Toprak ve Kaya Zeminlerin Oluşumu

Transkript

1

2 Toprak ve Kaya Zeminlerin Oluşumu Zeminlerin dayanımı genel olarak parçacıkların fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre değişim gösterir. Bu nedenle zeminlerin türleri ve oluşum süreçleri bilinmesi önemlidir. Zeminleri tanımak ve bu süreci anlamak adına Kaya(ç) döngüsü kullanılmaktadır. Toprak zemin Kayaların fiziksel parçalanması ve/veya kimyasal olarak ayrışması ile oluşur.

3 MI NERALLER NEREDE VE NASIL OLUS UR? Kayac bir veya daha fazla mineralin bir araya toplanmasıyla oluşmuştur. Kayaçlar mineral bileşimine, kimyasal bileşimine ve dokularına veya kayac döngüsu sırasında nasıl oluştuklarına göre 3 genel tür ve aileye ayrılabilirler. Rock Cycle Kaya Dongusu - Magmatik Kayalar (Igneous Rock), Sedimenter Kayalar, Metamorfik kayalar

4 Zemin Çeşitleri Zeminler bu dört ana grupta tanımlanabilir. Bunlar (iri taneden inceye doğru) çakıl, kum, silt, ve kildir. Kumlar ve çakıllar iri taneli zeminler olarak tanımlanır. Killler ve siltler ince taneli zeminlerdir. Zeminler genellikle değişik boyuttaki tanelerin karışımıdır ve bu karışımdaki zemin tiplerinin oranına bağlı olarak sınıflandırılırlar. Zemin içindeki taneler farklı boyut ve şekillerdedir ve bu özellikler mühendislik davranışı üzerinde önemli rol oynar.

5 Tane Boyutu Dağılımının (Grain Size Distribution) Belirlenmesi İki yöntem vardır, birincisi 0,0625mm den büyük kumlu-çakıllı taneler için elek analizi (sieve analysis) (deneyi); ikincisi, 0,0.625 mm den küçük kil ve silt malzemeler için ise hidrometre analizi (deneyi) gerçekleştirilir. Çapı 60 mm den büyük olan taneler kaya parçaları olarak adlandırılır. Tane boyutu dağılımını bir çok sınıflandırma sistemi altında incelenmiştir. Bu ders kapsamında ASTM (American Society for Testing and Materials) altında Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi (USCS-Unified Soil Classification System) olarak tanımlanan ve daha çok karayollarında kullanılan Karayolları Zemin Sınıflandırma Sistemi (AASHTO-American Association of State Highway and Transportation Officials) anlatılacaktır.

6 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test) Amaç Zemin numunelerinin, iri ve ince taneli kısımlarının ayrımını yapmak ve standartda belirtilen yöntemlerle tane çaplarının bulunması esasına dayanır. Ayrıca çakıl-kum boyutu, silt-kil boyutu yüzdeleri belirlenmektedir. Kullanılan Standart TS : İnşaat Mühendisliğinde Zemin Lâboratuvar Deneyleri - Bölüm 1: Fiziksel Özelliklerin Tayini Deney Türleri Elek analizi deneyleri, zemindeki kil ve silt miktarına bağlı olarak 2 türde yapılmaktadır. Eğer silt ve kil oranı çok düşük ise kuru elek analizi, değil ise yıkamalı elek analizi yapılır. Dane çapı dağılımının bulunması için yıkamalı eleme metodu Bu metot, bir zeminde, ince kum ve daha iri boyuttaki malzemenin dane çapı dağılımının tayini ile ilgili olup, zemindeki kil ve siltin toplam miktarı da (inceler), bu deney sonuçlarından hesaplanabilir. Dane çapı dağılımının bulunması için kuru eleme metodu Bu metot, bir zeminde ince kum ve daha iri boyuttaki danelerin, dane çapı dağılımının hesaplanması ile ilgili olup, sadece içinde silt ve kil oranı çok düşük olan, böylece sonuçların yıkamalı metottan farksız çıkacağı durumlarda uygulanabilir. Kullanılan Ekipmanlar Deney elekleri, Terazi, Etüv, Porselen pota, Metal tepsi, Bakkal küreği, Beher, Elek fırçaları, Sodyum heksametafosfat,, Lâstik hortum, Elek sarsma makinesi

7 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test) Deneyin Yapılışı 1.En büyük tane çapı dikkate alınarak yeterli miktarda numune alınır. 2.Alınan malzeme etüvde 24 saat kurutulur. 3.Numune kuruduktan sonra, içindeki numunelerle birlikte oda sıcaklığına kadar soğumak üzere uygun yerde soğumaya bırakılır. 4.Kuru malzeme tartılır ve not edilir. 5.Geniş bir tepsi içine serilir veya bir kova içine konur ve su ile örtülür. 6.Numuneyi örtmekte kullanılan suyun her bir litresi için 2 g sodyum heksametafosfat katılır ve zeminin tamamen ıslanmasını sağlamak için kabın içindekiler iyice karıştırılır.

