Ders: 1 Zeminlerin Endeks Özellikleri. Doç. Dr. Havvanur KILIÇ İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı

Transkript

1 Ders: 1 Zeminlerin Endeks Özellikleri Doç. Dr. Havvanur KILIÇ İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı

2 Zeminlerin Oluşumu Temel zemini; masif kaya ve kayaların parçalanarak gelişmesinden doğan ufak daneciklerin yığınından oluşmuştur. Zeminler, kayaların ayrışarak parçalanmasından oluşmaktadır. Bu ayrışma işlemi fiziksel ve kimyasal yollarla olmaktadır. Yer yüzünün yüzeysel bütün kayaları; don, yağmur ve ısı değişiminin yıkıcı etkileri ile rüzgar, buz, yerçekimi ve akarsuların sürükleme etkilerine uğrar. 2

3 Zeminlerin Oluşumu Zeminin çeşitli oluşum araçlarından en önemlisinin akarsular olduğu bilinir. Akarsular bir göl veya denize ulaştıklarında, taşınan zemin daneleri suyun hızı yeter ölçüde azaldığında; önce büyük, sonra küçük daneler olmak üzere derecelenerek çökelir. 3

4 ZEMİN MÜHENDİSLİĞİ PROBLEMLERİ Temeller ile ilgili problemler Zeminlerin inşaat malzemesi olarak kullanılması Kazılar ve Şevler İstinat Yapıları Yeraltı Yapıları JEOLOJİ, ETÜD DENEYİM EKONOMİ + MÜHENDİSLİK SAĞDUYUSU ÇÖZÜM 4

5 Zemin Nedir? Zemin kayaların ayrışması sonucu oluşan katı daneler ile bunlar arasındaki su ve/veya hava dolu boşluklardan meydana gelen, içinde organik maddeler içerebilen doğal malzemelerdir. Eğer daneler çok iri ve çimentolanma etkisiyle birbirine yapışık haldeyse kaya veya taş adını alır. Su Dane Hava 5

6 Zemin malzemesi Zeminler mekanik davranışları çok geniş bir aralıkta değişebilen çok heterojen ve karmaşık malzemelerdir. Zeminler lineer veya tek bir gerilme-şekil değiştirme ilişkisine sahip değillerdir. Zemin davranışı basınç, zaman ve çevreye bağlıdır. Zemin her yerleşimde farklıdır. 6

7 Oluşma Biçimlerine Göre Zeminler Rezidüel (Yerinde oluşmuş) Taşınmış Zemin Taşınma Türü: Rüzgar Deniz (Deniz tuzu) Göl (fresh water) Irmak Buz Özel adı: Aeolian Marine Lacustrine Alluvial Glacial 7

8 Laboratuar Deneylerinin Organizasyonu Zemin Özellikleri Fiziksel (Zemin Karakteristikleri) Mekanik Su Muhtevası Birim Ağırlık Özgül Yoğunluk Dane Dağılımı Atterberg Limitleri Permeabilite Sıkışabilirlik Mukavemet (Kayma) Geoteknik Mühendisliği Yapı Mühendisliği Temel Mühendisliği Çevre Mühendisliği (Zemin Sınıflandırması) Geoteknik Mühendisliği Yapı Mühendisliği Temel Mühendisliği 8

9 Zeminlerin Endeks Özellikleri Zeminleri daha iyi tanımlayabilmek için kullanılan bazı basit fiziksel ve kimyasal özelliklerdir. Dane Özellikleri Dane biçimi Dane çapı Dane çapı dağılımı Mineralojik özellikleri Kütle Özellikleri Zemini oluşturan katı, sıvı ve gaz kısımların birbirine göre hacim veya ağırlık oranları, zeminin dokusu, Zemin kıvamı Zemin iç yapısı gibi özellikler. 9

10 Zemin daneleri birbirlerine yaklaşarak kaynaştıklarında, zemin yapı veya iskelet ini oluştururlar. Zemin iskeleti Bağımsız zemin daneleri Yükler zemin iskeletine yüklendiğinde deformasyonlar oluşur. 10

11 Zemin iskeleti Zemin Daneleri Boşluklar (hava) Boşluklar (su) 11 11

12 Dane Biçimi İri Daneli Zeminler Köşeli Yarı köşeli Yarı Yuvarlak Yuvarlak 12

13 Dane Biçimi İnce Daneli Zeminler Killer ve siltler Plaka şeklinde Spesifik Yüzey= Yüzey alanı/hacim Örneğin: Özgül ağırlığı Gs = 2.7 olan zemin için 10 mm küp 1 mm küp Özgül yüzey = mm 2 /g Özgül yüzey = mm 2 /g Dane Kalınlığı Dane Çapı Spesifik Yüzey Kil minerali (x.10-6 mm) (x.10-6 mm) (m 2 /gr) Kaolin Klorit İllit Montmorillonit

14 Kil partikülleri Köşe kenar ilişkisi Yüz yüze değme 14

15 Dane Tipleri ve Daneler Arası Bağlar Zemin Tipi Dane Tipleri Daneler arası bağlar Kaba Daneli Zeminler{ Çakıllar Kumlar Kuartz ve Feldispat (Yuvarlak veya köşeli) Kuartz ve Feldispat (Yuvarlak veya köşeli) Sürtünme Sürtünme ve kimyasal { İnce Daneli Zeminler Siltler Çoğunlukla kuartz Sürtünme, kimyasal ve elektriksel Killer Mika, kaolinit, bentonit (Çok küçük düzlemsel daneler) Kimyasal ve elektriksel 15

