışı gibi karmaşık
özellikleri nedeniyle gerçekçi çözümler vermemektedir. Bilgisayar teknolojisinin son
yıllarda gelişmesi ile sayısal yöntemler mühendislik problemlerinin kısa sürede
çözümünü sağlamıştır. Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY), sayısal yöntemlerin en
efektif ve sistematik olanıdır. Sonlu elemanlar yöntemi, herhangi bir lineer-elastik
ortama uygulanabilmektedir. Yöntemde malzeme davranışı, toplam gerilme ve şekil
değiştirmeler arasındaki değişimlerle ilişkilendirilerek formüle edilirken, geoteknik
problemlerinde toplam gerilme tensörü, efektif gerilmeler ve boşluk suyu
basınçlarına ayrılmakta ve malzeme davranışı genellikle efektif gerilmeler cinsinden
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
118
ifade edilmektedir. Geoteknik problemlerin birçoğunda yapı ile zemin etkileşim
içerisindedir. Buna bağlı olarak, bu tip problemlerin analizinde, yapı ile zemin
arasında ara yüzey (interface) kullanılması gerekmektedir. Ayrıca, lineer-elastik
teoriden farklı olarak, doğru bir çözüm elde etmek için daha geniş bir aralıkta sınır
koşullarına ihtiyaç duyulmaktadır. Sonuç olarak, sonlu elemanlar yönteminin
geoteknik mühendisliğinde gerçekçi bir biçimde uygulanabilmesi için bazı
değişiklikler yapmak zorunlu olmaktadır (Potts ve Zdravković, 1999). Geoteknik
mühendisliği uygulamalarında, sonlu elemanlar analizi, gerçek durumumu
modelleyebilmek amacıyla adım adım yapılmaktadır. Zeminlerin gerilme-şekil
değiştirme davranışı non-lineer olduğundan analizlerde bu davranışın modellenmesi
gerekmektedir. Bu amaçla yapımdan önceki başlangıç gerilme durumu, zeminin non-
lineer gerilme, şekil değiştirme ve mukavemet özellikleri ile yükleme aşamaları
arasındaki bekleme süreleri analizlerde gerçek duruma yakın olarak belirlenmelidir
(Kılıç, 2000).
Sonlu elemanlar yöntemi, matematiksel ifadelerle tanımlanan sürekli
sistemlerin genel çözüm yöntemidir (Zeinkiewicz, 1977). Sonlu elemanlar
yönteminde sistem sonlu elemanlara bölünerek, denklemler bir eleman için
yazılmakta ve entegre edilerek sistem denklemleri elde edilmektedir. Sonuçta sürekli
bir ortam için göz önüne alınan diferansiyel denklem lineer bir denklem takımına
indirgenmektedir.
Çözüm bölgesi, eleman adı verilen alt bölgelere ayrıklaştırılmakta ve bu
elemanlarla oluşturulan eşdeğer sonlu elemanlar ağına dönüştürülmektedir.
Elemanlar, belirlenen esas bilinmeyene göre bir, iki veya üç boyutlu
seçilebilmektedir. Eleman tipi seçilirken, gerekli serbestlik derecesi dikkate
alınmakta ve eğri yüzeyler için eğrisel elemanlar seçilmektedir. İki boyutlu
problemlerde, sonlu elemanlar genellikle üçgen veya dörtgen şeklindedir (Şekil
5.1). Bu elemanlar “node” adı verilen düğüm noktaları yardımıyla
ilişkilendirilmektedir. Düz yüzeyli elemanlar için düğüm noktaları genellikle
eleman köşelerine yerleştirilmektedir. Eğrisel yüzeylere sahip elemanlar için ise,
her yüzeyin orta noktalarına da düğümler eklenmektedir.
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
119
Şekil 5.1. Tipik 2 boyutlu elemanlar
Yöntemde, bilinmeyenlerin ortamda dağılımını veren bir şekil fonksiyonu
seçilmektedir. Eleman düğüm noktaları, eleman bölgesinde bilinmeyen büyüklüğün
(deplasman... vb) dağılım şeklini tanımlamak üzere matematiksel bir fonksiyon
yazmak için imkan sağlamaktadır. Geoteknik mühendisliğinde problemlerin çoğu,
deplasman yöntemiyle formüle edilmektedir. Şekil fonksiyonu belirlenirken,
polinomlar veya seriler kullanılmaktadır:
{ } [ ] { }edN=δ (5.1)
{δ} elemanın herhangi bir noktasındaki deplasman bileşenleri,
[N] şekil fonksiyonunu,
{d}e ise, elemanın düğüm noktasındaki deplasmanlarıdır.
Elemandaki şekil değiştirmeler, düğüm noktası deplasmanları cinsinden,
{ } [ ] { }edB=ε (5.2)
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
120
[B], eleman şekil değiştirme matrisidir.
Gerilmeler ise, elastisite matrisi [D] kullanılıp, şekil değiştirmelerle
ilişkilendirilerek,
{ } [ ] { }ε=σ D (5.3)
şeklinde yazılabilir.
Bir sonraki işlem ise, uygun bir varyasyonel prensip (enerjinin minimum
olması prensibi vb.) kullanılarak her bir düğüm noktasındaki değerler için bir
denklem takımı elde etmektir:
{ } [ ] { }edkf = (5.4)
Denklemde,
{f}, eleman yük vektörü
[k], eleman rijitlik matrisidir.
Her sonlu eleman için ayrı ayrı bulunan (4.4) denklemleri uygun şekilde
birleştirilerek bütün sisteme ait cebrik denklemler takımı elde edilir.
{ } [ ] { }dKF = (5.5)
Burada,
{F}, sistem yük vektörü
[K], sistem rijitlik matrisi
{d}, sistem deplasman vektörü değerlerini gösterir.
Bu sisteme sınır koşulları uygun satır/sütun işlemleriyle dahil edilerek,
indirgenmiş sistem elde edilir (Bildik, 2010).
5.3. PLAXIS Programı
PLAXIS (Finite Element Code for Soil and Rock Analysis), değişik
geoteknik problemleri için, sonlu elemanlar yöntemiyle, deformasyon ve stabilite
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
121
analizleri gerçekleştirebilen bir bilgisayar programıdır. Geoteknik mühendisliğinin
diğer uygulama alanlarını da kapsayacak şekilde genişletilmiştir. Program, geoteknik
mühendisliği projelerinin tasarımında ihtiyaç duyulan, zemin-yapı etkileşimi,
gerilme–şekil değiştirme, konsolidasyon, taşıma gücü, akım ağı, zemin dinamiği
konularında ve malzeme farklılığı olan durumlarda kullanılabilmekte ve pratikte
uygulanabilir sonuçlar vermektedir (Bildik, 2010).
Bu çalışmada, PLAXIS 8.6 versiyonu kullanılmıştır. Versiyon, geoteknik
mühendisliği uygulamalarına yönelik olarak geliştirilmiştir. Analizlerde, problemler
2 boyutlu olarak eksenel simetrik geometri koşullarında statik olarak analiz
edilmektedir. Programda, malzemenin gerilme-deformasyon davranışı lineer
olmayan çözüm teknikleri ile modellenmektedir.
5.3.1. Geometrik Modelin Oluşturulması
Programda; zemin tabakaları, yapılar, kazı safhaları, yükler ve sınır şartlarının
girişi için özel bir grafik ortamı (CAD) kullanılmaktadır. Programda, problem tipine
göre düzlem şekil değiştirme veya eksenel simetrik geometri koşulları dikkate
alınabilmektedir. Düzlem şekil değiştirme durumu, cismin bir doğrultudaki boyutunun
(z ekseni), bu boyuta dik diğer iki doğrultudaki boyutundan çok büyük olması
durumunda kullanılabilmektedir. Problemin z ekseni etrafında çepeçevre simetrik
olması durumunda, deformasyonlar ve gerilmeler dönme açısından bağımsız olmakta,
bu nedenle problem Şekil 5.2b’de görülen alan üzerinde 2 boyutlu problem olarak ele
alınabilmektedir.
