İNCE DANELİ ZEMİNLERDE ÇEVRİMSEL ŞEKİL DEĞİŞTİRME

Transkript

1 Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-2 Ekim 27, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-2 October 27, Istanbul, Turkey İNCE DANELİ ZEMİNLERDE ÇEVRİMSEL ŞEKİL DEĞİŞTİRME CYCLIC STRAINING OF FINE GRAINED SOILS Volkan OKUR 1, Selim ALTUN 2, Atilla ANSAL 3 ÖZET Depremler, dalga yükü, titreşimler gibi tekrarlı yüklemeler sonucu zemin hacimsel olarak değişim göstermeye çalışır. Bu değişim kısmen suya doygun kaba daneli zeminlerin sıkışmasına neden olur. Suya doygun kum zeminlerde belirli şartlar altında, tekrarlı yüklemeler sonucu kritik eşik sınırı aşıldığında sıvılaşma olarak tanımlanan göçme meydana gelir. Ancak ince daneli zeminlerde aynı birim şekil değiştirme genliği değeri için kritik eşik sınırı, permeabilitenin daha düşük olması nedeni ile daha farklı tanımlanmaktadır. Farklı özelliklere sahip ince daneli zeminlerde, göçme anında oluşan boşluk suyu basınçları üzerine sistemli bir çalışma yapılmıştır. Araziden, örselenmemiş ve yer altı su seviyesi altından alınan numuneler üzerinde laboratuvarda dinamik üç eksenli ve dinamik burulmalı deneyler yapılmıştır. Numuneler üzerinde önce konsolidasyon deneyleri ve ön konsolidasyon basınçları hesaplanmıştır. Elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerlerine göre ve izotropik koşullar altında, bütün numuneler normal konsolidasyon basıncında konsolide edilmiştir. Her iki deney sisteminde de, drenajsız koşullar altında uniform tekrarlı kayma genlikleri uygulanmıştır. Göçme anı %5 çift genlikli birim şekil değiştirme olarak kabul edilmiştir. Deney süresince kaydedilen boşluk suyu basınçlarının değişimi ve göçme anındaki boşluk suyu basıncı değerleri farklı parametrelere bağlı olarak incelenmiştir. İnce daneli zeminlerde oluşan boşluk suyu basınçlarının, tekrarlı birim kayma gerilmesi τ c, ya da tekrarlı birim kayma genliği γ a, çevrim sayısı N, gerilme geçmişine bağlı değiştiği gözlenmiştir. Bunun yanı sıra kil mineraline ve dolayısıyla zemin plastisite indisine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Çevrimsel yumuşama, tekrarlı yükleme, dinamik üç eksenli, dinamik burulmalı basit kesme ABSTRACT A soil deposit tends to change its volume under cyclic loadings like earthquakes, wave loadings or vibrations. This change causes the soil grains to a denser state in partially saturated loose coarse grained soils. Under certain conditions, in fully saturated sand deposits, after a critical threshold of cyclic strain, the phenomenon called liquefaction occurs. However, in saturated fine grained soils this critical threshold strain is defined in a different way due to lower permeabilities. A systematic study was conducted on pore water pressure development during cyclic failure in fine grained soils with different characteristics. Dynamic triaxial and dynamic hollow torsional tests were performed on undisturbed samples recovered under ground water table. Preconsolidation pressures were determined using odometer test. All samples consolidated according to their preconsolidation pressures under isotropic conditions. Uniform cyclic loads were applied in both systems under undrained conditions. Failure is defined as 5% double amplitude axial strain. Variation of pore water pressures recorded during the test and the pore water pressure at the failure were analysed for different parameters. It was observed that pore water pressure generated varies with