Karayolları Altyapısının Üzerine İnşa Edildiği Çökebilir Lös Zemininin Stabilitesinin Araştırılması *

Transkript

1 İMO Teknik Dergi, , Yı 338 Krollrı Altpısının Üerine İnş Edildiği Çökeilir Lös Zemininin Stilitesinin Arştırılmsı * Sır Kmiloğlu ALİYEV* ÖZ Islnm etkisile, çökeilir lös eminde medn gelen şırı oturm nedenile, lös eminler üerinde inş olunmuş olun ltpısının dnımı ve stilitesi oulilir, ni olun ltpısın inşt sırsınd verilmiş geometrik şeklin oulmsın ve projede öngörülen profilin değişmesine neden olilir. Bu nedenle çökeilir lös eminler üerine pılmış ol dolgu ve rmlrın stilitesi üerine inş edildikleri lös eminin stilitesine ğlı olrk çöülmelidir. Ypıln denesel ve teorik çlışmlr sonucu, ol dolgu ve rm temel eminlerinin gerilme durumunu, frklı knklrdn su sımsıl olun ltpısının üerine inş edildiği lös emininin su muhtevsı rtışı, km mukvemetinin değişimi ve medn gelecek oturmı elirlemek için ğıntılr elde edilmiştir. Elde edilen ğıntılr ile Krollrı ltpısının üerine inş edildiği lös eminin stilitesinin çöümü için eni ir öntem sunulmktdır. Anhtr kelimeler: Lös emin, krollrı lt pısı, stilite, ollrın dolgu ve rmsı ABSTRACT Investigtion of the Stilit of the Collpsile Loess Soil under the Infrstructure of Rods Excessive deformtions occur in the loess soil due to wetting tht will result in the loss of resistnce nd stilit of the rod infrstructures which re uilt on loess soils. Minl, the rod infrstructure will lose the correct geometricl shpe given during construction nd the profile designed in the project stge will chnge. Therefore, the stilit of the fill nd cut of the rods which re constructed on loess soils must e ssessed considering the loess soil underneth. After experimentl nd theoreticl studies, set of correltions re otined to determine the stress stte of the foundtion soils of fill nd cut of the rods, the increment of wter content of the loess soil of the rod infrstructures due to infiltrtion of wter from different wter resources, vrition of the sher strength prmeters nd conditions in which excess Not: Bu ı - Yın Kurulu n günü ulşmıştır Arlık 1 gününe kdr trtışm çıktır. * Aercn Mimrlık ve İnşt Üniversitesi, Bkü, Aercn - n@rohe.ku.