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
122
Şekil 5.2.a. Düzlem şekil değiştirme 5.2.b. Eksenel simetrik problem
(PLAXIS Manual, 2002) 5.3.2. Elemanlar
5.3.2.1. Zemin Elemanları
Sonlu elemanlar ağının oluşturulması sırasında, zemin ortam iki boyutlu
üçgen elemanlara ayrılır. Programda, 6 ve 15 düğüm noktalı iki farklı üçgen eleman
bulunmaktadır (Şekil 5.3). Sonlu elemanlar analizinde, deplasmanlar düğüm
noktalarında, gerilmeler ise, düğümler yerine her bir Gauss-noktasında (veya
gerilme noktasında) hesaplanmaktadır.
6 Düğümlü Üçgen Eleman 15 Düğümlü Üçgen Eleman
Şekil 5.3. Zemin elemanlarındaki düğüm ve gerilme noktalarının pozisyonu
y
x
y
x
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
123
5.3.2.2. Kiriş Elemanlar
Programda; duvar, plak ve temel gibi yapı elemanları 3 ve 5 düğüm noktasına
sahip iki farklı kiriş eleman kullanılarak tanımlanır (Şekil 5.4). Analizlerde 6 düğümlü
zemin elemanı kullanılıyorsa, 3 düğümlü kiriş eleman, 15 düğümlü zemin elemanı
kullanılıyorsa, 5 düğümlü kiriş eleman kullanılmaktadır. Kiriş elemanı, Mindlin kiriş
teorisine dayanır. Bu teoriye göre, kiriş eleman eğilmeye ve kaymaya maruz kalır.
Kiriş elemanı önceden tanımlanan eğilme momenti veya maksimum eksenel kuvvete
ulaştığında plastik hale gelmektedir. Kiriş elemanların malzeme özelliği olarak
programa eğilme rijitliği (EI) ve eksenel rijitlik (EA) değerleri girilmektedir (Bildik
2010).
Şekil 5.4. Kiriş elemanları
5.3.3. Zemin Modelleri
PLAXIS’te zemin ve diğer ortamların (kaya... vb) davranışını modellemek
için 6 farklı model kullanılmaktadır. Bu modeller ve modellerde kullanılan
parametreler aşağıda kısaca özetlenmiştir.
5.3.3.1. Lineer Elastik Model (LE)
Bu modelde, zemin davranışının Hooke yasasına uyduğu ve izotropik lineer
elastik bir malzeme olduğu kabul edilir. Programda giriş bilgileri olarak 2 adet rijitlik
parametresi, Elastisite modülü, E ve Poisson oranı, ν değerleri girilir. LE model,
zemin davranışını çok sınırlı bir şekilde temsil edebilir. Genellikle, zemin içerisindeki
rijit yapıları modellemek için kullanılır.
5 Düğümlü 3 Düğümlü
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
124
5.3.3.2. Mohr-Coulomb Model (MC)
Elasto-plastik zemin modelidir. Programda, giriş bilgileri olarak 5 parametre
girilir. Bunlar; Elastisite modülü (E), Poisson oranı (ν), kohezyon (c), içsel sürtünme
açısı (φ) ve dilatasyon açısı (ψ)’dır. Ayrıca modelde, doğru bir K0 seçilerek zemindeki
başlangıç yatay gerilme durumu oluşturulabilir. Bu modelde, hesaplamaların hızlı ve
kısa zamanda yapılabilmesi en büyük avantajdır.
Plaxis çözümlerinde, Elastik model ve Mohr-Coulomb model’de basit rijitlik
modülü olarak Young modülü kullanılır fakat aynı zamanda farklı rijitlik modülü
gösterilmiştir. Rijitlik modülü gerilmenin bir ölçüsüdür. Zemin mekaniğinde başlangıç
eğimi E0 olarak gösterilir ve |σ1-σ3|’ ün maksimum değerinin yarısına karşılık gelen
sekant modülü E50 olarak gösterilir (Şekil 5.5). Geniş lineer elastik aralıktaki
malzemelerde E0 gerçekçi değildir, fakat zemin yüklemelerinde genellikle E50
kullanılır. Boşaltma problemlerine bakıldığında, örneğin tünel ve kazı durumlarında,
E50 yerine Eur gerekir. Zeminlerde boşaltma modülü Eur ve ilk yükleme modülü E50
basınç artışına bağlıdır (Plaxis 2D V8-Manual).
Şekil 5.5. E0 ve E50 tanımları (Plaxis 2D V8-Manual)
5.3.3.3. Jointed-Rock Model (JR)
Plastik kaymanın sadece sınırlı sayıda kayma doğrultularında meydana
geldiği anizotropik elasto-plastik modeldir. JR model, tabakalı veya birleşik
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
125
kayaların davranışını modellemede kullanılır. Modelde giriş parametreleri olarak,
Elastisite modülü (E), Poisson oranı (ν), kohezyon (c), içsel sürtünme açısı (φ) ve
dilatasyon açısı (ψ) değerleri girilmektedir.
5.3.3.4. Soft Soil Model (SS)
Zemin mekaniğinde normal konsolide killer, killi siltler ve turba zeminler
yumuşak zemin olarak kabul edilir. Bu tür zeminlerin yüksek mertebedeki
sıkışabilirlik özelliğine bağlı olarak farklı özellikleri vardır. Bu nedenle, bu tür
zeminlerde SS model kullanılır. Model en iyi performansını birincil sıkışma
durumlarında gösterir. Modelde giriş parametreleri olarak, kohezyon (c), içsel
sürtünme açısı (φ), dilatasyon açısı (ψ), modifiye sıkışma indeksi (λ∗), ve modifiye
şişme indeksi (κ∗) değerleri girilmektedir.
5.3.3.5. Soft Soil Creep Model (SSC)
SSC modeli, konsolide killer, killi siltler ve turba gibi yumuşak zeminlerin
zamana bağlı davranışının modellenmesinde kullanılmaktadır. Temel ve dolgulardaki
zamana bağlı oturma problemleri ile tüneller ve derin kazı gibi zemindeki yük
boşalması problemlerinde bu model kullanılır. Modelde giriş parametreleri olarak,
kohezyon (c), içsel sürtünme açısı (φ), dilatasyon açısı (ψ), modifiye sıkışma indeksi
(λ∗), modifiye şişme indeksi (κ∗) ve modifiye sünme indeksi (µ∗) değerleri
girilmektedir.
5.3.3.6. Hardening Soil Model (HS)
Hardening Soil modeli, farklı tiplerdeki yumuşak ve sert zeminlerin
davranışını modellemek için kullanılan gelişmiş bir zemin modelidir. MC modelde
olduğu gibi gerilme seviyesi kohezyon (c), sürtünme açısı (φ) ve dilatasyon açısı (ψ)
ile sınırlandırılmıştır. HS model, gerilme bağımlı rijitlik modülünü dikkate almaktadır.
Yani, zemin rijitliği basınçla birlikte artmaktadır. HS model, drenajlı üç eksenli basınç
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
126
deneyinde gözlenen eksenel deformasyon-deviatorik gerilme ilişkisinin yaklaşık
hiperbol şeklinde olması esasına dayanır. Bu ilişki ilk olarak Kondner (1963)
tarafından formüle edilmiştir. Daha sonra Duncan ve Chang (1970) tarafından
geliştirilerek hiperbolik zemin modeli olarak adlandırılmıştır. HS model, hiperbolik
zemin modelinin yerini almış olmakla beraber arasında önemli farklar vardır. Bu
farklardan ilki, modelde elastisite teorisinden çok plastisite teorisinin kullanılmasıdır.