8 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test) Deneyin Yapılışı 7.Numune son bir kez karıştırıldıktan sonra bulanık su, yavaş yavaş 75 μm lik (no:200) eleğin üzerine aktarılır. İri danelerin 75 μm lik eleğe zarar vermemesi için 75 μm lik eleğin üzerine daha büyük göz açıklıklı ve kalın telli başka bir elek (425 μm veya 2 mm gibi) konularak iri danelerin bu eleğin altına geçmesi önlenir. Eleklerden herhangi birinin aşırı yüklenmemesine dikkat edilmelidir. 75 μm lik elek üzerinde kalan malzeme hiçbir zaman 150 gramı aşmamalıdır. 8. Numuneye yeniden su katılır. Bulanık su, 75 μm elekten geçirilip atılır. Bu yıkama işlemi, 75 μm elekten geçen su duru hale gelinceye kadar sürdürülür.

9 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test) 9. Eleklerden kalan malzemenin tamamı tepsilere veya porselen potalara boşaltılır ve (105 ± 5) C sıcaklıklı etüvde kurumaya bırakılır. 10. Etüvden çıkarılan malzeme soğutulur. Tartma işleminden sonra deney değerlendirme föyüne kayıt edilir.

10 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test) 10. Etüvden çıkarılan malzeme soğutulur. Tartma işleminden sonra deney değerlendirme föyüne kayıt edilir. 11. Etüvde kurutulan malzeme uygun bir elek serisinden elenir. Eleme mekanik sarsma cihazıyla yapılıyorsa sarsma süresi en az 10 dakika olmalıdır. Her elekte kalan miktar, tekrar el ile son bir kez elenir ve tartılır ve elde edilen kütleler kaydedilir. Not: Madde 5, 6,7,8, 9 ve 10 eğer yıkamalı elek analizi yapılacak ise uygulanır.

11 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test) Her elekte kalan kuru malzeme miktarı tüm numune kuru ağırlığına bölünerek her elekte kalan yüzdeler bulunur. Daha sonra toplam kalan ve toplam geçen yüzdeleri bulunur. Bu değerlere göre de yarı logaritmik dane dağılımı eğrisi çizilir. Wi ağırlığı en üstten sayılarak i sırasındaki eleğin üzerinde kalan zeminin ağırlığı ve W toplam zemin ağırlığı ise i eleğinde kalan zeminin yüzdesi % Kalan W i 100 W % Geçen ise; i % Geçen 100 % Kalan i 1

12 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test), Sonuçlarının Değerlendirilmesi Zeminler doğal şartlarında çoğunlukla silt, kil, kum ve çakıl karışık olarak bulunmaktadır. Bu nedenle tane boyutlarının dağılımının incelenmesi için elek analizi sonuçları ile tane boyutu (granülometri) eğrileri kullanılmaktadır. Genel olarak tane boyutu dağılımı üç eğri şeklinde gözlemlenmektedir.

13 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test), Sonuçlarının Değerlendirilmesi 1- Kötü derecelenmiş (uniform) (poorly graded) Dik tane boyu dağılım eğrisine sahip malzeme kötü derecelenmiş ama aynı zamanda üniform olarak bilinir.

14 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test), Sonuçlarının Değerlendirilmesi 2- İyi derecelenmiş (well graded) Yayvan ve geniş bir aralığı kapsayan zeminler iyi derecelenmiş olarak adlandırılır.

15 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test), Sonuçlarının Değerlendirilmesi 3- Kesikli gradasyonlu (uniform) (poorly graded) Belirli bir tane çapı aralığını atlayan zemin tipleridir.

16 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test), Sonuçlarının Değerlendirilmesi Dane dağılımı eğrisi çizildikten sonra kritik çaplar D 10, D 30 ve D 60 eğriden okunur. Efektif çap D 10, % 10 düşey eksen değerinden çıkılan yatay doğrunun dane çapı dağılımı eğrisini kestiği noktanın yatay eksendeki karşılık değeridir. Benzer biçimde D 30 ve D 60 değerlerini bulmak için % geçenin % 30 ve % 60 düşey eksen değerlerinden çıkılan yatay doğruların eğriyi kestiği noktalar bulunduktan sonra dane çapı eksenine çizilen düşey doğrulardan D 30 ve D 60 okunur.