16 Başlıca Zemin Grupları Kohezyonlu Zeminler Granüler zeminler veya Kohezyonsuz zeminler Kil Silt Kum Çakıl Taş Kaya Dane Boyutu (mm) İnce Daneli zeminler Kaba Daneli zeminler 16

17 Zeminlerin Dane Çapı Aralıkları Zemin cinsi Dane boyutu (mm) Çakıl Kum Silt Kil <

18 Dane Çapı Dağılımı Tabii zeminler değişik boyutlarda danelerin bir karışımında oluşmaktadır. Zeminlerde dane çapı dağılımının belirlenmesi: Kaba daneli zeminlerde... Elek Analizi ile İnce daneli zeminlerde... Hidrometre analizi ile Elekler hidrometre Elek Analzi Elek Sarsma aleti Hidrometre Analizi zemin/su süspansiyonu 18

19 Dane Çapı Dağılımı Eğrisi Elek No. 80 Elekten Geçen (%) Elek Analizi Çökeltme Analizi Dane Çapý (mm) 19

20 Dane Çapı Dağılımının Önemi Zeminin Su geçirgenliği Zeminin Mukavemeti Zeminin Sıkışabilirliği Zemin içinde kapiler su yükselmesi Zeminlerin dondan etkilenmesi Zeminin su geçirgenliğine bağlı olarak yük altında sıkışma hızı Yukarıdaki özelliklere göre malzeme seçimi Zeminlerin sınıflandırılması 20

21 Elek Analizi Araziden alınan örnekler üzerinde labaratuar deneyleri yapılır. Araziyi temsil edecek numune üzerinde deney yapılmalıdır. İri daneli zeminlerdeki dane çapı (boyutu) dağılımını bulmak için kullanılır. Kuru zemin standart açıklıklara sahip bir seri elekten geçiriliyor. Eleme işlemi yapılırken danelerin birbirinden ayrık olmasına dikkat edilmelidir. Her bir elek üzerinde kalan miktar tartılarak belirlenir. Toplam kuru ağırlığa bölünerek ağırlık oranları hesaplanır. 21

22 22

23 23

24 Başlıca Standart Elek Çapları Elek No Elek Açıklığı (mm)

25 Dane çapı dağılımı (Granülometre) eğrisi Grain Size Distribution Curves D 60 D 30 D mm 0.4 mm 0.8 mm mm 0.15 mm

26 Uniformluk ve Derecelenme Katsayıları Granülometri eğrisinden çakıl,kum ve ince daneli zeminlerin ağırlıkça yüzdeleri(%) bulunabilir D 10, D 30, D 50,D 60 değerleri zemin içindeki danelerin %10, %30, %50 ve %60 nın daha küçük olduğu çap değerleridir. D 10 = efektif dane çapı D 50 = ortalama dane boyutu olarak adlandırılmıştır Dane çapı eğrilerinin biçimini tanımlayabilmek için bazı katsayılar C u (Üniformluk katsayısı) ve C c (Derecelenme katsayısı) tariflenmiştir. C u = Üniformluk katsayısı zeminin iyi mi kötü mü derecelendiğini, C c = Derecelenme katsayısı ise eğrinin biçimini göstermektedir. C u = D D C c = 2 D30 ( D )( D )

27 İyi ve Kötü Derecelenmiş Zeminler İyi Derecelenmiş Zeminler Geniş bir aralıkta dane çapı içerenler Çakıllar: C c = 1-3 & C u >4 (İyi derecelenmiş çakıllar) Kumlar: C c = 1-3 & C u >6 (İyi derecelenmiş kumlar) Kötü Derecelenmiş Zeminler İki farklı şekilde olabilir: (a) Üniform zeminler Danelerin büyük bir çoğunluğu küçük bir çap aralığında olan zeminler (b) Belirli bir boyut aralığında dane çapı içermeyen zeminler 27

28 Tabii Zeminlerin Dane Çapı Dağılımı Elek No. Elekten Geçen (%) İyi Derecelenmiş Ýyi Derecelenmiþ Kötü Kötü Derecelenmiþ Derecelenmiş 20 Uniform Üniform Dane Çapý (mm) 28

29 Hidrometre (Islak)Analizi Hidrometre Yöntemi 151H veya 152H Pipet Yöntemi L =30 29

30 Hidrometre Deneyi İnce daneli zeminlerin (siltler ve killer) dane çapı dağılımını deneysel olarak belirlemek üzere amacıyla kullanılan yöntemlerdir. Belirli miktarlarda zemin ve su ile hazırlanmış süspansiyon içindeki küresel katı maddelerin yoğunluğu farklı zamanlarda bir pipetle numune alınarak veya süspansiyona hidrometre batırılarak ölçülür. Süspansiyonda kalan danelerin çapı Stoke kanunu kullanılarak, 3000h vl D = g ( G-1)10T hesaplanabilmektedir. w 30

31 Bu eşitlikte D = g w 3000h L ( G-1)10T L Yoğunluğun ölçüldüğü derinlik, T Ölçüm zamanı h v Suyun vizkozitesi g w Suyun tabii birim hacim ağırlığı G Danelerin özgül yoğunluğu v Danelerin birbirine yapışmasını önlemek amacıyla süspansiyona sodyum hexametafosfat bir katkı katılmaktadır. 31

32 Hidrometre Deneyi (Devamı) Hidrometre deneyinde 50 g zemin ile 1000 ml lik bir zemin-su süspansiyonunda 20 0 C lik oda sıcaklığında danelerin oturması izlenmektedir. Okumalar 15, 30, 60 saniyelerde ve sonra 2, 5, 15, 30 and 60 dakika zaman aralıklarında alınmaktadır. 32

33 33