İkinci fark, modelin zemin dilatasyonunu da kapsaması, üçüncü fark ise, bir akma
başlığı (yield cap) içermesidir (Bildik, 2010).
Modelin bazı temel karakteristik özellikleri aşağıda özetlenmiştir:
Ø Gerilme bağımlı rijitlik (giriş parametresi m),
Ø Deviatörik yükleme nedeniyle oluşan plastik deformasyonlar (giriş
parametresi ref50E ),
Ø Sıkışma nedeniyle oluşan plastik deformasyonlar (giriş parametresi refoedE ),
Ø Elastik boşaltma/yükleme (giriş parametresi refurE , νur),
Ø Mohr-Coulomb modeline göre göçme (c, φ ve ψ parametreleri).
5.3.3.7. Modifiye Cam Kili Modeli (MCC)
Modifiye Cam Kili (MCC) modeli Roscoe ve Burland (1968) tarafından
önerilmiştir ve kritik durum zemin mekaniğinde birçok kaynakta anlatılmıştır
(örneğin Muir Wood,1990). MCC modelinde izotropik bakir sıkışmada boşluk oranı
(e) ve ortalama efektif gerilme (p’) arasında logaritmik bir ilişki olduğu varsayılır:
−=− 0
'0 ln
PPee λ (5.6)
λ parametresi malzemenin birincil yüklemedeki sıkışabilirliğini tanımlayan
Cam kili sıkışma indisidir. 4.6 denkleminden ‘e-lnp’ değerlerinin grafiği çizildiğinde
düz bir çizgi ortaya çıkar. Boşaltma ve geri yükleme sırasında farklı bir eğri ortaya
çıkar, formülasyonu denklem 4.7’ de verilmiştir.
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
127
−=− 0
'0 ln
PPee κ (izotropik boşaltma ve geri yükleme) (5.7)
Şekil 5.6. Yükleme, boşaltma eğrisinden λ ve κ hesabı
κ parametresi malzemenin boşaltma ve geri yüklemedeki sıkışabilirliğini
tanımlayan Cam kili şişme indisidir. Aslında ön konsolidasyon basıncı (pc) ile
uyumlu p’-e düzleminde sayısız boşaltma ve geri yükleme çizgileri vardır.
Plaxis programında uygulanan modelde kısmen farklı formülasyon kullanır:
−=− 0
'*0 ln
PP
vv λεε (izotropik bakir sıkışma) (5.8)
−=− 0
'*0 ln
PP
vv κεε (izotropik boşaltma ve geri yükleme) (5.9)
)1( 0*
e+=
λλ ve
)1( 0*
e+=
κκ (5.10)
λ* ve κ* değerleri sırayla modifiye sıkışma indisi ve modifiye şişme indisidir.
Bakir sıkışma eğrisi
Şişme eğrisi
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
128
Modifiye Cam kili modelinde akma fonksiyonu aşağıdaki gibi tanımlanır.
)'('2
2
cpppMqf −+= (5.11)
Akma yüzeyi (f=0) p’-q düzleminde bir elips olarak görünür (Şekil 5.7).
Şekil 5.7. p’-q düzleminde Modifiye Cam kili modelinin akma yüzeyi
Ön konsolidasyon basıncı (pc), elipsin ölçüsünü belirtir. p’-q düzleminde
elipsin tepe kısmı bir çizgi ile birleşir denklemi aşağıdaki şekilde yazılabilir.
q=Mp’ (5.12)
Bu çizgi kritik durum çizgisi olarak adlandırılır (CSL) ve göçme anında p’ ile
q arasındaki ilişkiyi verir. Sabit olan M kritik durum çizgisinin tanjantıdır ve son
deviatör gerilmenin (q) boyutunu belirler. M parametresi normal konsolide zeminler
için yanal toprak basıncını etkiler.
≈ 3.0 − 2.8 (5.13)
K0NC=1-sinφ (5.14)
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
129
Model; poisson oranı (vur), cam kili şişme indisi (κ), cam kili sıkışma indisi
(λ), kritik durum çizgisinin tanjantı (M) ve boşluk oranı (e) parametrelerine bağlıdır
(Plaxis 2D V8-Manual).
5.4. Üç Eksenli Basınç Deneylerinin Sonlu Elemanlar Analizi
Sonlu elemanlar analizlerinde Bölüm 3 ve 4’te deneysel olarak çalışılmış
kayma mukavemeti deneyi olan üç eksenli basınç uu deneyi PLAXİS bilgisayar paket
programı kullanılarak modellenmiştir. Analizlerde zemin, çevre, sınır ve yükleme
koşulları yapılan deneyle aynı tutulmaya çalışılmıştır.
PLAXIS bilgisayar programında üç eksenli basınç deneyinin geometrik modeli
iki boyutlu ve ele alınan probleme uygun olarak, eksenel simetrik koşullarda birim
boyutlarda (1m×1m) numunenin dörtte birini tanımlayacak şekilde oluşturulmuştur
(Şekil 4.8). Zemin ortamı, daha hassas bir çözüm elde etmek amacıyla 15 düğüm
noktalı üçgen elemanlarla modellenmiştir.
Şekil 5.8. Üç eksenli basınç deney modelin basitleştirilmiş gösterimi
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
130
5.4.1. Sınır Koşulları
Sınır koşulları olarak, model eksenel simetriden dolayı gerçek deneyin dörtte
birini temsil ettiği için dış kısmından yanal basınç (σ3) uygulanmaktadır ve tutulu
değildir, numunenin ortasını temsil eden modelin sol tarafında ise, yatay deplasmanlar
engellenmektedir (uy=serbest, ux=0). Modelin üst kısmından düşey basınç (σ1)
uygulanmakta, alt kısmın da ise düşey olarak harekete izin verilmemektedir
(ux=serbest, uy=0).
5.4.2. Ağ Etkisi
PLAXIS’te sonlu elemanlara ayırma işlemi otomatik olarak
gerçekleştirilmektedir. Ayrıca manuel olarak istenilen bölgelerde ağ sıkılaştırılması
yapılabilmektedir. Analizlerde, sonlu eleman ağı oluşturulurken, sonuçların
etkilenmediği en uygun ağ yapısı (mesh) araştırılmıştır. Bu amaçla, deney modeli
üzerinde farklı mesh durumları göz önüne alınarak bir seri analiz gerçekleştirilmiş ve
deviatör gerilme |σ1-σ3|, deplasman karşılaştırılmıştır. Analizlerde, PLAXIS’te
mevcut çok kaba (very coarse), orta (medium) ve çok sıkı (very fine) mesh
seçenekleri kullanılmıştır.
Çizelge 5.1. Farklı mesh durumları eleman sayıları Sonlu Elemanlar Ağı Çok kaba Orta Çok sıkı
Eleman Sayısı 63 270 1182
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
131
Şekil 5.9. Farklı mesh durumlarında deviatör gerilme – oturma eğrileri
Şekil 5.10.a. Çok kaba ağ Şekil 5.10.b. Orta ağ
Şekil 5.10.c. Çok sıkı ağ
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1-
σ3)
(kP
a)
Deplasman (m)
Çok kaba mesh
Orta mesh
Çok sıkı mesh
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
132
Şekil 5.9’dan, kil zeminin deviatör gerilmesinin (σ1-σ3) mesh durumundan
etkilenmediği görülmektedir. Analizlerde sonlu elemanlar ağı sıkı mesh seçeneğiyle
oluşturulmuştur.
5.4.3. Malzeme Özellikleri
Mohr-Coulomb (MC) zemin modeli kil zemini tanımlamak için seçilmiştir.