17 Elek Analizi Deneyi (Sieve Analysis Test), Sonuçlarının Değerlendirilmesi D 10, D 30 ve D 60 belirlendikten sonra tane dağılım kriterleri olan Uniformluk katsayısı (Uniformity Coefficient) ve eğrilik katsayısı (Coefficient of gradation) Cu<4 olan zemin uniform boyutta tanelerden oluşmuştur Cu=1 aynı boyutta tanelerden oluşan zemindir. Cu>4 iyi derecelenmiş zemin. İyi-derecelenmiş zeminler için, 1<Cc<3 Eğer 1>Cc or 3<Cc, ise zemin aralıklı-derecelenmiş zemindir. D10 zeminin efektif tane çapıdır. Elek analizi sonucunda eğrilerin sola yaklaşması ince taneli malzemelere işaret eder.

18 Çinicioğlu Örnek5: Çözüm: Zemin A ince taneli zemindir. Zemin B iri taneli zemindir. Zemin C kötü derecelenmiş zemindir. Zemin D iyi derecelenmiş zemindir. Zemin E de eksik tane boyutları vardır ve aralıklı derecelenmiş zemindir.

19 Çinicioğl u Zemin A: Çözüm(devam): Çakıl% Kum=100-88=12% İnce tane=88% ZeminB: Çakıl=100-64=36% Kum=64-2=62% İnce tane=2% Zemin C: Çakıl=0% Kum=100% İnce tane=0% ZeminD: Çakıl=100-88=12% Kum=88-40=48%

20 Tane şekilleri Silt, kum ve çakıl tanelerinin şekilleri çok köşeli ile yuvarlak arasında değişkendir. Köşeli taneler oluştuğu ana kaya etrafında bulunrken, yuvarlak taneler ise taşınma sırasında aşınma geçirme izlerine sahip olarak uzaklarda bulunurlar. Microphotographs showing various grain shapes of soil particles (Cho et al. 2006). (a) glass beads (b) and (c) ASTM 20/30 sand D 0.6mm; (d) Ticino sand D = 0.33mm; (e) crushed granite D = 0.35mm; and (f) fine particle from crushed granite D 0.08mm.

21 Tane şekilleri Silt, kum ve çakıl tanelerinin şekilleri çok köşeli ile yuvarlak arasında değişkendir. Köşeli taneler oluştuğu ana kaya etrafında bulunrken, yuvarlak taneler ise taşınma sırasında aşınma geçirme izlerine sahip olarak uzaklarda bulunurlar. Köşeli tanelerin bir birleri etrafında kaymaları daha zor olduğundan kesme dayanımları daha yüksektir. Karayolları temel malzemesi olarak kullanılan agregalar özellikle köşeli olarak seçilir veya kaya kırıcısından geçirilen kayalardan elde edilir.

22 İnce Taneli Zeminler Killer 75 μm lik elekten geçen zeminler siltli ve killi zeminler olarak adlandırılır. Silt, kum veya çakıldan oluşan zeminler fiziksel ve orta derece kimyasal bozuşma süreçlerinin sonucudur ve ana kayalarının kimyasal yapılarını büyük ölçüde muhafaza ederler. Killi zeminler ise büyük oranda kimyasal bozuşma geçirerek ana kayadan oldukça farklı yeni bir mazlemeye dönüşür. Böylelikle killer diğer zeminlerden oldukça farklı özelliklerde olabilir.

23 İnce Taneli Zeminler Killer 75 μm lik elekten geçen zeminler siltli ve killi zeminler olarak adlandırılır. Silt, kum veya çakıldan oluşan zeminler fiziksel ve orta derece kimyasal bozuşma süreçlerinin sonucudur ve ana kayalarının kimyasal yapılarını büyük ölçüde muhafaza ederler. Killi zeminler ise büyük oranda kimyasal bozuşma geçirerek ana kayadan oldukça farklı yeni bir mazlemeye dönüşür. Böylelikle killer diğer zeminlerden oldukça farklı özelliklerde olabilir.

24 İnce Taneli Zeminler Killer Killi zeminler ise büyük oranda kimyasal bozuşma geçirerek ana kayadan oldukça farklı yeni bir mazlemeye dönüşür. Böylelikle killer diğer zeminlerden oldukça farklı özelliklerde olabilir. Clay is the common name for a number of fine-grained, earthy materials that become plastic when wet. One of the common processes of clay formation is the chemical decomposition of Potassium feldspar.