cyclic shear stress, cyclic shear strain, number of cycles, and stress history. Also there is a strong relationship between pore pressure development and mineral type and plasticity index as well. Keywords: Cyclic softening, cyclic loading, dynamic triaxial, dynamic torsional simple shear 1 Yrd. Doç. Dr., Osmangazi Üniversitesi, İnşaat Bölümü, Geoteknik Anabilim Dalı, Batı Meşelik, Eskişehir 2 Yrd. Doç. Dr., Ege Üniversitesi, İnşaat Bölümü, Geoteknik Anabilim Dalı,Bornova, İzmir 3 Prof. Dr., Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü, Çengelköy, İstanbul 199

2 2 İnce Daneli Zeminlerde Çevrimsel Şekil Değiştirme GİRİŞ Yeraltı ve yerüstü yapılarının dinamik davranış analizlerinde önemli noktalardan birisi, zeminin tekrarlı yükler altında gerilme-birim şekil değiştirme ve mukavemet davranışının modellenmesidir. Oluşturulacak model, zeminin tekrarlı yükler altındaki davranışını, önceden belirlenmiş birim kayma genliği aralıklarında mümkün olduğunca gerçeğe yakın tekrarlamalıdır. Depremler sonucu meydana gelen yapısal hasarın bir kısmı bazı durumlarda ise tamamı, zemin tabakalarının tekrarlı yüklemeler altında gösterdikleri davranışa bağlıdır. Düşük genlikli titreşimlerin oluşturduğu, dalga yayılımı gibi yüklemelerde zemin tabakaları tamamen elastik bir davranış gösterirken, deprem ve patlamalar gibi büyük genlikli tekrarlı yükleme durumlarında, dane temas yüzeylerinde oluşan kaymalardan kaynaklanan elasto-plastik ve plastik şekil değiştirmeler söz konusudur. Tekrarlı yüklemeler sonucu zemin rijitliğinde ve mukavemetinde meydana gelen azalım, aşırı oturmalar, şev stabilitesi ve taşıma gücü problemlerine neden olmaktadır. Diğer yaygın problemlerden bir tanesi de, özellikle suya doygun gevşek kum zeminlerde meydana gelen sıvılaşma problemidir. 196 lı yılların başından günümüze, sıvılaşma potansiyelinin tespiti geoteknik mühendisliğinin ana çalışma alanlarından bir tanesini oluşturmuş ve çeşitli hesap yöntemleri geliştirilmiştir.(seed, 1979, Seed vd 1983, Tokimatsu ve Yoshimi, 1983). İnce daneli zeminlerde ise su basıncı, tekrarlı yükleme sonucu kum zeminlere göre daha yavaş arttığından, meydana gelen çevrimsel yumuşama göçme olarak tanımlanmaktadır. Bunun yanı sıra tekrarlı yükleme sonucu oluşan boşluk suyu basıncının ince daneli zeminlerde tabaka boyunca dengelenmesi yapı farklılıklarından dolayı, kum zeminlere göre daha yavaş gerçekleşmektedir. Laboratuar ortamında yapılan dinamik deneylerde frekanslar daha düşük seçilerek (.1Hz-.1Hz) boşluk suyu basınçları daha hassas ölçülebilmekte, ancak bu durum gerçek dinamik yükleme koşullarını (deprem, dalga yükü, makine titreşimi vb) yükleme hızı açısından doğru yansıtmamaktadır. İnce daneli zeminler üzerinde yapılan gerilme ve deformasyon kontrollü deneylerde, geniş bir aralıktaki tekrarlı birim kayma genliklerinde ince daneli zeminlerin davranışı incelenmiştir (Andersen ve diğ. 198, Ansal, Erken, 1982, Ansal, Erken, 1989, Matsui ve diğ. 198, Azzouz ve diğ. 1989, Vucetic ve diğ. 1998, Ohara ve Matsuda 1988, Tan ve Vucetic 1989, Vucetic vd. 1998). Bu çalışmalardan, ince daneli zeminlerde oluşan boşluk suyu basınçlarının, tekrarlı birim kayma gerilmesi τ c, ya da tekrarlı birim kayma şekil değiştirme γ a, çevrim sayısı N, gerilme geçmişi ve lineer olmayan elastik eşik değeri γ e ye bağlı olduğu görülmektedir. Bu çalışmada laboratuarda dinamik üç eksenli ve dinamik burulmalı kesme deney sistemleri kullanılarak, örselenmemiş ince daneli zemin numunelerinin