Model parametreler Çizelge 5.2’de verilmiştir. Kohezyon değerleri laboratuarda
yapılan üç eksenli basınç UU deney sonuçlarından alınmıştır. 1. analiz için 68.3
kN/m2, 2. analiz için 67.7 kN/m2, 3. analiz için 69.5 kN/m2 alınmıştır. Modelde
kullanılan elastisite modülü (E), üç eksenli basınç deney eğrisinin başlangıç
modülünden bulunmuştur. Poisson oranı olarak Plaxis programının önerdiği 0.35
değeri kullanılmıştır. Poisson oranının yükleme analizlerine çok fazla etkisi
olmamaktadır.
Çizelge 5.2. Model zemin için MC model parametreleri Parametreler Sembol Değer
Elastisite modülü Eur 1918
Poisson oranı ν 0.35
İçsel sürtünme açısı φ 0
Dilatasyon açısı ψ 0
5.4.4. Hesaplamalar Analizlerde çözüm iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Modelin boyutu
sonuçları etkilemediğinden analizler birim boyutta gerçekleştirilmiştir. Analiz iki
aşamalı olup plastik çözüm yapılmıştır. İlk aşamada düşey ve yatay yüklemeler sabit
tutulmuş, ikinci aşamada ise deplasmanlar sıfırlanmıştır. Birinci aşamadaki yüklere
ek olarak deplasman kontrollü analizler yapılmıştır.
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
133
5.5. PLAXIS Bilgisayar Programı ile Üç Eksenli Basınç Deneyi Modelinin
Analiz Sonuçları Analizlerde 3. ve 4. bölümlerde anlatılan konsolidasyonsuz-drenajsız (uu) üç
eksenli basınç deneyinin simulasyonu yapılmıştır. Sayısal analizler, taşıma kapasitesi
açısından en elverişsiz koşullarda, drenajsız ve ani yükleme durumlarında deneyi
yansıtacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Deney numuneleri laboratuarda 50–150–200
kPa hücre basınçlarında (σ3) kırılmıştır. Analizlerde de ilk aşamada hücre basınçları
sabit tutulup, ikinci aşamada ise hücre basıncıyla düşey yük artırılması yerine analiz
hücre basıncıyla birlikte düşey deplasman kontrollü yapılmıştır. Laboratuarda
yapılan deneylerde maksimum düşey deformasyon oranı %26’ya ulaştığından Plaxis
modelinde %26 deplasmana izin verilmiştir.
Şekil 5.11. 50 kPa hücre basıncı uygulanan analizin düşey deformasyon dağılımı
Sadece, sabit hücre basıncı varken, zemin örneği her taraftan sabit bir σ3
basıncına maruzdur. Hücre basıncı sabit tutulurken, düşey yük artırıldığında, zemin
örneği, yanal olarak σ3=σ2= sabit hücre basıncına ve düşey olarak da
σ1 = σ3 + P/Af basıncına maruzdur.
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
134
Analizlerde beklenen davranış görülmektedir. Düşey basınçtan dolayı yanal
deformasyonlar artarak zeminde şişme oluşmuştur (Şekil 5.10). Numunenin yatay
gerilmeye maruz kaldığı bölgede düşey deformasyon numunenin alt kısmına doğru
azalmaktadır. 150 ve 200 kPa hücre basıncı uygulanan modellerde de Şekil 5.11’e
çok yakın bir deformasyon dağılımı gözlenmektedir.
Şekil 5.12. 50 kPa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli Plaxis
analiz sonucu
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1-
σ3)
(kPa
)
Deplasman (m)
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
135
Şekil 5.13. 150 kPa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli Plaxis analiz sonucu
Şekil 5.14. 200 kPa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli Plaxis analiz sonucu
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1−
σ 3)(
kPa)
Deplasman (m)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1−
σ3
(kPa
)
Deplasman (m)
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
136
5.6. Konsolidasyon Deneyinin Sonlu Elemanlar Analizi
Analizlerde Bölüm 3 ve 4’te deneysel olarak çalışılmış konsolidasyon deneyi
PLAXİS bilgisayar paket programı kullanılarak modellenmiştir. Analizlerde zemin,
çevre, sınır ve yükleme koşulları yapılan deneyle aynı tutulmaya çalışılmıştır.
PLAXIS bilgisayar programında konsolidasyon deneyinin geometrik modeli
iki boyutlu ve ele alınan probleme uygun olarak, eksenel simetrik koşullarda
numunenin dörtte birini tanımlayacak şekilde (1.0 cm×2.5 cm) oluşturulmuştur (Şekil
5.15). Zemin ortamı, daha hassas bir çözüm elde etmek amacıyla 15 düğüm noktalı
üçgen elemanlarla modellenmiştir.
Şekil 5.15. Konsolidasyon deney modelinin basitleştirilmiş gösterimi
5.6.1. Sınır Koşulları
Sınır koşulları olarak, model eksenel simetriden dolayı gerçek deneyin dörtte
birini temsil eder, modelin düşey kısmında yatay deplasmanlar engellenmektedir
(uy=serbest, ux=0). Modelin üst kısmından konsolidasyon için düşey basınç
uygulanırken alt kısmında hem düşey hem de yatay olarak harekete izin
verilmemektedir (ux=0, uy=0).
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
137
5.6.2. Ağ Etkisi
Konsolidasyon analizlerinde, sonlu eleman ağı oluşturulurken, sonuçların
etkilenmediği en uygun ağ yapısı (mesh) araştırılmıştır. Bu amaçla, deney modeli
üzerinde farklı mesh durumları göz önüne alınarak bir seri analiz gerçekleştirilmiştir.
Boy değişimi ∆H/H0 ve logaritmik eksende efektif gerilme logp’ değişimleri
karşılaştırılmıştır. Analizlerde, PLAXIS’te mevcut çok kaba (very coarse), kaba
(coarse), orta (medium) ve çok sıkı (very fine) mesh seçenekleri kullanılmıştır.
Çizelge 5.3. Farklı mesh durumları eleman sayıları (Konsolidasyon analizleri) Sonlu Elemanlar Ağı Çok kaba Kaba Orta Çok sıkı
Eleman Sayısı 54 110 236 1190
Şekil 5.16’da, yapılan konsolidasyon analizlerinden sonuçların mesh
durumundan etkilenmediği görülmektedir. Analizlerde sonlu elemanlar ağı kaba
mesh seçeneğiyle oluşturulmuştur.
Şekil 5.16. Farklı mesh durumlarında ∆H/H0 - logp’ eğrileri
0.00
0.05
0.10
0.150 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
Modifiye cam clay-very courseModifiye cam clay-courseModifiye cam clay-mediumModifiye cam clay-very fine
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
138
5.6.3. Malzeme Özellikleri
Analizlerde Mohr-Coulomb (MC), Soft Soil (SS) ve Modifiye Cam kili (MCC)
zemin modelleri kil zemini tanımlamak için seçilmiştir. Model parametreler Çizelge
5.4, Çizelge 5.5 ve Çizelge 5.6’da verilmiştir. Başlangıç boşluk oranı olarak deneyde
hesaplanan değer kullanılmıştır. Poisson oranları Plaxis programının yük boşaltma
problemleri için önerdiği 0.15 değeri alınmıştır. Mohr-Coulomb modelinde kullanılan
elastisite modülü (E), üç eksenli basınç deney eğrisinin başlangıç modülünden ve
konsolidasyon deneyinden bulunmuştur.
Çizelge 5.4. Model zemin için MC model parametreleri (Konsolidasyon analizleri) Parametreler Sembol Değer
Elastisite modülü Eref 2000
Poisson oranı ν 0.15
Kohezyon (kN/m2) cref 68
Başlangıç boşluk oranı einit 1.15
Çizelge 5.5. Model zemin için SS model parametreleri (Konsolidasyon analizleri) Parametreler Sembol Değer
Modifiye sıkışma indisi λ∗ 0.063-0.057
Modifiye şişme indisi κ∗ 0.019
Başlangıç boşluk oranı einit 1.15
Sıkışma indisi Cc 0.28
Boşaltma sıkışma indisi Cs 0.0466
Boşaltma veya yeniden
yükleme için poisson oranı νur
(nu) 0.15
Sükunetteki yanal toprak
basıncı (Normal Konsolide) K0
nc 0.625
K0nc parametresi M 1.265
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
139
Modellerde kullanılan diğer parametreler de yapılan konsolidasyon deneyinden
bulunmuştur.