25 İnce Taneli Zeminler Killer Birkaç farklı kimyasal bozuşma (chemical decomposition) kil minerallerinin oluşmasını sağlar. Bunların başında potasyum feldpsat mineralinin bozuşmasıdır. Bu süreç: Su atmosferden düşerken veya zeminden süzülürken bünyesine karbondioksit almaya başlar (Karbondioksitin hidratasyonu) ve H2CO3 asiti ortaya çıkar. Bu karbonik asit (H2CO3) ile feldspat minrealleri reaksiyona girerek kil ve silis minerallerini ortaya çıkarır.

26 26 İnce Taneli Zeminler Killer The contact of rocks and water produces clays, either at or near the surface of the earth (from Velde, 1995). Rock +Water Clay For example, The CO 2 gas can dissolve in water and form carbonic acid, which will become hydrogen ions H + and bicarbonate ions, and make water slightly acidic. CO 2 +H 2 O H 2 CO 3 H + +HCO 3 - The acidic water will react with the rock surfaces and tend to dissolve the K ion and silica from the feldspar. Finally, the feldspar is transformed into kaolinite. Feldspar + hydrogen ions+water clay (kaolinite) + cations, dissolved silica 2KAlSi 3 O 8 +2H + +H 2 O Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2K + +4SiO 2 Note that the hydrogen ion displaces the cations.

27 İnce Taneli Zeminler Killer Bu bozuşma sürecinde levha benzeri kimyasal yapılar ortaya çıkar. İki yaygın çeşit levha vardır, silica tetrahedron ( 4 yüzeyli silis levhaları) ve alumina octahedron (sekiz yüzeyli alumin levhalar).

28 İnce Taneli Zeminler Killer Bu levhalar ve farklı minerallerin çeşitli diziliş şekilleri sonucu ortaya bir çok kil çeşidi çıkmıştır. En yaygın olarak bilinen kil çeşitleri Kaolinite, Montmorillonite ve İllite dir. Aralarındaki fark içerdikleri levha sayısı ve bağlanma çeşididir. MONTMORİLLONİTE Silis ve alümin levhaların oluşturduğu tabakalardan oluşur. H2O katmanları ve değişebişir iyonlardan oluşan van der Wals kuvvetleri ile bağlıdır. Tabakalar arasındaki bağ çok zayıf ve boşlukludur, bu nedenle çok fazla su almaya müsaittir ve bu alınan su killerin şişmesine ve dayanımının azalmasına neden olur. Bunun yanında şişme özelliği ve kuma göre daha düşük geçirgenlik özelliğine sahip olması ile sondaj kuyularınınn duvarlarını tutmak ve yalıtım için kullanılmaktadır. KAOLINITE Silis ve alümin levhaların birleşmesinden oluşur. Tabakalar hidrojen bağları ile tutulu olduğundan kararlı bir yapıya sahiptir. Islatıldığı zaman fark edilecek derecede şişmez. ILLITE Silis ve alümin levhaların oluşturduğu tabakaların potasyum iyonları ile birleşmesi sonucu oluşur. Kaolinit den daha zayıf montmorillonitden daha güçlü bağlara sahiptir. Su aldığı zaman az şişme gösterir.

29 Killerin Özellikleri Kil taneleri çok küçük olmasına rağmen yüzey alanının kütleye oranı (özgül yüzey) çok yüksektir 800 m2/gr (3,5 gr ının yüzey alanı bir futbol sahasına eşittir). Yüzey alanları yüksek olduğundan su moleküllerinin bağlanması için daha fazla olanak ortaya çıkar ve su alma potansiyelleri çok yükek olabilir. Su muhtevasına bağlı olarak mühendislik özellikleri değişiklik gösterir.

30 İnce Taneli Zeminlerin Fiziksel Özellikleri Silt ve killer #200 nolu elekten geçen malzemeler olarak da tanımlanabilmekte ve ince taneli-fine grained zeminler olarak adlandırılmaktadırlar. Hidrometre deneyi ile partikül boyutuna dayanarak bir sınıflama yapılabilir ancak bu sınıflama mekanik özellikleri tam yansıtamayacağından çok faydalı olamayacaktır. Bu iki malzemeyi birbirinden ayırabilmek için malzemelerin plastisite (plasticity) özelliği kullanılmaktadır. Plastisite: bir zeminin su muhtevasının değişmesine bağlı olan tepkileri tanımlar. Plastiklik kırılmadan şekil verilebilmeyi ifade eder. Bu özellik kum çakıl gibi iri taneli ve taneleri arasında yapışma-çekme kuvveti (kohezyon) olmayan zeminlerde (non-cohesive soils) görülmez. Bir zemine su ilavesi ile kıvam sert ve rijitten yumuşak ve bükülgene dönüşebiliyorsa zeminin plastisite özelliğine sahip olduğu söylenebilir.