2 Krollrı Altpısının Üerine İnş Edildiği Çökeilir Lös deformtions occur. A new method to solve the stilit of the loess soils under the rod infrstructures is presented from the otined correltions. Kewords: Loess soil, infrstructure of rods, stilit, fill nd cut of rods 1. GİRİŞ Lös rügr etkisi ile tşınıp depolnmış emindir. Dne çplrı dr sınırlr (.1-.5 mm) rsınd değişir ve rengi çık khve renklidir (Cpper ve Fisher[1]). Buul çğı sonund esen kuvvetli rügrlrın silt outlu dneleri çok uklr tşııp, depolrk oluşturduklrı formsonlr lös olrk dlndırılır. Bu eminler ABD nin ort ölgelerinden, Belçik ve Çin e unn ölgeleri kplmkt ve klınlıklrı 3 m e vrilmektedir. Lös, donuk srı renkli dne outu klşık silt outund oln ve şı 3 milon ıl vrilen, kil ve kimsl mdde ile dneler rsınd ıf ğ oluşmuş (çimentolnmış), kuru iken üksek mukvemete ship, m su muhtevsı ve gerilme rtışı ile kollıkl u ğlrın çöüleildiği, genelde prolemli oln ir emin türüdür (Önlp []). Lös eminler dneleri silt outund oln, üük oşluk ornın, düşük irim hcim ğırlığın ve üksek su geçirgenliğine ship oln, su dogun olmn ve ıslndığınd çökerek üük miktrlrd oturm (çökme ve tm deformsonu) pilen emin türüdür. Bu eminler kurk iklim koşullrınd medn gelmektedir. Lös eminin oşluklrı göle görüleilir ve ğırlıklı olrk silt outundki dneciklerden oluşmuştur (%5 den fl), üniform ir grnülometrik dğılım shiptirler (Aelev ve Ailev [3]) Lös eminler er kürenin kr kısmının üük ir lnını örter (%.5 den fl). Bu eminler Güne ve Kue Amerik d Missisipi ve Missuri çının hvsınd çok üük ln ılmıştır. Lös eminlere Yeni Zelnd ve Kue Afrik d d rstlnmktdır. Avrup d u eminler Frns nın kue ve doğu kısmınd, Merkei Avrup nın ort kısmınd, Alp dğlrının eteklerinde, Tun nehri kıılrınd mevcuttur. Doğu Avrup d Polon dn Volg oun unn ölgeleri kplmktdır. Kue Çin de, Moğolistn d ve Hindistn ın kueinde lös eminlere çok sık rstlnır. Ukrn risinin %7 den flsı lös eminlerle örtülmüştür. Bu eminler Kfks nın kueinde, Aercn ve Gürcistn d çok geniş lnlrı kplmktdır (Mustfev [4]). Ort As Cumhurietleri risinin %5 den flsı lös eminlerle kplnmıştır (Mvlnov, [5]). Merkei ve doğu Kfks d u eminlere sık rst gelinmektedir (Blev ve Tsrov, [6]). Lös eminler, kendi ğırlığındn ve dış üklerin etkisinden dolı gerilme ltınd iken, ıslnm etkisi ile üük miktrd ve frklı krkterli oturm mru klırlr. Bu oturm, çökme ve tm deformsonu olrk dlndırılır. Dünd lös eminler geniş lnlrı kplmsı nedenile, ı krollrı u prolemli lös eminler üerinde inş edilmektedir. Yol hendeklerinde iriken suun sımsı nedenile, ol ltpısının üerine inş edildiği lös eminde su muhtevsının mnl rtışı ile üük miktrd ve frklı krkterli oturm medn gelmektedir. Lös eminler üerinde inş olunmuş olun ltpısı, ıslnm etkisinden dolı lös eminde medn gelen oturm (çökme ve tm deformsonu) etkisile sğlmlığını ve 58