çevrimsel yumuşama davranışı incelenmiştir. ZEMİN NUMUNELERİ Laboratuvar deneyleri, arazideki zemini temsil ettiği varsayılan küçük zemin numuneleri üzerinde yapılır. Örneğin, bir dolguda kullanılacak zeminin dinamik davranışı ile ilgili problemlerde, numuneler laboratuvarda arazi koşullarına mümkün olduğu kadar yakın bir şekilde hazırlanabilir. Ancak arazideki bir zeminin dinamik özelliklerini belirlemek söz konusu ise problem zorlaşır. Bu tür problemlerde, deneyler örselenmemiş ya da yeniden oluşturulmuş numuneler üzerinde yapılabilmektedir. Bununla beraber, bir çok durumda örselenmemiş ve yeniden oluşturulmuş numunelerde yoğunluk ve uygulanan gerilmeler arazi şartlarıyla aynı olsa bile yapısal farklılıklar nedeniyle sonuçlar farklı çıkabilir. Çalışmada kullanılan malzeme Zeytinburnu ve Gölcük bölgelerinde yapılan sondajlar sondajlardan elde edilmiştir. Kullanılan numuneler toplam 27 adet olup farklı seviyelerden ve özellikle yer altı su seviyesi altından alınmıştır. Hidrolik piston kullanılarak numuneler çıkartıldığında, numunelerde sıkışma gözlenmiştir. Örselenmeyi minimum düzeye indirmek için, 75 mm çaplı shelby tüpler 15 cm lik parçalar halinde kesilmiştir. Daha sonra her bir parça boyuna yönde ve de karşılıklı olarak kesilip ayrılarak numune çıkartılmış ve deney için hazırlanmıştır. Bu

3 V.Okur, S.Altun, A.Ansal 21 tür yöntem masraflı ve zaman alıcı olsa da özellikle suya doygun yumuşak killerde, hidrolik pistonla numune çıkarma yöntemine göre, numuneyi çok daha az örselemektedir. Numuneler JGS 543-2, JGS , JGS , JGS T , JGS T standartlarına göre hazırlanıp deneyler yapılmıştır. Numunelerin fiziksel özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Her bir numune için klasik odometre deneyi yapılmış ve ön konsolidasyon basıncı tespit edilmiştir. Tablo 1. Numunelerin özellikleri Derinlik (m) Su muhtevası, w Boşluk Plastisite indisi, Ön konsolidasyon Zemin Sınıfı (%) oranı,e PI (%) basıncı, σ c (kpa) CL,ML,CH DENEY SİSTEMLERİ VE YÖNTEM Bu çalışmada iki farklı dinamik tekrarlı yükleme deney sistemi kullanılmıştır. İlk sistem gerilme kontrollü dinamik üç eksenli, diğeri ise gerilme kontrollü dinamik burulmalı kesme deney sistemdir. Deney sistemleri yükleme yönleri ve kullanılan malzeme bakımından farklı sınır koşullarına sahiptir. Dinamik üç eksenli deney sisteminde zemin numunesi membran içine yerleştirilerek, izotropik veya anizotropik gerilme koşullarında konsolidasyona bırakılmaktadır. Deney gerilme kontrollü olarak yapılabilmektedir. Eksenel yük, pnömatik veya servohidrolik bir sistem kullanılarak sağlanır. Pnömatik sistemde bir hava regülatörü yükleme pistonunun hareketini istenen genlik ve frekansta olacak şekilde kontrol eder. Bir fonksiyon jeneratörü ile regülatöre sinyal gönderilir. Düzensiz zaman aralıklarında kaydedilen sinyaller bir manyetik teyp kullanılarak da regülatöre sinyal olarak iletilebilir. Böylece regülatör kullanılarak herhangi düzensiz bir dalga formu üretilerek numuneye uygulanabilir. Deney sırasında yük, deformasyon, boşluk suyu basıncı ve hacim değişimi değerleri ölçülebilmektedir. Dinamik üç eksenli ve dinamik basit kesme deney yöntemlerinin birleşiminden oluşan dinamik burulmalı kesme deneyinde, içi boş silindirik zemin numunesi bir hücre içine yerleştirilir ve numunenin üst başlığından belirli frekansta tork uygulanır. Uygulanan tork nedeniyle numunede tekrarlı kayma gerilmeleri oluşur. Deney izotropik ve anizotropik koşullarda yapılabilir. Deney