31 Hacim-Su içeriği ilişkileri ve Kıvam Limitleri 1900 lü yıllarda İsveçli zemin bilim adamı Albert Atterberg su içeriği ve zemin kıvamı (consistency) arasındaki ilişkiyi tanımlamak için bir yöntem/yaklaşım geliştirmiştir. Bu yaklaşıma göre çok düşük su muhtevasında (low moisture content) zemin katı (solid) davranışı gösterir, su muhtevası çok yüksek olduğu zaman zemin su gibi akar ve sıvı (liquid) olarak ifade edilir. Katıyla sıvı arasında da yarıkatı (semi solid) ve Plastik durum (yumuşak) bulunmaktadır.

32 Hacim-Su içeriği ilişkileri ve Kıvam Limitleri Katı Durum: Zemin su aldığı zaman hacminde değişiklik olmaz. Zemin deforme olmadan kırılır (gevrek durum). Yarı-Katı Durum: Deformasyonlar kalıcıdır, çatlak oluşmadan şekil vermek zordur. Plastik durum: Deformasyonlar çatlak ve kırılma gözlemlenmeden oluşur ve sonunda kopma meydana gelir. Sıvı durum: Sıvıya yakın durumdur, akışkan halde ve çok yumuşak kıvamdadır.

33 Hacim-Su içeriği ilişkileri ve Kıvam Limitleri SINIRLAR SL: Shrinkage limit(büzülme-rötre sınır): Suyun azalması ile hacimde daha fazla bir azalma olmaz. Su artışı ile hacimde artış gözlemlenir. PL: Plasticity limit(plastisite sınırı): Yarı katı halden plastik hale geçişin olduğu sınırdır. It is the minimum moisture content at which the soil can be rolled into a thread of 3mm diameter without breaking up. LL: is the lowest water content at which the soil exhibits plastic behavior.

34 I NDEKSLER PI: Plasticity Index: Plastisite İndeksi: Zeminin plastik davrandığı su muhtevası aralığı. PI = LL PL I p = w L - w p Kil içeriği yüksek zeminlerde bu plastik durum geniş su muhtevası aralığında gözlemlenir ve bu nedenle plastisite indeksleri yüksektir. LI: Liquidity index: Likitlik indeksi: Mevcut su içeriğinin plastik limit ile karşılaştırılması ve plastisite indeksine oranı. LI = I L = (w-w p ) / I p = (w - PL) / PI = (w-pl)/ (LL PL) = (ww p ) / (w L - w p ) Böylelikle LI = 1 iken su muhtevasının likit limite eşit, 0 iken de plastik limite eşit olduğu anlaşılır. Hacim-Su içeriği ilişkileri ve Kıvam Limitleri Likit Limit(LL) ve Plastik Limits (PL) Atterberg limitleri olarak adlandırılırlar. Bu isim bunları bulan İsveçli bilim adamı, Atterberg (1911) onuruna verilmiştir. Atterberg limitleri yardımıyla mühendisler zeminin plastisitesi ve değişik su muhtevalarındaki kıvam durumu hakkında sayısal değerlendirme yapabilirler.

35 I NDEKSLER CI: Consistency Index: Mevcut su içeriğinin likit limit ile karşılaştırılması ve plastik limite oranı. CI = I L = (LL-w)/ (LL PI) = (w L -w) / (w L - I p ) Hacim-Su içeriği ilişkileri ve Kıvam Limitleri Activity: Aktivite: Zeminlerin plastisitesi killerin etrafında bulunan emili su taneciklerinden kaynaklandığından dolayı likit limit ve plastik limit doğrudan kil yüzdesi ile orantılıdır. Skepmton (1953) plastisite indeksinin kil yüzdesi ile arttığını tespit etmiştir. Bunu da killi zeminlerin aktivitesi olarak adlandırmıştır. J= 0,002 mm den küçük tanelerin kütlesinin tüm kütleye oranı (kil yüzdesi)

36 İnce Taneli Zeminlerin İndeks Özellikleri Değişik plastisite indeksine sahip zeminlerin özellikleri (Sowers, 1979) Plasticity Index, PI Classification Visual-Manual identification of dry sample 0-3 Nonplastic Falls apart easily 3-15 Slightly plastic easily crushed with fingers > 30 Medium plastic Highly plastic difficult to crush with fingers impossible to crush with fingers Description of soil state Liquidity Index, LI < 0 0 < LI < 1 > 1 Description of soil state Semisolid state Plastic state Liquid state