3 Sır Kmiloğlu ALİYEV stilitesini kedeilir. Bölece, olun ltpısın inşt sırsınd verilmiş geometrik şeklin oulmsın ve projede öngörülen profilin değişmesine neden olilir. Bu nedenle de çökeilir lös eminler üerine pılmış ol dolgu ve rmlrının güvenliği ve stilitesi, onlrın ltınd er ln lös eminin güvenliğine ve stilitesine ğlı olrk çöülmelidir. Günümüde mühendislik pılrının temel emininin stilite proleminin çöümü için iki temel klşım mevcuttur. Birinci klşım eminlerin limit denge teorisine dnır. Bu teorinin rdımı ile öle ir P n ükü (limit ük) ulunmlıdır ki, u ük etkisinde temel emini tm olrk limit denge konumun ulşsın. Diğer ir değişle en küçük güvenli ük değeri ulunmuş olsun. Güvenli ükü ulmk için ise elde edilen P n ükünü güvenirlik ktsısıl çrpılmktdır [7-9]. Temel eminin stilitesini değerlendirmek için mevcut oln ikinci klşım göre ise, dış ük rttığınd temel eminin gerilme durumunun değişiminin nliine dnrk mühendislik pısının güvenirliğini sğln gerilme durumu sptnır ve on krşılık gelen güvenli dış ük ulunur. Bu iki temel klşımı kullnrk, lös eminlerin stilitesi ile ilgili çok sıd çlışmlr pılmıştır [1-14]. Son ıllr d Çin de de lös eminler rştırmcı ve teorisenlerin ilgi odğı olmuş ve lös eminlerin stilitesi ile ilgili ı çlışmlr pılmıştır [15-1]. Prtikte çökeilen lös eminler üerinde pılmış ol dolgu ve rm stilitesinin kolmsı, çoğu durumlrd ıslnm etkisinden dolı medn gelen oturm (çökme ve tm deformsonu) nedenile dolgu ve rmnın küçük üksekliklerinde oluştuğu gölenmektedir. Yukrıdki çlışmlrın hiç irinde sö konusu fktör dikkte lınmdığındn litertürde rstlnıln öntemlerde lös eminler üerindeki ol dolgu ve rmlrın çökeilen lös eminlerin stilite prolemlerini çöümü için eteri kdr güvenilir sonuçlr vermemektedir. Bu çlışmd, sö konusu eksiklikler giderilerek krollrı ltpısının üerine inş edildiği lös eminin stilitesinin çöümü için eni ir öntem sunulmktdır. Çlışmd şğıdki dımlr ilenecektir; ) Temel emininde oturm (çökme ve tm deformsonu) sırsınd, limit denge durumun mru kln ve stilitesi ouln ölgelerin outlrının elirlenmesi, ) Islnm ölgesinin mnl üümesi ile ilgili temel emininde stilitesi ouln (limit denge durumun mru kln) ölgelerin mnl değişimi, c) Temel emininde stilitesi ouln ölgelerin ulunduğu tehlikeli lnlrın sptnmsı, d) Yolun ltpısı oturmsının geometrisinin (şeklinin) tini ve u ölgelerin hngi outlrınd olun ltpısının stilitesinin kolduğunun elirlenmesi, e) Son olrk u ölgelerde temel eminin stilitesinin hngi mühendislik teknikleri ile sğlncğının tespit edilmesi. 59

4 Krollrı Altpısının Üerine İnş Edildiği Çökeilir Lös. DENEYSEL VE TEORİK ÇALIŞMALAR Lös eminin oturm (çökme ve tm deformsonun) mru klmış tüm ölgelerinin dengesi durum ship olduğu sptnmıştır (Aliev [14, -4]). Dolısıl, temel emininin her hngi ir noktsınd oturmnın (çökme ve tm deformsonu) medn gelmesi, o noktd limit denge durumunun medn gelmesi nlmın gelir. Bu nedenle de ol hendeklerinde iriken suun sımsıl ollrın ltpısının lös eminde oturmnın (çökme ve tm deformsonunun) mnl oluşum koşulu şğıdki gii ılilir; sin mx(,t ) ( ( ) ( 1t ) d ( 1t ) 4 sin (1) ) C cot ( 1 ) ( 1 ) t Burd,,, ol dolgu ve rmlrı lös temel emininin her hngi noktsındki gerilme ileşenleri; d, eminin kuru irim hcim ğırlığı; t, eminin mn göre değişen su muhtevsı;, incelenen noktnın derinliği; t, Ct, t sırsıl lös eminin sürtünme çısı, koheonu ve nl sınç ktsısı olup, ol hendeklerinde iriken suun süülmesi seeile mn ğlı olrk değişmektedirler. Aliev [5] çlışmsınd, frklı ol hendeklerinde uun süreli iriken su nedenile olun ltpısının üerine inş edildiği lös eminin her hngi M(, ) noktsınd eminin su muhtevsının mnl rtışının ulunmsı için şğıdki mtemtiksel ifdei elde etmiştir; 1 1 (,,t ) ( st )cos () ( t ) ( t ) Burd ( t ), ( t ) sırsıl temel eminin düşe ve t önde ıslnm ölgesinin outlrı olup mn göre şğıdki kurll değişmektedirler; t d t t ) 1 1 ( t ; ( t ) t (3) Burd 1,, 1, eminin fiiksel öelliklerine, ol, hendek türü, şekli ve outlrın ğlı oln prmetreler olup frklı ol hendekleri için ri deneleri sonuçlrındn elde edilen değerler Çielge 1 de sunulmktdır. 51