esnasında numuneye uygulanan eksenel gerilme, dış basınç, iç basınç ve tork kontrol edilebilmektedir. Gerilme yayılışı dinamik üç eksenli ve dinamik basit kesme deneyine göre daha üniformdur. Ayrıca bu sistemde burulmalı kesme ve üç eksenli gerilme durumları aynı anda numuneye uygulanabilmekte ve böylece asal gerilme eksenlerinin yer değiştirmesini de içeren gerilme durumları elde edilebilmektedir. Toplam 27 adet dinamik deney yapılmıştır (18 adet dinamik üç eksenli, 9 adet dinamik burulmalı kesme). Numuneler izotropik şartlarda, klasik odometre deney sonuçlarına göre konsolide edilmiştir. Normal konsolide numuneler ile çalışmak ve örselenme miktarını azaltmak için, hesaplanan ön konsolidasyon basınçlarının %5 fazlası çevre basıncı numunelere uygulanmıştır. Her ne kadar numuneler yer altı su seviyesi altından alınmış ise de 1-2kPa arasında değişen ters basınç uygulanmış ve her numunenin suya doygunluğu kontrol edilmiştir. B değerleri %95 ve üzeridir. Göçme değeri % birim kayma şekil değiştirme olarak tanımlanmıştır. Dinamik üç eksenli deney için numuneler 5 cm çap ve mm boy olacak şekilde hazırlanmıştır. Dinamik burulmalı basit kesme deneyinde ise numuneler dış çap 7 mm, iç çap 3 mm (boş kısım) ve yükseklik 14 mm olacak şekilde hazırlanmıştır. Numunelerin dış taraflarına, birincil konsolidasyonun çabuk tamamlanabilmesi için şerit filtre kağıtları yerleştirilmiştir. Dinamik burulmalı basit kesme deney numunesinin içi boş kısmına da filtre kağıtlar yerleştirilmiştir. Her iki deney düzeneğinde konsolidasyon ve dinamik yükleme sırasında boşluk suyu basınç ölçümleri numune alt başlığından yapılmıştır. Dinamik üç eksenli deney sonucunda çevrimsel gerilme oranı σd/2σc, eksenel birim şekil değiştirme eğrileri çizilmiş ancak dinamik burulmalı basit kesme deney sonuçları ile karşılaştırmak için G=E/(2.(1+ν)), γ=(1+ν)ε bağıntıları ile kayma modülü ve birim kayma şekil değiştirme

4 22 İnce Daneli Zeminlerde Çevrimsel Şekil Değiştirme değerlerine çevrilmiştir. Bağıntılardaki ν değeri Poisson oranı olup suya doygun kil zemin için.5 kabul edilmiştir. Uygulanan çevre basınçları Zeytinburnu numuneleri için 9, 1, 15 ve 2 kpa, Gölcük numuneleri için 12, 15, 18 kpa değerindedir. Deney sırasında dinamik üç eksenli sistem de bulunan hassas deformasyon ölçerler sayesinde, numunelerin yaklaşık 1-5 birim kayma şekil değiştirme seviyesindeki davranışları kaydedilmiştir. DENEY SONUÇLARI Her iki deney sisteminde de numuneler belirli çevre basınçları altında konsolide edildikten sonra drenajsız durumda, gerilme kontrollü yüklenmiştir. Deneylerde gerilme genlikleri her beş çevrimde bir arttırılarak, numunedeki birim kayma şekil değiştirme seviyesi % değerine ulaşıncaya kadar deneye devam edilmiştir. Şekil 1 de plastisite indisi %19 olan yüksek plastisiteli (CH) kil numunenin, 1 kpa lık çevre basıncı altında, dinamik içi boş burulmalı kesme deneyine ait kayma gerilmesi-birim kayma şekil değiştirme eğrisi görülmektedir. Dinamik üç eksenli deney için de benzer eğriler deviatör gerilme-birim şekil değiştirme için elde edilip sonuçlar kayma gerilmesibirim kayma şekil değiştirme ilişkisi için benzer şekilde çizilmiştir. 