37 ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ LİKİT LİMİT DENEYİ Amaç Zemin örneklerinin likit limitinin (ω L ) belirlenmesi amacıyla yapılır. Likit limit, zeminin likit limit deneyi ile ölçülen, plâstik durumdan akıcı duruma geçtiği andaki su muhtevasıdır. Kullanılan Standart TS : İnşaat Mühendisliğinde Zemin Lâboratuvar Deneyleri - Bölüm 1: Fiziksel Özelliklerin Tayini Kullanılan Ekipmanlar Sert plastik tabanlı standart likit limit deneyi aleti (Resim 1) Standart oyuk açma bıçağı Yarı-logaritmik grafik kağıdı Spatula Damıtık su dolu plastik şişe Üzerleri numaralandırılmış küçük metal veya cam kaplar 110(±5) C sıcaklığındaki bir etüv 425 μm lik (40 numaralı) elek ve tava Metal veya plastik bir cetvel Terazi

38 Deneyin Yapılışı ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ LİKİT LİMİT DENEYİ μm lik (40 numaralı) elekten elenmiş yaklaşık 200 gr numune alınır. Numune bir kap içerisine konularak çok az miktarlarda damıtık su kademeli olarak numuneye ilave edilir ve her defasında iyice karıştırılır. 2- Casagrande aletinin içine hazır durumdaki numuneden spatula ile bir miktar alınarak tasın içerisine yerleştirilir. 3- Yerleştirme sırasında numunenin içinde hava kabarcıkları kalmamasını özen gösterilir. Tas içerisine yerleştirilen numunenin yüzeyi yatay olacak şekilde düzeltilir. Tas içine yerleştirilen numunenin en kalın kısmı yaklaşık olarak 1 cm olmalıdır. 4- Unutulmaması gereken metal kapların boş ağırlıklarının önceden tespit edilmesi gerekmektedir.

39 ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ LİKİT LİMİT DENEYİ Deneyin Yapılışı 4- Tas içerisine yerleştirilen numunenin ortasından standart oyuk açma bıçağı ile bir oyuk açılır. Numunenin içerisinde oyuk açılırken özen gösterilmeli ve gayet düzgün olması sağlanmalıdır. Bu işlem oldukça çabuk yapılmalı ve numunenin kurumasına müsaade edilmemelidir. 2- Numune dolu kap yanındaki kol vasıtasıyla 1 cm. yükseklikten tekrar tekrar düşürülür ve oyuk 1,25 cm boyunca dığında düşürme işlemi sonlandırılır ve vuruş sayısı not alınır.

40 Deneyin Yapılışı ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ LİKİT LİMİT DENEYİ Alet durdurulduktan sonra 1 cm lik kapanmanın olduğu bölgeden 30 g numune, (10 g dan daha az olmamalıdır) alınarak küçük metal bir kaba konulur gr hassasiyetinde bir terazide tartılarak kütlesi kaydedilir ve su muhtevasının belirlenir. Toplam olarak en az beş defa uygulanır. Başlangıçta seçilen su ve deney sırasında eklenen su miktarları, elde edilen düşüş sayılarının 10 ile 50 arasında eşit aralıklarla dağılması sağlanacak biçimde ayarlanmalıdır. Deney, numunenin su muhtevası artırılarak yürütülmelidir. Sonuçta su muhtevası vuruş sayısı grafiği çizilir. Tanım olarak, oyuğun 1,25 cm. boyunca kapanması için 25 vuruşun gerektiği su muhtevası değeri likit limit değeri olarak belirlenir.

41 ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ PLASTİK LİMİT DENEYİ Amaç Zemin örneklerinin plastik limitinin (ω P ) belirlenmesi amacıyla yapılır. Plastik limit, ıslak zeminin yoğrulma sırasında yüzeyinde çatlakların belirdiği andaki su içeriği olarak tanımlanır. Plastik formdan, gevşek-katı forma geçiş şartları içinde bulunan zeminin kıvamı plastik limit ile belirlenir. Kullanılan Ekipmanlar Metal veya cam kaplar Terazi 110 (±5) C sıcaklıkta bir etüv (fırın) Geniş bir cam levha 3 mm çapında tel bir çubuk

42 ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ PLASTİK LİMİT DENEYİ Deneyin Yapılışı 1- Likit limit deneyi için hazırlanmış numuneden bir miktar alınır. 2- Numune cam levha üzerine konulup, avuç içi ile yuvarlamak suretiyle zemin çubukları haline getirilmeye çalışılır. 3- Zemin çubukları 3 mm çapında silindirik çubuklar haline gelmeden çatlamalar oluşursa, numune üzerine çok az miktarda damıtık su ilave edilerek yoğrulur ve 2 numaradaki işlem tekrarlanır. 4- Zemin çubukları 3 mm çapında silindirik çubuklar haline geldiğinde çatlamalar hala oluşmamışsa, numune parmaklar arasında yoğrularak havalandırılıp su içeriği azaltılarak b şıkkındaki işlem tekrarlanır.

