ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Günşad Müge İNALKAÇ ZEMİN PARAMETRELERİNİN DENEYSEL VE TEORİK OLARAK İRDELENMESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2011

2 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.

3 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 I

4 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, II

5 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. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ... VIII ŞEKİLLER DİZİNİ...X SİMGELER VE KISALTMALAR... XVIII 1. GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Giriş Deneysel Çalışmalar H. Leussink and W. Wittke (1963) J.R.Lambrechts and J.J. Rixner (1981) J. Lutenegger and G.R. Hallberg (1981) G. T. Houlsby and N. J. Withers (1988) A.B. Cerato ve A.J. Lutenegger (1987) R. İyisan ve A. Ansal (1996) A. Ş. Kayalar, M. Kuruoğlu ve U. Akay (1998) A. Şenol ve A. Sağlamer (2002) İ. Bozbey ve E. Toğrol (2009) Teorik Çalışmalar Yumuşak Kil Zemin Davranışı ve Modelleri DENEYSEL ÇALIŞMALAR Arazi Çalışmaları Kil Zemin Klasik Laboratuar Deneyleri Kum Zemin Endeks Deneyleri (1). Elek Analizi IV

7 (2). Piknometre Deneyi (3). Sıkılık Deneyi Kil Zemin Kil Numunelerin Hazırlanması Endeks Deneyleri (1) Elek ve Hidrometre Analizi (2) Atterberg Limitleri (3) Piknometre Deneyi (4). Konsolidasyon Deneyi (4).(a). Farklı Yöntemlerle Ön Konsolidasyon Basıncının Elde Edilmesi Kayma Mukavemeti Deneyleri (1). Serbest Basınç Deneyi (2). Kesme Kutusu Deneyi (3). Üç Eksenli Basınç Deneyi Model Deneyler Arazi Model Deneyi Laboratuar Model Deneyi Arazi Deneyleri Standart Penetrasyon Deneyi Presiyometre Deneyi DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Kum Zeminde Yapılan Deneysel Çalışmalar Rölatif Sıkılığın İçsel Sürtünme Açısına Etkisi Gradasyon Aralığının İçsel Sürtünme Açısına Etkisi Kil Zeminde Yapılan Deneysel Çalışmalar Batı Adana Su Arıtma Tesisinde Yapılan Deneysel Çalışmalar Kil Minerallerinde Aktivite Farklı Yöntemlerle Bulunan Ön Konsolidasyon Basıncı... Değerlerinin Karşılaştırılması Serbest Basınç Deney Sonuçları V

8 Kesme Kutusu Deney Sonuçları Üç Eksenli Basınç Deneyi Sonuçları Arazi - Laboratuar Model Deneyleri Sonuçları ve Karşılaştırmaları Kayışlı Köyünde Yapılan Deneysel Çalışmalar Farklı Yöntemlerle Bulunan Ön Konsolidasyon Basıncı... Değerlerinin Karşılaştırılması Serbest Basınç Deneyi Karşılaştırmaları Üç Eksenli Basınç Deneyi Sonuçları Kayışlı Köyü Kilinde Yapılan Standart Penetrasyon ve... Presiyometre Deney Verileri ve Karşılaştırması SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ Giriş Sonlu Elemanlar Yöntemi PLAXIS Programı Geometrik Modelin Oluşturulması Elemanlar Zemin Elemanları Kiriş Elemanlar Zemin Modelleri Lineer Elastik Model (LE) Mohr-Coulomb Model (MC) Jointed-Rock Model (JR) Soft Soil Model (SS) Soft Soil Creep Model (SSC) Hardening Soil Model (HS) Modifiye Cam Kili Modeli (MCC) Üç Eksenli Basınç Deneylerinin Sonlu Elemanlar Analizi Sınır Koşulları Ağ Etkisi VI