5 Sır Kmiloğlu ALİYEV Çielge 1. Ari deneleri sonuçlrındn frklı ol hendekleri için elirlenmiş değerler Yolun ltpısı oln eminin ıslnm knğının türü Bir önde edek çukurund, diğer önde ise ol hendeğinde su irikirken Yoldn uklştırılmış (m) muk şekilli ol hendeğinde su irikirken Yrı dolgu-rı rmd üçgen şekilli ol hendeklerinde su irikirken Yol rmlrınd üçgen şekilli ol hendeklerinde su irikirken Yol dolgulrınd drenjlı (.6m) ol hendeklerinde su irikirken Ktsılrın değerleri Frklı ol hendeklerinde iriken su nedenile lös temel eminin istenilen noktsınd sürtünme çısının, koheonun ve nl sınç ktsısının mn göre değişimi şğıdki mtemtiksel ifdeden ulunilir; C(,,t ) C ( C C st 1 1 )cos cos ( t ) ( t ) 1 1 (,,t ) ( st )cos cos (4) ( t ) ( t ) (,,t ) ( st 1 1 )cos cos ( t ) ( t ) Burd C ; ; lös eminin, doğl su muhtevsınd ve C st ; st ; st ise su dogun durumdki st su muhtevsındki km mukvemeti prmetreleri ve nl sınç ktsısıdır. (4) ifdesi frklı ol hendeklerinde iriken su nedenile, olun ltpısı ltınd lös temel eminde medn gelen oturm (limit denge durumu) ölgelerinin ulunm lnını, onlrın outlrını, u ölgelerin mn göre gelişimini () ifdesi ile irlikte elirlemee olnk sğlmktdır. 511

6 Krollrı Altpısının Üerine İnş Edildiği Çökeilir Lös 3. SONUÇLAR Yukrıd gösterilenlere ugun olrk olun ltpısı ltınd, lös eminin stilitesinin hesı şğıd elirtilen sırl pılır. Önce olun ltpısı oln eminin ıslnm ihtimli oln ölgesinde çielgenin kvşklrınd ir kç nokt işretlenir. Sonr ise u noktlrın her iri için sırl şğıdki prmetreler ulunur; 1. Yolun ltpısı ltınd lös eminde gerilme ileşenleri,, değerleri,. (4) ifdeleri kullnılrk ıslnm olının frklı mnlrınd, lös eminin C t koheonu, t sürtünme çışı ve t nl sınç ktsısı, 3. Islnm olının frklı mn süreleri için (1) ifdesi kullnılrk lös eminin en üük eğim çısı mx (, t). Şekil 1. Yol dolgulrının temel emininin gerileme durumunun hesplnm şemsı Yol dolgulrının ğırlığındn dolı lös temel emininde medn gelen gerilme ileşenleri Şekil 1 de sunuln şem göre şğıdki mtemtiksel ifdelerden ulunur (Aliev []); 51

7 Sır Kmiloğlu ALİYEV 513 p ) ( ) ( ) ( ) ( ln p (5) p Burd =. dir. Şekil. Yol rmlrının temel emininin gerileme durumunun hesplnm şemsı