43 Deneyin Yapılışı ATTERBERG LİMİT DENEYLERİ PLASTİK LİMİT DENEYİ 1- Tanım olarak zeminin 3 mm çapında 7-8 cm uzunluğunda silindirler halinde inceltilebildiği su muhtevası plastik limit değeridir. 2- Deney en az iki kez yapılmalıdır

44 Rötre Limiti Tayini SL: Shrinkage limit(büzülme-rötre sınır): Suyun azalması ile hacimde daha fazla bir azalma olmaz. Su artışı ile hacimde artış gözlemlenir. Diğer bir tabir ile zeminin minimum hacime eriştiği andaki su muhtevası olarak da tarif edilir. SL = w i (%) D w l (%) w i = ilk durumdaki su muhtevası D w l = ilk durumdaki su muhtevası ile rötre limitindeki su muhtevasu farkı Zeminin kuru hacmini bulmak için civa dolu kap kullaılır.

45 Zeminlerin Sınıflandırılması Mühendislerin ortak bir dili konuşabilmesi ve zeminlerin özellikler i hakkında fikir sahibi olabilmek için zemin sınıflandırma sistemleri geliştirilmiştir. Bu sınıflandırmada genellikle zeminin dokusu (texture of soil) dış görünümüne ve içindeki partiküllerin boyutlarına göre değerlendirilir. 1- USDA TEXTURAL CLASSIFICATION (United States Department of Agriculture) Üçgen sınıflandırma olarak da geçer, tane boyutları ve ağırlık oranlarını belirlenerek elde edilir. İri parçalar > 2,00 mm Kumlu zeminler 0,05 2,00 mm Silt 0,002 0,05 Kil <0,002 mm Loam : Lom : Kum, kil, silt karışımlarını içeren zemin türü.

46 Zeminlerin Sınıflandırılması AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) (Amerika devlet karayolu ve ulaştırma idareleri birliği) Killi zeminlerde plastisite önemli bir rol oynadığından sadece yüzdece oran kullanılarak yapılan sınıflandırma yeterli olmamaktadır. Grup sınıflaması ve grup indeksi vermek için hem tane boyu dağılımı hem de Atterberg limitleri kullanılır. Tablo ikiye ayrılır #200 elekten geçen miktar %35den az ise Granüler malzeme fazla ise siltli killi (ince taneli) malzeme olarak ayrılır. A1 to A3 Granular Materials ( 35% passes #200 Sieve) Using LL and PI separates silty materials from clayey materials (only for A2 group) A4 to A7 Silt-Clay Materials ( 36% passes #200 Sieve) Using LL and PI separates silty materials from clayey materials General Notes: A-1 materials are well graded, whereas A-3 soils are clean, poorly graded sands. A4 & A5 are generally silts, A6 & A7 are generally clays.

47 AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) (Amerika devlet karayolu ve ulaştırma idareleri birliği) İri taneli ince taneli ayrımını yaptıktan sonra gruplar Atterberg limit değerlerine ve elekten geçen yüzdelere göre alt gruplara ayrılır.

48 Zeminlerin Sınıflandırılması Arthur Casgrande (1942) tarafından havaalanlarının yapımı için geliştirilen ve ASTM D2487 sdandardı haline getirilmiş sistemdir. Grup sınıflaması ve grup indeksi vermek için hem tane boyu dağılımı hem de Atterberg limitleri kullanılır. İki ana grup iki yan grup (4 grup) ve alt sınıflardan oluşur. Ağırlıkça malzemenin %50 den azı #200 elekten geçiyorsa iri taneli çoğu geçiyorsa ince taneli. Dört Ana grup :Four major divisions: USCS (Unified Soil Classification System) (Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi) Grup İsmi Group Name 1) İri Taneliler: Coarse-grained 1-1) Çakıl Gravel G 1-2) Kum Sand S 2) İnce Taneliler: Fine-grained 2-1) Silt Silt M 2-2) Kil Clay C 3) Organik zeminler: Organic soils O 4) Bataklık zemin (Turba): Peat P Boulders Cobbles Gravel Sand Silt and Coarse Fine Coarse Medium Fine Clay 300 mm 75 mm 19 mm No mm No.10 No.40 No mm 2.0 mm mm