9 Malzeme Özellikleri Hesaplamalar PLAXIS Bilgisayar Programı ile Üç Eksenli Deney Modelinin Analiz Sonuçları Konsolidasyon Deneyinin Sonlu Elemanlar Analizi Sınır Koşulları Ağ Etkisi Malzeme Özellikleri Hesaplamalar PLAXIS Bilgisayar Programı ile Konsolidasyon Deney Modelinin Analiz Sonuçları SAYISAL VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Giriş Üç Eksenli Basınç Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması Konsolidasyon Deneyi ile Teorik Çözümlerin Karşılaştırılması SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EKLER VII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 3.1. Elek analiz sonuçları (Uncuoğlu, 2009) Çizelge 3.2. Kuru birim hacim ağırlık deney sonuçları (Uncuoğlu, 2009) Çizelge 3.3. Kayışlı Köyü zemini kıvam deneyleri sonuçları Çizelge 3.4. SPT N değeri ile drenajsız kayma mukavemeti arasındaki korelasyonlar (Terzaghi, 1996) Çizelge 4.1. Daneli zeminlerde rölatif sıkılık Çizelge 4.2. Farklı sıkılıklarda hesaplanan birim hacim ağırlık değerleri Çizelge 4.3. İçsel sürtünme açısının (φ) rölatif sıkılık ile değişimi ( D r ) Çizelge 4.4. Deney numuneleri için kullanılan elekler Çizelge 4.5. Farklı gradasyon aralıklarındaki numunelerin elek analizi deney sonuçları Çizelge 4.6. Deney sonuçları Çizelge 4.7. Batı Adana Su Arıtma Tesisi zemini kıvam deneyleri sonuçları Çizelge 4.8. Kil minerallerinde aktivite (Önalp, 2007) Çizelge 4.9. Deneylerde kullanılan numunelerin zemin özellikleri Çizelge Farklı yöntemlerle elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerleri Çizelge Ön konsolidasyon basınçları Çizelge mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Çizelge mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Çizelge mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Çizelge mm çapındaki deney numunelerinin ön konsolidasyon basınçları Çizelge Serbest basınç deney verileri Çizelge Kesme kutusu deney verileri Çizelge Deneyden bulunan kayma mukavemeti parametreleri VIII

11 Çizelge Farklı yöntemlerle elde edilen ön konsolidasyon basıncı değerleri (Kayışlı Köyü) Çizelge Serbest basınç deney verileri Çizelge SPT N değerleri Çizelge Presiyometre deney verileri Çizelge PL ve EPMT değerleri (Gambin ve Rousseau, 1980) Çizelge 5.1. Farklı mesh durumları eleman sayıları Çizelge 5.2. Model zemin için MC model parametreleri Çizelge 5.3. Farklı mesh durumları eleman sayıları (Konsolidasyon analizleri) Çizelge 5.4. Model zemin için MC model parametreleri (Konsolidasyon analizleri) Çizelge 5.5. Model zemin için SS model parametreleri (Konsolidasyon analizleri) Çizelge 5.6. Model zemin için MCC modeli parametreleri (Konsolidasyon analizleri) IX

12 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 Şekil 2.6. Champlain kili LaRochella et al (1973) Şekil 2.7. Sıfır örselenme tahmini değerleri (Cerato ve Lutenegger, 1987) Şekil 2.8.a.Zemin kesiti (İyisan ve Ansal, 1996) Şekil 2.8.b.Arazi penetrasyon deneyleri (İyisan ve Ansal, 1996) Şekil 2.9. SPT-N darbe sayısının N10 ile değişimi (İyisan ve Ansal, 1996) Şekil N darbe sayısının q c ile değişimi ve bağıntıların karşılaştırılması (İyisan, Ansal, 1996) Şekil DPH N' 200 SPT N korelasyonu (Kayalar, arkadaşları, 1998) Şekil Kemalpaşa Deney Alanında DPH N' 200 SPT N ve Tork Bulguları (Kayalar ve arkadaşları, 1998) Şekil 2.13.a.Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil 2.13.b.Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Okuma yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Şenol yöntemi ile Tavenas yönteminin korelasyon katsayılarının karşılaştırılması grafiği ( Şenol ve Sağlamer, 2002) X