3 Kayma Gerilmesi, σzθ (kpa) Birim Şekil Değiştirme, γ zθ (%) Şekil 1: Dinamik içi boş burulmalı kesme deneyine ait gerilme şekil değiştirme davranışı Dinamik kayma modülü ve boşluk suyu basıncı oranının birim kayma şekil değiştirmeye göre ince daneli zeminlerde tipik değişimi ve göçme anındaki değerleri Şekil 2 de verilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere, yaklaşık %3 (tek genlik) değerinde kayma modülü oranı diğer bir değişle zemin rijitliği plastik olarak tanımlanmış bölgededir (Okur, Ansal 27, Vucetic, 1994). Boşluk suyu basıncı oranı ise yaklaşık %6 seviyelerindedir. Bu aralıkta zeminde göçme meydana gelmekte ancak su basıncındaki artış %5-6 seviyelerini geçmemektedir. Gevşek kum zeminlerde boşluk suyu basınç oranı, göçme anında (sıvılaşma) %1 veya bu değere çok yakın olmaktadır. Şekil 3 te plastisite indisi 2 olan C2 numunesi için birim kayma genliği ve boşluk suyu basıncı oranının çevrim sayısı ile değişimi görülmektedir. Deneye %.17 gibi çok düşük bir tekrarlı gerilme genliği ile başlanılmış ve her 5 çevrimde bu genlik bir önceki değerin yaklaşık 2 katı arttırılmıştır. Böyle küçük bir tekrarlı gerilme oranında başlanma sebebi, bu genlik değerlerindeki davranışın incelenebilmesidir. Yaklaşık 15 çevrim sonra, gerilme genliğindeki artış, boşluk suyu basıncında da artışa neden olmakta, ancak şekil değiştirmeler yaklaşık 8. çevrimden

5 V.Okur, S.Altun, A.Ansal 23 sonra artmaktadır. Boşluk suyu basıncının lineer olmayan artışı göçme kabulu %2.5 (tek genlik) seviyesinde yaklaşıl %5 dir. Bu noktada numune plastik durumdadır. Şekil 2: İnce daneli zeminlerin tekrarlı yükler altında tipik yumuşama ve boşluk suyu basıncı davranışı Birim kayma şekil değiştirme, γ a,6,5,4,3,2,1 C2 Δu/σ c γ a,8,7,6,5,4,3,2,1 Boşluk suyu basıncı oranı, Δu/σ c Çevrim sayısı, N Şekil 3: Birim kayma genliği ve boşluk suyu basıncı oranının çevrim sayısı ile değişimi İlgili gerilme şekil değiştirme eğrisi Şekil 4 te, göçme tanımı %2.5-3 birim kayma genliğinde, son 5 çevrim için yumuşama açık bir şekilde görülmektedir. Tekrarlı gerilme genliğinin %47 değerinde deney durdurulmuştur. Dolayısıyla gerilme genliği C2 numunesi için yaklaşık 276 kat arttırılmıştır.

6 24 İnce Daneli Zeminlerde Çevrimsel Şekil Değiştirme Tekrarlı gerilme genliği oranı,5,4,3,2,1 -,1 -,2 -,3 -,4 C2 -, Birim kayma genliği, Şekil 4. C2 numunesinde plastik durum (göçme anı) Deney sırasında boşluk suyu basıncındaki artış göçme etki eden en önemli faktörlerden bir tanesidir. Ancak boşluk suyu basıncındaki birikim deney süresince farklı olmaktadır. Göçme anında boşluk suyu basıncındaki artışı daha net görebilmek için her çevrimdeki artış miktarı, bir önceki değerine oranlanmıştır ([δ ui+1 -δ ui ]/ δ ui+1, δu herhangi bir anda kaydedilen boşluk suyu basıncı değeri). Şekil 5 te her çevrim sırasında kaydedilen maksimum boşluk suyu basınç değerlerinin değişimi görülmektedir. Şekilde görülen bu değişim boşluk suyu basıncı oluşumunun ilk 15 çevrimde neredeyse hiç oluşmadığı, ancak 1. çevrimden sonra (gerilme genliği oranı %.35) oluşmaya başladığı görülmektedir. 1. çevrimden itibaren artış % 44 seviyelerinde iken her gerilme artışında su basınç artış oranı azalmakta ve yaklaşık 8. çevrimden sonra artış aynı oranda kalmaktadır. Dinamik kayma modülü değerlerinin, her 5 çevrim için 3. çevrimdeki değerleri hesaplanmış ve Şekil 6 da gösterilmiştir.,5,4 C2 Su basıncı artış oranı, δu/u,3,2,1 -,1 -, Çevrim sayısı, N