8 Krollrı Altpısının Üerine İnş Edildiği Çökeilir Lös Yol rmlrının lös temel emininde nl ükten oluşn gerilme ileşenleri Şekil de sunuln şem göre şğıdki gii ulunur; n P (. )rcctg (. )rcctg., (. )rcctg (. )rcctg,.. n P (. )rcctg (. )rcctg., (. )rcctg (, )rcctg.. ln.... (6) n P rcctg rcctg rcctg rcctg.... Dolısıl oturm sırsınd gerilmenin düşe ileşeninin rtışının (oğunlşmsının) dikkte lınmsı gereklidir. Gerilmenin düşe ileşeninin gerçek değerini ulmk için onun hesplnn değerini oğunlşm ktsısı ile çrpmk gerekir; ger hes hes 1. 3 (7) Zeminin kendi ğırlığındn medn gelen gerilme ileşenleri şğıdki ifdelerden ulunur; g d ( 1 ) ; g ( 1 ) d (8) Ari deneleri sonucund, lös eminin herhngi ir noktsınd oturm sırsınd o noktd düşe gerilmenin küçüldüğü tespit edilmiştir (Aliev [14]). Fkt u noktnın kın çevresindeki noktlrd düşe gerilmenin rtış gösterdiği için, sö konusu noktlrd düşe gerilmenin teorik olrk ulunmuş değerlerinden dh üük değerlerde oturm medn gelmektedir. Bu gerilme rtışının (oğunlşmsı) mksimum değeri % 3 eşit olmktdır. Çielgenin her ir kvşk noktsınd ıslnm olının frklı mn süreleri için en üük eğim çısı mk (, t) ve sürtünme çısı (, t) ulunildiği için, interpolson olu ile iri irine eşit oln noktlr ulunur. Bu noktlr eğri ile irleştirilerek oturm mnı, lös temel emininde medn gelen limit denge durumu ölgelerinin sınırlrının şekli (silueti) elde edilir. Limit denge durumu ölgelerinin şeklinin ilinmesi, olun ltpısının frklı 514

9 Sır Kmiloğlu ALİYEV kesitlerinde ol üei oturm eğrisinin şeklini mevcut inşt normlrının ilinen ifdeleri ile elde etmee olnk sğlr: S Sl n i1 h K (9) Sl,i i Sl,i Burd Sl, i, i tksının irim deformsonu; n-tklrın sısı; h i, i elemnter tknın klınlığı ve K sl,i, ktsı olup ire eşit kul edilir. Son olrk olun ltpısı üeinin oturm eğrisi çiilir. Krollrın ktegorisine, ol kplm türüne ğlı olrk olun norml çlışm koşulunu sğln oturmı önlemek için mühendislik teknikleri seçilir ve ugulnır. Semoller,, d t t C t t (t) (t) 1,, 1, : ol dolgu ve rmlrının ltınd lös temel emininde herhngi ir noktd gerilme ileşenleri : eminin kuru irim hcim ğırlığı : eminin mn göre değişen su muhtevsı : incelenen noktnın derinliği : lös eminin sürtünme çısı : lös eminin koheonu : lös eminin nl sınç ktsısı : temel eminin düşe önde ıslnm ölgesinin outu : temel eminin t önde ıslnm ölgesinin outu : eminin fiiksel öelliklerine, ol hendeklerinin türüne, şekline ve outlrın ğlı oln prmetreler : doğl su muhtevsı st : su dogun durumdki eminin su muhtevsı C ; ; ; C st ; st ; st : lös eminin doğl su muhtevsınd ve su dogun durumdki st su muhtevsındki km mukvemeti prmetreleri mx (, t) : lös eminin en üük eğim çısı Sl,i i : tksının irim deformsonu n : tklrın sısı h i -i : elemnter tknın klınlığı : ktsı K sl, 515