13 Şekil Kil zeminde E PMT değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009) Şekil Kil zeminde P L değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009) Şekil Kil zeminlerde N 60 ve E PMT değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve Toğrol, 2009) Şekil Kil zeminlerde N 60 ve P L değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve Toğrol, 2009) Şekil 3.1. Deneysel çalışmalarda kullanılan Çakıt kumu Şekil 3.2. Kum malzemesinin dane yapısı Şekil 3.3. Deneysel çalışmalarda kullanılan kil (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) Şekil 3.4.a.Kil zeminin alındığı arazi (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) Şekil 3.4.b.Kil zeminin alındığı arazi(kayışlı Köyü) Şekil 3.5.a.Arazide muayene çukuru açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) Şekil 3.5.b.Arazide muayene çukuru açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) Şekil 3.5.c.Arazide muayene çukuru açılması (Kayışlı Köyü) Şekil 3.6.a.Arazide sondaj kuyusu açılması (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) Şekil 3.6.b.Arazide sondaj kuyusu açılması (Kayışlı Köyü) Şekil 3.7.a.Kil numunenin bloklar halinde çıkarılması Şekil 3.7.b.Muayene çukurundan örselenmiş ve örselenmemiş numune çıkarılması Şekil 3.7.c.Çıkarılan örselenmemiş numunenin parafinlenmesi Şekil 3.8. Kullanılan kumun dane çapı dağılımı (Uncuoğlu, 2009) Şekil 3.9. Zeminin kap içerisine yerleştirilmesi (Uncuoğlu, 2009) Şekil Sıkı kum zemin kuru birim hacim ağırlığının belirlenmesi (Uncuoğlu, 2009) Şekil Numunelerin etüvde kurutulması Şekil Numunenin öğütülmesi Şekil Numunenin 10 no lu elekten elenmesi Şekil MÇ. 1 Muayene çukuruna ait dane çapı dağılımı Şekil Kıvam deneyi Şekil Piknometre deneyi Şekil Konsolidasyon deneyleri XI

14 Şekil Casagrande yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil 3.19.a.Janbu yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil 3.19.b.Janbu yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Tavenas yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil 3.21.a.Schmertmann yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil 3.21.b.Schmertmann eğrisi (Şenol, 1997) Şekil Schmertmann yöntemi ile ön konsolidasyon basıncının belirlenmesi (Şenol, 1997) Şekil Burmister eğrisi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Butterfield yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Van Zelst yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Eski yöntem (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Şenol yöntemi (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil Aşırı konsolidasyon oranıyla kayma mukavemeti, kayma deformasyonu arasındaki ilişki Şekil Kalıcı kayma mukavemetine aşırı konsolidasyon oranının etkisi Şekil Suya doygun olmayan zeminlerde konsolidasyonsuz-drenajsız deney sonuçları (TMMOB, 1989) Şekil Numunenin çıkartılması Şekil Numune çıkarıcı Şekil Kesme kutusu deney aleti Şekil Deneyden sonra numunenin görünümü Şekil Üç eksenli basınç deney hücresi (Özaydın, 2000) Şekil Üç eksenli basınç deneyi sonrası Şekil Üç eksenli basınç deneyi sonrası numunenin görünümü Şekil Arazi model deneyi (Tübitak Araştırma Projesi-106M496) Şekil Laboratuar model deneyi (Tübitak Araştırma Projesi-106M496) Şekil Standart penetrasyon deneyi Şekil SPT N değeri ile drenajsız kayma mukavemeti ilişkisi (Terzaghi ve Peck, 1967; Sowers, 1979) Şekil Presiyometre deneyi XII