49 Zeminlerin Sınıflandırılması USCS (Unified Soil Classification System) (Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi) Dört Ana grup :Four major divisions: Grup İsmi Group Name 1) İri Taneliler: Coarse-grained 1-1) Çakıl Gravel G 1-2) Kum Sand S 2) İnce Taneliler: Fine-grained 2-1) Silt Silt M 2-2) Kil Clay C 3) Organik zeminler: Organic soils O 4) Bataklık zemin (Turba): Peat P Gradation symbols: W: Well-graded P: Poorly-graded Fine Component C: Clayey M: Silty Liquid limit symbols: H: High LL (LL>50) Yüksek plastisiteli L: Low LL (LL<50) Düşük plastisiteli Boulders Cobbles Gravel Sand Silt and Coarse Fine Coarse Medium Fine Clay 300 mm 75 mm No.4 No mm 4.75 mm No.10 No mm 2.0 mm mm

50 USCS (Unified Soil Classification System) (Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi) Grup isminde zemin tipinin pozisyonu onun göreceli önemini ifade eder GC Esas zemin tipi (gravel - çakıl) Sıfat= ikincil derecedeki bileşen (veya esas zemin tipini tanımlar) (kil)

51 USCS (Unified Soil Classification System) (Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi) Plastisite grafiğinde 3 çizgi bulunur Plastisite Grafiği %50 LL çizgisi: yüksek plastisite ile düşük plastisiteyi ayırır. A çizgisi: Killi ve siltli bölgeleri ayırır. U çizgisi: Kontrol çizgisidir, sonuçlar bu çizginin üzerinde olursa deney sonuçlarının yanlış çıkma olasılığı yüksektir ve deneyler tekrarlanmalıdır

52 A, B, C, ve D zeminleri için tane çapı dağılımı aşağıda verilmiştir. Örnek 8: Percentage smaller Sieve size (mm) Soil A Soil B Soil C Soil D , , , , , , Zemin C nin likit limiti %26 ve plastisite indeksi %9 dur. Zemin D nin likit limiti %42 ve plastisite indeksi %18 dir. a)a, B, ve C zeminlerinin üniformluk katsayıları ve derecelenme katsayılarını bulunuz. b) Bu dört zemini sınıflandırınız.

53 Percentage finer Çözüm: Öncelikle tane çapı dağılım eğrisi çizilir. Percentage smaller Sieve size (mm) Soil A Soil B Soil C Soil D , , , , , , particle size (mm) A B C D

54 Çözüm (dev.): Percentage finer C u C c D 60 D 10 D 30 2 D 10 D 60 particle size (mm) Soil D 10 D 30 D 60 C u C c A B C A B C D

55 USCS (Unified Soil Classification System) (Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi) Grup isminde zemin tipinin pozisyonu onun göreceli önemini ifade eder GC Esas zemin tipi (gravel - çakıl) Sıfat= ikincil derecedeki bileşen (veya esas zemin tipini tanımlar) (kil)

56 Percentage finer Çözüm (dev.): particle size (mm) Zemin A 100% iri tanelilerden oluşur (65% çakıl; 35% kum) ve GW: iyi derecelenmiş çok kumlu çakıl olarak adlandırılır. A B C D Particle Diameter (mm) Soil Classification ( - ) Coarse gravel Fine gravel Coarse sand Medium sand Fine sand < Fines (silt + clay)

57 Percentage finer Çözüm (dev.): particle size (mm) A B C D Particle Diameter (mm) Soil Classification ( - ) Coarse gravel Fine gravel Coarse sand Medium sand Fine sand < Fines (silt + clay) Zemin B de 97% iri malzeme (95% kum boyutu; 2% çakıl boyutu ve 3% ince tane) SP olarak adlandırılır: Kötü derecelenmiş kum.

58 Percentage smalle Çözüm(dev.) Particle Diameter Soil Classification (mm) ( - ) Coarse gravel Fine gravel Coarse sand Medium sand Fine sand < Fines (silt + clay) Zemin C 63% iri taneli (37% çakıl, 26% kum) ve 37% ince taneli malzeme içerir, A hattının üzerindedir. GC olarak sınıflandırılır: Kum içeren killi çakıl particle size (mm) A B C D LL = 26 PI = 9

59 Percentage smalle Çözüm(dev.): Particle Diameter Soil Classification (mm) ( - ) Coarse gravel Fine gravel Coarse sand Medium sand Fine sand < Fines (silt + clay) Zemin D 96% ince malzeme (4% kum boyutu; 96% ince) ve plastisite kartı kullanılarakzemin CL dir particle size (mm) A B C D LL = 42 PI = 18

60 Faydalanilan Kaynaklar Zemin Mekaniği I - Prof. Dr. S. Feyza Çinicioğlu - Notlar Das Principles Geotechnical Engineering (Ch. 3)