7 V.Okur, S.Altun, A.Ansal 25 Şekil 5. Her çevrimde boşluk suyu basıncındaki artış miktarı Buna gore, C2 numunesi için yaklaşık 8. çevrimde, numunenin kayma modülü, okla gösterilen yaklaşık %3 oranındadır. Bu noktadan sonra yumuşama daha da artmakta ve göçme meydana gelmektedir. Boşluk suyu basıncı artışı, numunedeki yumuşamaya bağlı olarak giderek azalmaktadır. Çevrim sayısı, N 1, Kayma modülü oranı, G/G maks 1,8,6,4,2,1,1,1,1 1 1 Birim kayma şekil değiştirme, γ(%) Şekil 6. Numunedeki yumuşamanın birim kayma şekil değiştirme ve çevrim sayısına bağlı davranışı Şekil 7 de ise farklı plastisite indislerine sahip numuneler için, tekrarlı kayma gerilmesi oranı ile boşluk suyu basıncı oranı değişimi, dinamik üç eksenli yükleme sırasında, sadece basınç durumu için çizilmiştir. Her 5 çevrimde bir tekrarlı gerilme oranı arttırılmıştır. C3 numunesi için, tekrarlı gerilme oranı arttıkça boşluk suyu basıncıda artmaktadır. Buna karşılık, su basıncında başlangıçtaki artış, tekrarlı kayma gerilme oranının %1 değerine kadar, her 5 çevrim aralığı için neredeyse hiç artmazken, bu noktadan sonra her aralık için artış başlamakta ve tekrarlı kayma gerilme oranının %2 seviyelerinden itibaren davranış daha net bir şekilde gözlenmektedir. Diğer bir değişle malzeme elasto-plastik davranıştan göçmeye kadar, sabit gerilme oranı için su basıncı giderek artmakta ancak artış oranı, malzeme yumuşadığı için azalmaktadır. Plastisite indisi azaldıkça aynı boşluk suyu basıncı oranına ulaşmak için gerekli gerilme oranı da azalmakta ve göçme, daha düşük çevrimsel gerilme oranlarında meydana gelmektedir. Boşluk suyu basıncındaki kümülatif artış, C5 numunesinde, C3 ve C2 ye göre çok daha fazladır. Artış oranı daha fazla olduğundan, göçme için gerekli tekrarlı gerilme oranı değeri de daha düşük olacaktır. Plasitisite indisi %12 olan CM1 numunesi için %1, 7, 2 ve 5 tekrarlı gerilme oranı değerlerindeki boşluk suyu basıncı oranları Şekil 7 de verilmiştir. Tekrarlı kayma gerilme oranının %1 değeri için numune, lineer olmayan elastik bölgede kalmaktadır. Bu değerde, Şekil 8 de görüldüğü üzere, boşluk suyu basıncında herhangi bir artış yoktur. Ancak tekrarlı kayma gerilmesinin bu eşik değerinden sonra, boşluk suyu basıncı logaritmik olarak artmaktadır. İnce daneli zeminlerin ve özellikle kil zeminlerin mikro yapısının ve içsel kuvvetlerin karmaşık ve yeterince açıklığa kavuşmamış olması nedeniyle boşluk suyu basıncı oluşumu, elde edilen deney noktalarından en uygun eğriyi geçirmek ve bu eğriye ait sabitlerin bulunması yöntemiyle model edilmeye çalışılmıştır. Şekil 8 deki eğrilerin denklemi, un= a+bln[σc/(2σd)] (1)

8 26 İnce Daneli Zeminlerde Çevrimsel Şekil Değiştirme şeklinde ifade edilebilir. u N normalize boşluk suyu basıncı, a ve b çevrim sayısına bağlı sabitler, σ c /(2σ d ) ise tekrarlı gerilme oranı olarak ifade edilmektedir,6 Tekrarlı gerilme genliği oranı, σ d /2σ c,5,4,3,2,1 C3 PI:38 C2 PI:2 C5 PI:1,1,2,3,4,5,6 Boşluk suyu basınç oranı, Δu/σ c Şekil 7. Tekrarlı gerilme oranı boşluk suyu basıncı ilişkisi Normalize boşluk suyu basıncı, Δu/σc,4,3,2,1 γ e CM1,1,2,3,4,5,6 Tekrarlı gerilme oranı, σ c /2σ d N=4 N=25 N=15 N=1 Şekil 8. Çevrim sayılarına göre boşluk suyu basıncının tekrarlı gerilme oranına göre değişimi N=5 SONUÇ Bu çalışmada örselenmemiş ince daneli zeminler üzerinde, laboratuvar ortamında gerilme kontrollü dinamik üç eksenli ve dinamik içi boş burulmalı kesme deneyleri yapılmış ve numunelerin göçme davranışı incelenmiştir. Bu sonuçlara göre: İnce daneli zeminlerde boşluk suyu basıncındaki artış, tekrarlı gerilme oranı seviyesine de bağlı olarak belirli bir eşik seviyesinden sonra başlamaktadır. Boşluk suyu basıncındaki artış lineer olmayan elastik eşik aşıldıktan sonra artmakta ancak elasto-plastik aralıkta artış azalmakta ve göçmeye yakın sabit bir değerde kalmaktadır.