Çizelge 5.6. Model zemin için MCC modeli parametreleri (Konsolidasyon analizleri) Parametreler Sembol Değer
Sıkışma indisi λ 0.1
Şişme indisi κ 0.021
Başlangıç boşluk oranı einit 1.15
Boşaltma veya yeniden
yükleme için poisson oranı νur
(nu) 0.15
Sükunetteki yanal toprak
basıncı (Normal Konsolide) K0
nc 0.625
K0nc parametresi M 1.265
5.6.4. Hesaplamalar
Analizlerde plastik çözüm yapılmış ve çözüm 11 aşamada gerçekleştirilmiştir.
İlk 6 aşamada yükleme, takip eden 3 aşamada ise, boşaltma ve son iki aşamada ise
geri yükleme yapılmıştır. Etkiyen düşey basınçlarda sırayla yükleme aşamalarında
12.5-25-50-100-200-400 kPa, boşaltma aşamalarında 200-100-50 kPa ve son olarak
geri yüklemede ise, 200 ve 400 kPa’ya kadar çıkılmıştır. Analizler drenajlı olarak
yapılmış ve numunenin dörtte birinde modelin alt ve kenar kısımlarına ‘closed flow
boundary’ olarak adlandırılan geçirimsiz bir yüzey tanımlanmıştır. Soft Soil ve
Modifiye Cam kili modellerinde POP değerleri 53 olarak tanımlanmıştır.
POP= c'σ - 0
'σ (5.15)
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
140
5.7. PLAXIS Bilgisayar Programı ile Konsolidasyon Deney Modelinin
Analiz Sonuçları
Konsolidasyon deney model analizleri Mohr-Coulomb, Soft Soil ve Modifiye
Cam kili zemin modelleri ile yapılmıştır. Yapılan analizlerin sonucu boşaltma ve geri
yükleme eğrilerinin eğimlerinin MCC model analizinde çok yakın olduğunu, MC ve
SS modellerinde ise aynı olduğunu göstermiştir. MC modelinde boşaltma eğrisinin
eğimi yükleme eğrisine çok yakındır beklenen eğri elde edilememiştir.
Şekil 5.17. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Mohr-Coulomb
modeli)
Konsolidasyon deney verilerinden elde edilen sıkışma indisi (lambda, λ)
değerleri analizlerde kullanılmış ve bu değerin düşmesi ile birim boy kısalmanın
azaldığı görülmüştür.
0.00
0.05
0.10
0.150 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
141
Şekil 5.18. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Soft Soil modeli)
Şekil 5.19. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Modifiye Cam kili
modeli)
0.00
0.05
0.10
0.150 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
Soft Soil model-lambda=0.063
Soft Soil model-lambda=0.057
0.00
0.05
0.10
0.150 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
5. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Günşad Müge İNALKAÇ
142
Şekil 5.20. Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonuçları
0.00
0.05
0.10
0.150 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
Mohr-Coulomb modeli
Modifiye Cam kili modeli
Soft Soil-lambda=0.063
Soft Soil-lambda=0.057
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
143
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
6.1. Giriş
Bu bölümde yapılan karşılaştırmalar iki başlık altında yapılmıştır.
1. Üç Eksenli Basınç Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması
2. Konsolidasyon Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması
1. karşılaştırma drenajsız kayma mukavemeti, 2. karşılaştırma ise oturma
analizleridir. Analizlerde üç eksenli basınç deneyi ile konsolidasyon deneyi
modellenmiştir. Bu bölümde yapılan deneyler ve modellerden elde edilen deviatör
gerilme deformasyon eğrileri ve birim boy kısalma efektif gerilme eğrileri
karşılaştırılmıştır.
6.2. Üç Eksenli Basınç Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması
Şekil 6.1. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırılması (50 kPa hücre
basıncı)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1−
σ 3)(
kPa)
Deplasman (m)
Mohr-Coulomb model
Deney
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
144
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1−
σ 3)(
kPa)
Deplasman (m)
Mohr-Coulomb model
Deney
50 kPa hücre basıncında kırılan deney numunesinde ve Plaxis deney
modelinde kohezyon, cu=68.3 kPa elde edilmiştir. Göçme anında deneyde ölçülen
deplasman 18.9 cm, analizde ise, 17.7 cm’dir.
Şekil 6.2. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırması (150 kPa hücre
basıncı) 150 kPa hücre basıncında kırılan deney numunesinde kohezyon, cu=67.7 kPa ,
Plaxis deney modelinde ise, cu=67.8 kPa elde edilmiştir. Göçme anında deneyde
ölçülen deplasman 8.4 cm, analizde ise, 8.3 cm’dir.
200 kPa hücre basıncında kırılan deney numunesinde kohezyon, cu=69.5 kPa,
Plaxis deney modelinde ise, cu=69.6 kPa elde edilmiştir. Göçme anında deneyde
ölçülen deplasman 9.3 cm, analizde ise, 9.1 cm’dir.
Analizlerde Mohr dairelerinden cu değeri 68.2 kPa olarak elde edilmiştir.
Sayısal analizlerde kullanılan Mohr-Coulomb modeli zemin davranışını iyi bir
şekilde modelleyebilmiştir. Eğri göçmeye kadar lineer artış gösterip maksimum
deviatör gerilmeye ulaştıktan sonra yatay bir şekilde devam etmiştir.
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
145
Şekil 6.3. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırması (200 kPa hücre basıncı)
6.3. Konsolidasyon Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması
Şekil 6.4. Mohr-Coulomb modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile
karşılaştırılması
0.00
0.05
0.10
0.150.1 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
Deney
Mohr-Coulomb modeli
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(σ1−
σ3(k
Pa)
Deplasman (m)
Mohr- Coulomb model
Deney
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
146
Mohr-Coulomb modelinde boşaltma kademelerini tanımlayacak parametre
(kapa κ) olmadığı için zemin elastik davranarak yük almadan önceki durumuna geri
dönme eğilimindedir. Analizden çizilen boşaltma eğrisi deney okumalarından çizilen
boşaltma eğrisini yansıtmamıştır.
Şekil 6.5. Soft Soil modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile
karşılaştırılması
SS ve MCC gibi karmaşık modellerde zemin daha fazla parametre ile
tanımlanmıştır. Dolayısıyla analiz sonuçları zeminin davranışına daha yakın
görünmektedir. Ayrıca SS ve MCC modellerinde POP değeri gibi zemin
gerilmelerine bağlı bir değer ( c'σ - 0
'σ ) tanımlanmıştır.
SS model çözümlerinde sıkışma indisi konsolidasyon deneyinde yükleme
aşamalarında bulunan değerler kullanılarak değiştirilmiştir. Analizde ilk olarak 200-
400 kPa gerilme uygulanan eğrinin eğiminden bulunan λ* (0.063) kullanılmış, daha
sonra 100-200 kPa ve 200-400 kPa gerilmelerine denk gelen eğrinin eğimlerinin
ortalamasından λ* (0.057) hesaplanmıştır. İkinci analizde birim boy değişimi
azalmıştır. Yükleme eğrisi deney eğrisine yakınsamıştır.