15 Şekil Prob ve koruyucu hücre Şekil Kontrol ünitesi Şekil Menard tipi presiyometre takımı Şekil Kuyunun kalibrasyonu, enjekte edilen hacim ile oyuk hacmi arasındaki ilişki Şekil 3.47.a.Hacim kalibrasyonu deney (hacim grafiği düzeltme eğrisi) (Gürsoy, 1998) Şekil 3.47.b.Basınç kalibrasyonu deney grafiği (membran basıncı düzeltme eğrisi) (Gürsoy, 1998) Şekil 4.1. Kesme kutusu deneyinde rölatif sıkılığa bağlı olarak içsel sürtünme açısının değişimi Şekil 4.2. Farklı kumlarda içsel sürtünme açısı ile rölatif sıkılık arasındaki ilişkiler (Hilf, 1975) Şekil 4.3. Elek açıklığına bağlı olarak gradasyonu belirlenmiş kum zeminlerde yapılan kesme kutusu deney sonuçlarının karşılaştırması Şekil 4.4. Deney başı ve deney sonu su muhtevası değişiminin ön konsolidasyon basıncına etkisi Şekil 4.5. Ön konsolidasyon basıncının Casagrande metodu ile belirlenmesi Şekil 4.6. Ön konsolidasyon basıncının Janbu metodu ile belirlenmesi Şekil 4.7. Ön konsolidasyon basıncının Tavenas metodu ile belirlenmesi Şekil 4.8. Ön konsolidasyon basıncının Schmertmann metodu ile belirlenmesi Şekil 4.9. Ön konsolidasyon basıncının Butterfield metodu ile belirlenmesi Şekil Ön konsolidasyon basıncının Eski metot ile belirlenmesi Şekil Ön konsolidasyon basıncının Van Zelst metodu ile belirlenmesi Şekil Ön konsolidasyon basıncının Şenol metodu ile belirlenmesi Şekil mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi Şekil mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi Şekil mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi XIII

16 Şekil mm çapındaki numunelerin ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi Şekil Drenajsız kayma mukavemeti-düşey deplasman arasındaki ilişki Şekil %24-26 su muhtevalarında gerilme deformasyon eğrileri Şekil %26-28 su muhtevalarında gerilme deformasyon eğrileri Şekil Yeraltı su seviyesindeki numunelerde kayma mukavemeti (q u ) değişimi Şekil Kilde uygulanan kesme kutusu deney sonuçları Şekil Konsolidasyonsuz ve drenajsız (UU) üç eksenli deney sonuçları Şekil Arazi model deney verileri Şekil Arazi model deney verileri regresyon analizi Şekil Laboratuar model deney verileri Şekil Laboratuar model deney verileri regresyon analizi Şekil Arazi ve laboratuar model deney gerilme, oturma oranı karşılaştırması Şekil Ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi (Kayışlı Köyü) Şekil Ön konsolidasyon basınçlarının grafiksel gösterimi (Kayışlı Köyü) Şekil m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri (W=%27,5-28,5) Şekil m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri (W=%38,0-41,5) Şekil m derinlikten alınan numunelerin serbest basınç deney eğrileri (W=%43,0-45,5) Şekil Drenajsız kayma mukavemeti-su muhtevası arasındaki ilişki (Kayışlı Köyü) Şekil Konsolidasyonsuz ve drenajsız (UU) üç eksenli basınç deneyi sonuçları Şekil Presiyometre deneyi hacim, basınç değerleri (1.5 m derinlik) Şekil Presiyometre deneyinden bulunan PL, EPMT değerleri Şekil Derinlikle E PMT ve SPT N değerleri değişimi Şekil P L, E PMT değişimi XIV

17 Şekil 5.1. Tipik 2 boyutlu elemanlar Şekil 5.2.a.Düzlem şekil değiştirme (PLAXIS Manual, 2002) Şekil 5.2.b.Eksenel simetrik problem (PLAXIS Manual, 2002) Şekil 5.3. Zemin elemanlarındaki düğüm ve gerilme noktalarının pozisyonu Şekil 5.4. Kiriş elemanları Şekil 5.5. E 0 ve E 50 tanımları (Plaxis 2D V8-Manual) Şekil 5.6. Yükleme, boşaltma eğrisinden λ ve κ hesabı Şekil 5.7. p -q düzleminde Modifiye Cam kili modelinin akma yüzeyi Şekil 5.8. Üç eksenli basınç deney modelin basitleştirilmiş gösterimi 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 Şekil kpa hücre basıncı uygulanan analizin düşey deformasyon dağılımı Şekil kpa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli Plaxis analiz sonucu Şekil kpa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli Plaxis analiz sonucu Şekil kpa hücre basıncı uygulanan üç eksenli basınç deney modeli Plaxis analiz sonucu Şekil Konsolidasyon deney modelinin basitleştirilmiş gösterimi Şekil Farklı mesh durumlarında H/H0 - logp eğrileri Şekil Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Mohr-Coulomb modeli) Şekil Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Soft Soil modeli). 141 Şekil Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonucu (Modifiye Cam kili modeli) Şekil Konsolidasyon deney modeli Plaxis analiz sonuçları Şekil 6.1. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırılması (50 kpa hücre basıncı) XV