9 V.Okur, S.Altun, A.Ansal 27 Bütün numuneler suya doygun olduğu halde, göçme anında boşluk suyu basınç oranı % 5-6 aralığında kalmıştır. Plastisite indisi arttıkça göçme anındaki boşluk suyu basıncı oranı azalmaktadır. Plastisite indisi azaldıkça göçme için gerekli tekrarlı gerilme oranı değeri de azalmaktadır. Her 5 çevrimde tekrarlı gerilme oranı arttırılan deneylerde, düşük plastisite indisine sahip zeminlerde boşluk suyu basıncındaki artış aynı tekrarlı gerilme oranı boyunca daha fazla olmakta ve bunun sonucunda göçme daha çabuk meydana gelmektedir. Çalışmada mikro yapı incelenmediğinden sadece deney sonuçlarına bağlı olarak, boşluk suyu basıncındaki artış, gerilme oranının logaritmik bir fonksiyonu olarak ifade edilebilmektedir. KAYNAKLAR Andersen, K.H., Pool, J.H., Brown, S.F. and Rosenbrand, W.F., (198). Cyclic and static laboratory tests on Drammen clay, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 16, Ansal, A.M. and Erken, A., (1982). Rate dependent dynamic behavior of normally consolidated clay, 7 th European Conference on Earthquake Engineering, Athens, 2-25 September, Greece, p Ansal, A.M. and Erken, A., (1989). Undrained behavior of clay under cyclic shear stresses, Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, 115, Azzouz AS, Malek AM, Baligh MM. (1989). Cyclic behavior of clays in undrained simple shear. J Geotech Eng ASCE 1989;115(5): Idriss, I.M., Dobry, R., and Singh, R.D. (1978). Nonlinear behavior of soft clays during cyclic loading.,, Journal of the Geo. Engg, ASCE, 14(12), JGS 543, (2). Method for Cyclic Torsional Shear Test on Hollow Cylindirical Specimens to Determine Deformation Properties of Soils, Standards of Japanese Geotechnical Society for Laboratory Shear Test. JGS 55, (1998). Preparation of Hollow Cylindrical Soil Specimens for Torsional Shear Tests, Standards of Japanese Geotech. Society for Laboratory Shear Test. JGS 551, (1998). Method for Torsional Shear Test on Hollow Cylindirical Specimens, Standards of Japanese Geotechnical Society for Laboratory Shear Test. JGS T , (199). Practice for preparing triaxial test specimens, Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering JGS T , (1995). Method for cyclic triaxial test to determine deformation properties of geomaterials, Japanese Society of Soil Mech. and Foundation Engineering Matsui, T., Ohara, H. and Ito, T., (198). Cyclic stress-strain history and shear characteristics of clay, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 16, Ohara, S. and Matsuda, H., (1988). Study on settlement of saturated clay layer induced by cyclic shear, Soils and Foundations, 28, Okur, D.V., Ansal, A. (27). Stiffness degradation of natural fine grained soils during cyclic loading, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27: Seed, H.B. (1979) Soil liquefaction and cyclic mobility evaluation of level ground during earthquakes, J. Geotech. Engg., ASCE, 15(27): Seed, H.B., I.M.Idriss, Ignacio, (1983) Evaluation of liquefaction potential using field performance data, J. Geotech. Engg., ASCE, 19(3): Tan, K. and Vucetic, M., (1989). Behavior of medium and low plasticity clays under simple shear conditions, Proceedings of the 4 th International Conference on Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Mexico City, Tokimatsu, K, Yoshimi, Y. (1983) Emprical corelaton of soil liquefaction based on SPT N-value and fines content, Soils and Foundations, 23(4):56-74 Vucetic, M., Cyclic threshold shear strains in soils, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 12, Vucetic, M., Lanzo, G. and Dorouian, M., (1998). Effect of the shape of cyclic loading on damping ratio at small strains, Soils and Foundations, 38,

10 28 İnce Daneli Zeminlerde Çevrimsel Şekil Değiştirme