0.00
0.05
0.10
0.150 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
Deney
Soft Soil model-lambda=0.063
Soft Soil model-lambda=0.057
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
147
Şekil 6.6. Modifiye Cam kili modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile
karşılaştırılması
MCC model analizlerinde de λ ve κ gibi sıkışma ve şişme indisleri
tanımlanmıştır. Konsolidasyon deney eğrisine benzer eğimli bir eğri çizilmiştir ancak
boy değişimi yani zeminde meydana gelen deformasyon deneyden bir miktar daha
fazladır. Son yüklemedeki birim boy değişimi deney ile aynıdır. Boşaltma ve geri
yükleme eğimleri yakındır.
0.00
0.05
0.10
0.150.1 1 10 100 1000
∆H
/H0
logp'
Deney
Modifiye cam kili modeli
6. SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Günşad Müge İNALKAÇ
148
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Günşad Müge İNALKAÇ
149
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu çalışma kapsamında, zeminlerin farklı özellikleri arasında geçiş yapılmak
amacıyla arazi ve laboratuar deneyleri ve sayısal analizler gerçekleştirilmiştir.
Çoğunlukla zeminin farklı özelliklerine bağlı olarak mukavemet parametrelerinin
değişimi arasında ilişkiler kurulmuştur. Kötü derecelenmiş kum zeminde farklı
gradasyon aralığında ve sıkılıklarda içsel sürtünme açısı (φ)° değişimi incelenmiştir.
İncelenen iki farklı kil zeminde laboratuar, arazi ve model deneyler
yapılmıştır. Laboratuarda yapılan üç eksenli basınç deneylerinin ve konsolidasyon
deneylerinin PLAXIS bilgisayar programı kullanılarak, 2 boyutlu ve eksenel simetrik
koşullarda sonlu elemanlar yöntemi ile sayısal çözümü yapılmıştır. Zemin
modellerinin sayısal çözümlere etkisi araştırılmıştır. Elde edilen deneysel ve sayısal
sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Aşağıda kum zeminde elde edilen sonuçlar özetlenmiştir:
1. Gevşek ve Rölatif sıkılıkları %20 ile %80 arasında olan kum zemin
numuneleri üzerinde gerçekleştirilen kesme kutusu deneylerinde içsel sürtünme açısı
(φ) ile rölatif sıkılık arasında R2=0.97 korelasyon katsayısına sahip bir denklem elde
edilmiştir.
(φ)ο=0.177× %Dr+31.717
Zemin sıkıştırıldıkça kesme kutusu deneyinde elde edilen f değeri
artmaktadır. Bu durumda beklendiği üzere zemin daha mukavim hale geçmektedir.
(Lambrechts and Rixner, 1981)
2. Yapılan kesme deneylerinden gradasyon aralığına bağlı olarak elde edilen
içsel sürtünme açısı ile her deney için kullanılan maksimum dane çapı arasında
regresyon analizi sonucunda R2=0.92 korelasyon katsayısına sahip olan bir bağıntı
elde edilmiştir. 0)(φ =0.6099× d2-2.079× d+36.881
Kötü derecelenmiş kumda yapılan deney sonuçlarına göre gradasyon aralığı
genişledikçe φ değeri büyümüş ve zemin mukavemeti artmıştır.
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Günşad Müge İNALKAÇ
150
Gelecekteki çalışmalarda, farklı kum zemin grupları için (SW, SM, SC)
kesme kutusu deneyinde sıkılık etkisi ve farklı gradasyon aralıklarında içsel
sürtünme açısı değişimleri araştırılabilir. Artımlar için genel bir formülasyon
önerilebilir.
Aşağıda kil zeminde elde edilen sonuçlar özetlenmiştir:
1. Ön konsolidasyon basıncının önemi, belirleme yöntemleri, karşılaştırmaları
ve yorumları ele alınmıştır. 50 mm ve 75 mm çaplı CH kili zemin numunelerinde
yapılan konsolidasyon deneylerinden ön konsolidasyon basıncı Casagrande,
Schmertmann yöntemlerinden hesaplanarak; Janbu, Butterfield, Tavenas, Van Zelst,
Old ve Şenol yöntemlerinden ise direk grafikten okunarak elde edilmiştir.
Ön konsolidasyon basıncını belirlerken ve karşılaştırma yaparken aynı
özellikler gösteren aynı bölgeden alınmış numuneler üzerinde çalışılmıştır.
Bu çalışmada konsolidasyon deneyinden bulunan parametre ve büyüklükler
değerlendirildiğinde, deney başı ve sonu su muhtevaları, birim hacim ağırlıkları,
başlangıç boşluk oranı değerleri ve numune çaplarının, bulunan ön konsolidasyon
basıncı değerlerine etkisi olduğu anlaşılmıştır.
Bütün yöntemlerle ayrı ayrı karşılaştırmalar yapıldığında, 50 mm çapındaki
numunelerden elde edilen ön konsolidasyon basınçlarının 75 mm çapındaki
numunelerden elde edilen sonuçlardan daha büyük olduğu görülmüştür. Bunun
nedeni büyük çaptaki konsolidasyon numunelerinde aynı yükleme altında daha
düşük gerilme ortamının oluşturulmasıdır.
Sonuçta ön konsolidasyon basıncında en yüksek değer Schmertmann
metodunda bulunmuştur. Tavenas ile Janbu yöntemlerinden hesaplanan ön
konsolidasyon basınçları kendi aralarında uyumludur. Butterfield yöntemi diğer
yöntemlere göre uyumsuz sonuçlar vermiştir. Casagrande yönteminden bulunan
değerler genelde ortalama bir sonuç vermektedir.
Ön konsolidasyon basıncı değerleri farklı bölgelerden alınan numunelerden
hesaplanıp yöntemlerin farklı koşullardaki zeminler için uygunluğu tartışılabilir.
2. Yeraltı su seviyesinin tam üzeri ve altındaki kayma mukavemetlerinin
arasındaki farklar araştırılmıştır. Yeraltı su seviyesinin tam üzerindeki numunelerde
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Günşad Müge İNALKAÇ
151
mukavemet daha yüksek çıkmıştır, bunun nedeni kapiler etkiden dolayı oluşan
matrik emmedir. Matrik emme mukavemeti artırmıştır.
3. Aynı çaptaki ve aynı özellikteki temel için yapılan arazideki model
yükleme deneyi sonuçları ile deney sahasından aynı derinlikten getirilen zemin
öğütüldükten ve sıkıştırıldıktan sonra laboratuarda yapılan model deney sonuçları
karşılaştırıldığında örselenmiş, laboratuarda yapılan model deney sonuçlarının
araziye oranla göçme anında daha düşük deformasyonda düşük taşıma gücü verdiği
görülmüştür. Arazi ve laboratuarda yapılan model deney sonuçları
karşılaştırıldığında, laboratuarda yapılan deneylerin arazi zemin koşullarını
tamamen yansıtamadığı görülmüştür. Bunun sebebi olarak da arazinin doğal
koşullarındaki tüm özelliklerinin tam anlamıyla laboratuar deney koşullarında
sağlanamamasıdır. Sonuçlardaki farklılık hazırlanan zeminin, kurutma ve öğütme
aşamasında yapısının bozulması ve deneye hazırlandıktan sonra tam anlamıyla
arazideki aynı özelliği taşımamış olması olarak açıklanabilir.
4. Yapılan presiyometre deneylerinde derinlik boyunca EPMT değeri 1750-
6515 kPa, PL ise 540-805 kPa arasında değişmektedir. Gambin ve Rousseau’nun
önerisine göre mevcut arazi deney sonuçları karşılaştırıldığında değerler orta kil ve
silt aralığında bulunmaktadır. Aynı arazide derinlik boyunca presiyometre
deneyinden hesaplanan deformasyon modülü ile standart penetrasyon deneyinden
elde edilen SPT N değerleri karşılaştırılmıştır. Derinlik boyunca artış ve azalışlarda
benzer davranış görülmüştür.
Presiyometre deneyi sonlu elemanlar yöntemine dayalı bilgisayar programları
ile çözülüp, zeminin davranışları deney sonuçları ile karşılaştırılabilir.
5. Sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan analizlerde 3. ve 4. bölümlerde
anlatılan konsolidasyonsuz-drenajsız (uu) üç eksenli basınç deneyinin ve drenajlı bir
deney olan konsolidasyon deneyinin simulasyonu yapılmıştır.
Üç eksenli basınç deneyinin sayısal analizleri, taşıma kapasitesi açısından en
elverişsiz koşullarda, drenajsız ve ani yükleme durumlarında deneyi yansıtacak
şekilde gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları mesh durumundan etkilenmemiştir.
Sayısal analizlerde kullanılan Mohr-Coulomb modeli zemin davranışını iyi bir
şekilde modelleyebilmiştir.
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Günşad Müge İNALKAÇ
152
Yapılan konsolidasyon analizlerinde de sonuçların mesh durumundan
etkilenmediği görülmüştür. Analizlerde Mohr-Coulomb (MC), Soft Soil (SS) ve
Modifiye Cam kili (MCC) zemin modelleri kullanılmıştır. Mohr-Coulomb modelinde
analizden çizilen boşaltma eğrisi deney okumalarından çizilen boşaltma eğrisini
yansıtmamıştır. Soft Soil ve Modifiye Cam kili gibi karmaşık modellerde zemin daha
fazla parametre ile tanımlanmıştır, dolayısıyla analiz sonuçları zeminin davranışına
daha yakın görünmektedir. Soft Soil zemin modelinde sıkışma indisinin analiz
sonuçlarına etkisi görülmüştür. Modifiye Cam kili model analizlerinde
konsolidasyon deney eğrisine benzer eğimli bir eğri çizilmiştir ancak boy değişimi
yani zeminde meydana gelen deformasyon deneyden bir miktar daha fazladır. Son
yüklemedeki birim boy değişimi deney ile aynıdır. Boşaltma ve geri yükleme
eğimleri yakındır.
Sayısal analizlerde 3 boyutlu bilgisayar programları kullanılarak daha
kapsamlı araştırmalar yapılabilir.
153
KAYNAKLAR
ARSOY, S., KESKİN E., YILMAZ C., 2007. ”Permeabilite ve Konsolidasyon
Deneyleri ile Elde edilen Permeabilite Katsayılarının Karşılaştırılması”
ASTM, D 6467, 2000. “Standard test method for torsional ring shear test to
determine drained residual shear strength of cohesive soils”, American
Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania,
USA
BAŞHAN, E., 2010. ‘‘Aşırı konsolide ortamlarda mekanik özelliklerin presiyometre
kullanımı ile değerlendirilmesi’’ Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Kültür
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul
BİLDİK, S., 2010. ‘‘Temel mühendisliğinde çekme dayanımının irdelenmesi ve
farklı tiplerdeki temellerin çekme dayanımının analizi’’ Yüksek Lisans
Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana
BOWLES, J.E., 1988. Foundation Analysis and Design, McGraw-Hill
BOWLES, J.E., 1984. Physical and Geotechnical Properties of Soils
BOZBEY, İ., TOĞROL, E., 2008. “Kumlu ve killi zeminlerde presiyometre ve SPT
deney sonuçlarının korelasyonu” Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği
12. Ulusal Kongresi Bildiriler Kitabı,Syf-217-239.
BOZBEY, İ., TOGROL, E., 2009. ‘‘Correlation of standard penetration test and
pressuremeter data: a case study from Istanbul, Turkey’’ Springer-Verlag
2009.
BURLAND, J.B., 1990. “On the compressibility and shear strength of natural clays”,
Géotechnique, 40, 329-378.
CARTER, M., and BENTLEY, S. P., 1991. Correlations of Soil Properties
CERATO, A.B. and LUTENEGGER, A.J., 1987. “Disturbance Effects of Field
Vane Tests in a Varved Clay” University of Massachusetts, Amherst,
MA,USA
DAS, B.M., 1985. ‘‘Advanced Soil Mechanics’’, Mc. Graw-Hill Book Company,
New York, NY:, U.S.A
154
DASH, S.K., SIREESH, S. and SITHARAM, T.G., 2003. “Model Studies on
Circular Footing Supported on Geocell Reinforced Sand Underlain by
Soft Clay”
DUNCAN, M., CHANG, C.Y., 1970. Nonlinear Analysis of Stress and Strain in
Soils Journal of Soil Mechanics and Foundations, 96(SM5):1629-1653.
GAMBİN, M.P., ROUSSEAU, J., 1988. "The Menard pressuremeter: interpretation
and application of pressuremeter test results to foundation design."
United Kingdom: ISSMFE
GERMANİE, J.T., 1985. ’’Laboratory Measurements of Clay Behaviour ’’ Lecture
4, M:L.T., Cambridge, Massachusetts
HOULSBY, G. T., WITHERS, N. J., 1988. Analysis of the Cone Pressuremeter Test
in Clay
İYİSAN, R., ANSAL, A.,1996. Arazi Penetrasyon Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
İYİSAN, R. ve ANSAL, A., 1990. SPT-N Darbe Sayıları ile Kayma Mukavemeti
İlişkisi, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Üçüncü Ulusal
Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, II. Cilt, s. 303-314.
KAYALAR, A.Ş., KURUOĞLU, M., AKAY, U., 1998. Dinamik ve Standart
Penetrasyon Dirençleri Korelasyonu Üzerine Bir Katkı
KESKİN, M.S., 2009. ‘‘Güçlendirilmiş Kumlu Şevlere Oturan Yüzeysel Temellerin
Deneysel ve Teorik Analizi’’ Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen
Bilimleri Enstitüsü, Adana
KILIÇ, H., 2000. Yumuşak Zeminler Üzerine Oturan Dolgu Barajlarda
Deformasyonların Deneysel ve Nümerik Yöntemlerle Belirlenmesi.
Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 278s.
KOSKINEN, M., KARSTUNEN, M., 2002.“The effect of structure on the
compressibility of Finnish clays”, Proc. NMG04, Ystad, Sweden, Vol. 1,
A11-A22, 2002a.
155
KOSKINEN, M. ve KARSTUNEN, M., WHEELER, S.J., 2002. “Modelling
destructuration and anisotropy of a natural soft clay.”, Proc. 5th European
Conference Numerical Methods in Geotechnical Engineering, Paris;
Presses de l’ENPC/LCPC: 11 – 20
LAMBRECHTS, J.R., RIXNER, J. J., 1981. Comparison of Shear Strength Values
Derived from Laboratory Triaxial, Borehole Shear, and Cone Penetratıon
Tests ASTM STP 740, R. N. Young and F. C. Townsend, Eds., American
Society for Testing and Materials, pp. 551-565.
LEUSSINK, H., and WİTTKE, W., 1963. “Difference in Triaxial and Plain Strain
Shear Strength” Laboratory Shear Testing of Soils
LUTENEGGER, A.J. ve HALLBERG G.R., 1981. Borehole Shear Test in
Geotechinal Investigetion, Laboratory Shear Strength of Soil ASTM STP
740, R. N. Young and F. C. Townsend, Eds., American Society for
Testing and Materials, pp. 566-578.
ÖNALP, A., 2002. Geoteknik Bilgisi I Çözümlü Problemlerle Zeminler ve Mekaniği Birsen Yayınevi Ltd. Şti., İstanbul.
ÖRNEK, M., 2009. ‘‘Yumuşak Kil Zeminlerin Geogrid Donatı ile Güçlendirilmesi’’
Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana
ÖZAYDIN, K., 2000. “Zemin Mekaniği”, Birsen Yayınevi Ltd. Şti., İstanbul
ÖZÜDOĞRU, K.,TAN, O. ve AKSOY, İ.H., 1988 ‘‘ Çözümlerle Zemin Mekaniği’’,
Birsen Yayınevi, İstanbul.