18 Şekil 6.2. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırması (150 kpa hücre basıncı) Şekil 6.3. Plaxis modeli ile laboratuar deneyinin karşılaştırması (200 kpa hücre basıncı) Şekil 6.4. Mohr-Coulomb modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile karşılaştırılması Şekil 6.5. Soft Soil modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile karşılaştırılması Şekil 6.6. Modifiye Cam kili modeli ile yapılan analiz sonuçlarının deney eğrisi ile karşılaştırılması XVI

19 XVII

20 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 D r V ε e e 0 e max e min E s φ : Rölatif sıkılık : Hacim değişimi : Deformasyon oranı : Boşluk oranı : Başlangıç boşluk oranı : Maksimum boşluk oranı : Minimum boşluk oranı : Özgül enerji : İçsel sürtünme açısı φ : Efektif içsel sürtünme açısı FPC : Koni presiyometre deneyi Ip : Plastisite indisi XVIII

21 MH : Yüksek plastisiteli silt N : Darbe sayısı Ns,200 : Tij sürtünmesini yenmek için harcanan darbe sayıları P : Efektif gerilme q c Q u RBST σ : Koni penetrasyon deneyi uç direnci : Kayma mukavemeti : Kaya sondaj kuyusu kayma deneyi : 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 γ son T τ USCS UU u w V w w ilk w L w P w S w son γ ilk γ kmax γ kmin γ n γ s : Son birim hacim ağırlık : Tork : Kayma gerilmesi : Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi : Konsolidasyonsuz ve drenajsız deney : Boşluk suyu basıncı : Özgül hacim : Su muhtevası : İlk su muhtevası : Likit limit : Plastik limit : Rötre limiti : Deney sonu su muhtevası : İlk birim hacim ağırlık : Maksimum kuru birim hacim ağırlık : Minimum kuru birim hacim ağırlık : Doğal birim hacim ağırlık : Dane birim hacim ağırlık XIX

22 1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ 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

23 1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ 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 σ ε u w V 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. 2

24 1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ 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. 3

25 1. GİRİŞ Günşad Müge İNALKAÇ 4

26 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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 Deneysel Çalışmalar 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 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 5

27 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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 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. 6

28 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ CD üç eksenli CU üç eksenli CD direkt kesme CU direkt kesme 40 BST (φ) (φ) 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 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 7

29 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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) 8

30 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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) 9

31 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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). 4e α = πd Şekil 2.5. Veyn deneyinde kullanılan bıçak ölçüleri göstermiştir. Sonuçlar ölçülen pik mukavemetlerin alan oranıyla ters orantılı olduğunu 10

32 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil 2.6. Champlain kili LaRochella et al (1973) Şekil 2.7. Sıfır örselenme tahmini değerleri (Cerato ve Lutenegger, 1987) 11

33 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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.a. Zemin kesiti (İyisan ve Ansal, 1996) Şekil 2.8.b. Arazi penetrasyon deneylerijk (İyisan ve Ansal, 1996) 12

34 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Dinamik Sonda Darbe Sayısı, N10 Şekil 2.9. SPT-N darbe sayısının N10 ile değişimi (İyisan ve Ansal, 1996) Şekil N darbe sayısının q c ile değişimi ve bağıntıların karşılaştırılması (İyisan ve Ansal, 1996) 13

35 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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. 14