10 Krollrı Altpısının Üerine İnş Edildiği Çökeilir Lös Teşekkür Mklenin Türkçesi ve mühendislik dilinin redksionunu ürüten İstnul Teknik Üniversitesi Öğretim Üesi Sın Doç. Dr. İsmil Hkkı AKSOY A sonsu teşekkürlerimi sunrım. Knklr [1] Cpper, P.L., Fisher, C.W., İnşt Mühendisliğinde Zemin Mekniği, İstnul, [] Önlp, A., Geoteknik Bilgisi, Zeminler ve Mekniği, İstnul, [3] Aelev, Y.M., Aelev, M.Y., Btn Mkro-Boşluklu Zeminler Üerinde Projelendirme ve İnştın Esslrı, Moskov, 1948 (Rusç). [4] Mustfev, A.A., Btn ve Şişen Zeminler Üerinde Temeller, Moskov, 1989 (Rusc). [5] Mvlnov, Q.A., Ort As nın Merkei ve Güne Kısımlrının Lös ve Löse Bener Kçlrının Genetik Türleri, Tşkent, 1958 (Rusç). [6] Blev, L.Q., Tsrov, P.V., Merkei ve doğu Kfks nın Lös Kçlrı, Moskov, 1964 (Rusç). [7] Skempton, A.W., The Bering Cpcit of Cls, Building Reserch Congress, Division 1, , [8] Shield, R.T., Drucker, D.C., The Appliction of Limit Anlsis to Punch-Indenttion Prolems, ASME J., Appl. Mech., (4), , [9] Terghi, K., Zemin Mekniğinin Teorisi, 1961, (Rusç). [1] Krutov, V.L., Foundtion Clcultion on the Loess Soil, Moscow, 198 (Rusç). [11] Aelev, M.Y., Krutov V.I., Leveling The Tilts of Tenement Building Founded on Loess Soils Prone to Slump-Tpe Settlement B Regulr Wetting, Soil Mechnics nd Foundtion Engineering, 37(5), ,. [1] Aelev, M.Y., Levchenko, A.P., Assessment of The Proneness of Loess-Soil Mss to Slump-Tpe Settlement, Soil Mechnics nd Foundtion Engineering, 38(6), 3-7, 1. [13] Meherovskii, V.A., Computtionl Models Of A Sstem Comprising A Building And An Extremel Thick Loess Bed Prone To Slump-Tpe Settlement, Soil Mechnics nd Foundtion Engineering, 38(5), , 1. [14] Aliev, S.K., Lös Btn Zeminler Üerinde Krollrının Altpısı, Bkü, 5. (Rusç). [15] Chen, X., Su, Z., Congmo, K.E., The sstemic nlsis on the stilit of loess slope, Journl of Nnchng College of Wter Conservnc nd Hdroelectric Power, 3-7,

11 Sır Kmiloğlu ALİYEV [16] Shu, J., Peng, H., Wng, X., Zhou, Y., Che, Y., Stilit Stud of the Cut Slope on the Loess Are, Opencst Col Mining Technolog, 6, 17-,. [17] Wng, D., She, X., Ye, W., Method for Stilit of Loess Slope of Cut Bsed On Topolog, Journl of Erth Sciences nd Environment, 3, 57-6, 6. [18] Li, X., Wng, C., Xu, J., Surficil Stilit Anlsis of Unsturted Loess Slopes Sujected to Rinfll Infiltrtion Effects, Wuhn Universit Journl of Nturl Sciences 4, 85-88, 6. [19] Hung, Q., Liu, Y., Peng, J., Trixil Test Stud on The Deformtion nd Filure Mechnism of Loess Cut Slope, Journl of Engineering Geolog, 6, , 7. [] Jin, Y., Di, F., Anlsis of Loess Slope Stilit Due To Groundwter Rise, Journl of Engineering Geolog, 5, , 7. [1] Wng, Y., Wng, X., Neurl Networks for the Loess Slope Stilit Anlsis, Science Technolog nd Engineering, 16, , 8. [] Aliev, S.K., Dolgunun Temel Zemininde Btm Olı Bölgelerinin Boutlrın Bğlı Olrk Krollrın Yüünün Oturmsı, Aercn Teknik Üniversitesi, Dergi, İlmi Eserler Mecmusı, 81-85, [3] Aliev, S.K., Yol Dolgulrının Lös Temel Zemininde Btm Deformsonu Zmnı Yolun Altpısının Stilitesi, Otomoil Yollrı Dergisi, Moskov, 7, 15-16, [4] Aliev, S.K., Veliev, A.L., Investigtion Into Rheologicl Properties of Compcted Loess Soils, Proceedings of The Fifteenth Interntionl Conference On Soil Mechnics nd Geotechnicl Engineering, Istnul, Turke, 1-3, 3-4, 1. [5] Aliev, S.K., Yol Hendeklerinde Biriken Suun Sımsı Sesinde Yolun Altpısının Temelinde Bulunn Lös Btn Zeminlerin Sğlmlığının Zmn Bğlı Olrk Değişimi, Uluslr rsı Bilimsel Konferns, Brnul, Rus, ,