PLAXIS, 2002. User Manual. 2D version8, (Edited by BRINKGREEVE, R.J.B.),
Delft University of Technology & PLAXIS b.v., The Netherlands.
SAĞLAMER, A., ŞENOL, A., ÇAVUŞOĞLU, E., 1993 ’’Ön Konsolidasyon
basıncının Laboratuar Deneyleri ile Belirlenmesi’’, Altıncı Ulusal Kil
Sempozyumu, Boğaziçi Üniversitesi
SCHMERTMANN, J.H., 1955. ‘‘Undisturbed Consolidation Behaviour of Clay’’
Transaction, ASCE, Vol.120,1201.
ŞENOL, A., SAĞLAMER, A., 2002. ’’Düşük Plastisiteli Bir Kilde Ön
konsolidasyon Basıncının Belirlenmesinde Yeni Bir Yöntem’’ İMO
Teknik Dergi, 2555-2572, Yazı 172.
156
ŞENOL, A., 1997. ’’Zeminlerde Ön Konsolidasyon Basıncının Belirlenmesi’’ İ.T.Ü.
Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi
TAVENAS, F., LEROUEİL, S., LA ROCHELLE, P., ROY, M., 1978. ‘’’Creep
Behaviour of an Undisturbed Lightly Overconsolidated Clay’’ Canadian
Geotechnical Journal, Vol 15, No 3 August.
TEKİNSOY, M.A., KAYADELEN, C., KESKİN, M.S., SÖYLEMEZ, M., 2004.
‘‘An Equation for predicting shear strength envelope with respect to
matric suction’’ Computers And Geotechnics, Science Direct
TEKİNSOY, M.A., 2002. ‘‘Doymamış Zeminlerin İndeks ve Hidrolik Özellikleri’’
ISBN: 975-7929-43-3, SDÜ Basımevi, Isparta
ÜRKMEZ, A.R. 2009.’’Kalıcı Kayma Mukavemetinin Tekrarlı Kesme Kutusu
Deney Yöntemi İle Belirlenmesi’’ İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek
Lisans Tezi,
WASTİ, Y., 1989. ‘‘Zeminlerin İndeks Özellikleri ve Sınıflandırılmaları’’, Zemin
Mekaniği ve Temel Mühendisliği Semineri, TMMOB. İnş. Müh. Odası
Ankara Şubesi, Ankara, Türkiye
YILMAZ, E., 2006. “Zeminlerin endeks özelliklerinin kalıcı kayma mukavemetine
etkisi”, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek lisans tezi
ZIENKIEWICZ, O.C., 1977. The Finite-Element Method 3rd ed., New York,
McGraw-Hill Book Co., 787p.
157
ÖZGEÇMİŞ
03/01/1986 yılında Van’da doğdu. İlköğrenimini Van’da, orta ve lise
öğrenimini Ankara’da tamamladı. 2003 yılında başladığı Çukurova Üniversitesi,
Mühendislik Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü’nden 2007 yılında
mezun oldu ve aynı yıl İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında yüksek lisansa
başladı.
158
EKLER
EK 1 SONDAJ LOGLARI
Ek 1.1. SK-1’e Ait Sondaj Logu (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
159
Ek 1.2. MÇ-1’e Ait Araştırma Çukuru Logu (Batı Adana Su Arıtma Tesisi)
160
Ek 1.3. SK-1’e Ait Sondaj Logu (Kayışlı Köyü Mevkii)
SK-1
161
EK 2 KESME KUTUSU DENEY SONUÇLARI
Sıkılık Etkisi
φ(º) 32,619 c (kg/cm2) 0
EK 2.1. Dr=0 sıkılıkta yapılan kesme kutusu deney sonuçları
162
φ(º) 34,294 c (kg/cm2) 0,016
EK 2.2. Dr=0.2 sıkılıkta yapılan kesme kutusu deney sonuçları
163
φ(º) 37,847 c (kg/cm2) 0
EK 2.3. Dr=0.4 sıkılıkta yapılan kesme kutusu deney sonuçları
164
φ(º) 43,471 c (kg/cm2) 0
EK 2.4. Dr=0.6 sıkılıkta yapılan kesme kutusu deney sonuçları
y = 0.948x - 0.093R² = 0.989
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5
Kay
ma
Ger
ilmes
i, τ
(kg/
cm2 )
Normal Gerilme, σ (kN/m2)
Dr=0.6 için Kayma Gerilmesi - Normal Gerilme Grafiği
165
φ(º) 45,707 c (kg/cm2) 0
EK 2.5. Dr=0.8 sıkılıkta yapılan kesme kutusu deney sonuçları
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.02 0.04
Kay
ma
Ger
ilmes
i, τ
(kg/
cm2 )
Deformasyon, ε (mm)
Dr=0.8 için Kayma Gerilmesi - Deformasyon Grafiği
P=1 kg
P=2 kg
P=4 kg
166
Gradasyon Etkisi
φ(º) 41,325 c (kg/cm2) 0
EK 2.6. 4.76-0.074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin kesme kutusu deney
sonuçları
167
φ(º) 37,362 c (kg/cm2) 0,010
EK 2.7. 4.00-0.074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin kesme kutusu deney
sonuçları
168
φ(º) 36,055 c (kg/cm2) 0,022
EK 2.8. 2.38-0.074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin kesme kutusu deney
sonuçları
169
φ(º) 35,184 c (kg/cm2) 0,016
EK 2.9. 1.00-0.074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin kesme kutusu deney
sonuçları
170
EK 3 ELEK ANALİZİ DENEY SONUÇLARI
Farklı Gradasyonlarda Hazırlanan Numunelerin Elek Analizi
Ek 3.1. 4,76-0,074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin dane çapı dağılımı
Ek 3.2. 4,00-0,074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin dane çapı dağılımı
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Geç
en %
Elek Çapı (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Geç
en %
Elek Çapı (mm)
171
Ek 3.3. 2,38-0,074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin dane çapı dağılımı
Ek 3.4. 1,00-0,074 mm gradasyon aralığındaki numunelerin dane çapı dağılımı
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Geç
en %
Elek Çapı (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Geç
en %
Elek Çapı (mm)
172
EK 4 PRESİYOMETRE DENEY SONUÇLARI
Ek 4.1. Presiyometre deney verileri (derinlik 1.5m)
Ek 4.2. Presiyometre deney verileri (derinlik 3.0m)
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Basın
ç (k
g/cm
2 )
Hacim (cm3)
Düzeltilmemiş deney eğrisi Kalbrasyon değerleri Düzeltilmiş eğri
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Basın
ç (k
g/cm
2 )
Hacim (cm3)
Düzeltilmemiş deney eğrisi Kalibrasyon değerleri Düzeltilmiş eğri
173
Ek 4.3. Presiyometre deney verileri (derinlik 4.5m)
Ek 4.4. Presiyometre deney verileri (derinlik 6.0m)
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Basın
ç (k
g/cm
2 )
Hacim (cm3)
Düzeltilmemiş deney eğrisi Kalibrasyon değerleri Düzeltilmiş eğri
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Basın
ç (k
g/cm
2 )
Hacim (cm3)
Düzeltilmemiş deney eğrisi Kalibrasyon değerleri Düzeltilmiş eğri
174
Ek 4.5. Presiyometre deney verileri (derinlik 7.5m)
Ek 4.6. Presiyometre deney verileri (derinlik 9.0m)
0
2
4
6
8
10
12
0 200 400 600 800
Basın
ç (k
g/cm
2 )
Hacim (cm3)
Düzeltilmemiş deney eğrisi Kalibrasyon değerleri Düzeltilmiş eğri
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Basın
ç (k
g/cm
2 )
Hacim (cm3)
Düzeltilmemiş deney eğrisi Kalibrasyon değerleri Düzeltilmiş eğri