36 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil DPH N' 200 SPT N korelasyonu (Kayalar ve arkadaşları, 1998) Şekil Kemalpaşa Deney Alanında DPH N' 200 SPT N ve Tork Bulguları (Kayalar ve arkadaşları, 1998) 15

37 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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) 16

38 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil 2.13.b. Ön konsolidasyon basıncını belirleme yöntemleri (Grafik yöntemleri) (Şenol ve Sağlamer, 2002) Şekil 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. 17

39 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil Şenol yöntemi ile Tavenas yönteminin korelasyon katsayılarının karşılaştırılması grafiği (Şenol ve Sağlamer, 2002) 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 (E PMT ) ve limit basınç (P L ) 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. 18

40 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil Kil zeminde E PMT değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009) Yapılan çalışmalarda E PMT rijitlik modülü ve P L limit basınç değerleri derinlikle artış göstermiştir. Şekil Kil zeminde P L değerleri (Bozbey ve Toğrol, 2009) 19

41 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil Kil zeminlerde N 60 ve E PMT değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve Toğrol, 2009) Araştırmacılar SPT deneyinden bulunan N değerinin düzeltilmesi ile N 60 değerini bulup yatay eksende göstermiş, düşey eksende ise aynı bölgelerde yapılan presiyometre deneyinden bulunan E PMT ve P L değerlerini göstermişlerdir. İki eksen de logaritmik olarak gösterilmiştir. İki deney verilerinde korelasyon yapılmıştır. Şekil Kil zeminlerde N 60 ve P L değerlerinin korelasyonu (Bozbey ve Toğrol, 2009) 20

42 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 2.3. Teorik Çalışmalar 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; 21

43 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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. 22

44 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Çalışmanın materyali üç ayrı araziden sağlanmıştır. Şekil 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. 23

45 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil 3.2. Kum malzemesinin dane yapısı Şekil 3.3. Deneysel çalışmalarda kullanılan kil (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) 24

46 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil 3.4.a. Kil zeminin alındığı arazi (Batı Adana Su Arıtma Tesisi) 25

47 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Şekil 3.4.b. Kil zeminin alındığı arazi (Kayışlı Köyü) 3.1. Arazi çalışmaları Kil zemin Batı Adana Su Arıtma Tesisinde zemin özelliklerinin belirlenmesi için arazide m derinlikte, 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) 26

48 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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 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 m de son bulmaktadır. Kayışlı Köyü arazisinde zemin özelliklerinin belirlenmesi için arazide m derinlikte, m genişlikte muayene çukuru (Şekil 3.5.c) ve 10 m,15 m 27

49 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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) 28

50 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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 29

51 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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 Klasik Laboratuar Deneyleri 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±5 0 C de etüvde kurutulmuştur. Deneyler Çukurova Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Zemin Mekaniği Laboratuarında yapılmıştır. 30

52 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Endeks Deneyleri (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 Geçen % ,01 0, Dane Boyutu (mm) Şekil 3.8. Kullanılan kumun dane çapı dağılımı (Uncuoğlu, 2009) 31

53 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ Çizelge 3.1. Elek analiz sonuçları (Uncuoğlu, 2009) Granülometri Parametreleri Birim Değer Kaba Kum Yüzdesi % 0.0 Orta Kum Yüzdesi % İnce Kum Yüzdesi % Efektif Dane Çapı, D 10 mm 0.18 D 30 mm 0.30 D 60 mm 0.50 Üniformluk Katsayısı, C u Derecelenme Katsayısı, C c Zemin Sınıfı - SP (2). Piknometre Deneyi Kumun dane birim hacim ağırlığını belirlemek için yapılan piknometre deneyleri sonucunda bu değer, 3 γ = s 26.8 kn / m olarak elde edilmiştir (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 (γ kmin ) 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 (γ kmax ) 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 32

54 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Günşad Müge İNALKAÇ 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 Sıkı kum zemin kuru birim hacim ağırlığının belirlenmesi (Uncuoğlu, 2009) D r max n = (3.1) e e max e e min γ max ( γ n γ min ) D r = (3.2) γ ( γ γ ) n max min 33