Zeminlerin Sıkışması ve Konsolidasyon

Transkript

1 Zeminlerin Sıkışması ve Konsolidasyon

2 2

3 Yüklenen bir zeminin sıkışmasının aşağıdaki nedenlerden dolayı meydana geleceği düşünülür: Zemin danelerinin sıkışması Zemin boşluklarındaki hava ve /veya suyun sıkışması Boşluktaki hava ve suyun dışarı çıkması sonucu danelerin birbirine yaklaşması ve zeminin toplam haciminin azalması. 3

4 4

5 5

6 Kompaksiyon: Boşluk hacminin azalması, yoğunluğun artması, hava çıkışı. Konsolidasyon: Zaman (t) faktörünü de içinde barındıran ve boşluklardaki suyun bir yük altında dışarı atılması. 6

7 İnce daneli zeminler: (Silt, kil) Permeabilite (geçirgenlik) ÇOK DÜŞÜK, Suyun dışarı çıkması ÇOK YAVAŞ, Konsolidasyon süresi ÇOK YAVAŞ. Zemin sıkışmasının hesaplanmasında: Gerilme Şekil değiştirme Zaman 7

8 Su doygun toprak kütlesi içinde her yönde hareket edebilir. Bu nedenle, temelde konsolidasyon 3 boyutlu ele alınması gerekmektedir. Bununla birlikte, topraktaki yanal devamlılığın fazla olması nedeniyle, yanal yönde suyun drene olması zordur. Bundan dolayı, suyun hareket yönünün düşey yönde ve 1 boyutlu olduğu, oturmanın da düşey yönde olduğu kabul edilir. 8

9 9

10 Konsolidasyon Deneyi Ödometre aleti kullanılarak konsolidasyon deneyi yapılmaktadır. Zeminin tabakalarının düşey yüklemeler altındaki sıkışması tek boyutlu (düşey doğrultuda) olduğu için deney sırasında yanal gerilmelere izin verilmemekte ve belirli düşey yükler altında zeminin boy kısalması hesaplanmaktadır. Ödometre deneyi, ince taneli toprakların 1 boyutlu konsolidasyon davranışının belirlenmesinde kullanılan bir deneydir. 10

11 20mm yükseklikte ve 75mm çapında örselenmemiş bir toprak numunesi, düşey yönde etkiyen yüklere tabi tutulur. Numunenin üst ve alt yüzeylerine yerleştirilen poroz (geçirimli) taşlardan zemin içindeki suyun düşey doğrultuda dışarı çıkması sağlanır. Yük uygulandıktan sonra bir süre sonra, su boşluklardan dışarı çıkmaya başlar. Uygulanan yükle meydana gelen düşey şekil değiştirmeler hassas bir okuma saatiyle zamana bağlı olarak ölçülür. 11

12 Yükleme Başlığı Uygulanan Yük Okuma Saati Hücre Su Numune Poroz Taşı Şekil 1 Ödometre deney aleti 12

13 13

14 14

15 Suyun boşluklardan dışarı çıkmaya başlamasıyla, gözenek suyu basıncında ve boşluk oranında azalmaya, etkin gerilmede ise artışa neden olacaktır. Deneye yükler artırılarak devam edilir (genelikle 2 kat artırılır). Ör: 50 kpa 100 kpa 200 kpa Her bir yükleme sonucunda oluşan oturme miktarı ve zaman değerleri kaydedilir. 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 Normal Konsolide killer (NC) Oluşumundan bu yana şimdi aldığı efektif gerilmeden daha yüksek bir gerilme almamış killere denir. σ o = σ p 22

23 Aşırı konsolide killer (OC) Oluşumu sırasında veya daha sonra, bugün almış olduğu gerilmeden daha yüksek gerilmeler almış olan killerdir. 23

24 Aşırı konsolidasyonun nedenleri 24

25 A 25

26 Casagrande Yöntemi Göz kararı eğrinin en küçük yarıçap değerine sahip olduğu nokta (A noktası) belirlenir. Bu noktadan yatay bir doğru çizilir (2), Birde bu noktaya teğet bir doğru çizilir (1). Bu iki doğrunun yapığı açının açı ortayı (3) ile konsolidasyon eğrisinin doğrusal kısmının uzantısının (4) kesiştiği nokta (5) ön konsolidasyon basıncı değerini vermektedir. 26

27 27

28 Konsolidasyon (Sıkışma) Parametreleri a) Hacimsel sıkışma katsayısı (m v ): Herhangi bir basınç artışı için, zeminin hacimsel sıkışma katsayısı (m v ) 28

29 29

30 b) Sıkışma İndeksi (C c ): Sıkışma eğrisinin eğimi, sıkışma indeksi olarak tanımlanan kaysayının değerini vermektedir. C c = e logσ = e 0 e 1 logσ 0 σ 1 Sıkışma Parametreleri: 1) Hacimsel sıkışma katsayısı (m v ) 2) Sıkışma İndeksi (C c ) dir. Tekrar sıkışma indeksi (C r ): yaklaşık olarak ödemetre deneyi eğirisinin boşaltma kısmının eğimine eşit olduğu kabul edilmektedir. 30

31 31

32 Konsolidasyon Oturmalarının Hesaplanması 1-Boyutlu Method: Suya doygun zemin Tek yönlü (düşey) yükleme. S c Konsolidasyon oturması H 32

33 H kalınlığında doygun kil tabakasını ele alacak olursa: Zemin üzerindeki inşaata bağlı olarak toplam düşey gerilme dz kalınlığında ve z derinliğinde ki tabakada Δσ le yükselmektedir. Yatay gerilmenin sıfır olduğu farzedilmektedir. Konsolidasyon tamamlandıktan sonra e- σ grafiğinde gözlemlenmektedir ki gerilme σ 0 dan σ 1 yükselmekte, boşluk oranı ise e 0 dan e 1 düşmektedir. S c Konsolidasyon oturması z H Δσ dz 33

34 σ 0 : Konsolidasyon başlamadan önceki efektif gerilme. σ 1 : Konsolidasyon sona erdikten sonraki efektif gerilme. e 0 : Konsolidasyon başlamadan önceki boşluk oranı. e 1 : Konsolidasyon sona erdikten sonraki boşluk oranı. Hacimdeki azalma (her birim hacmindeki (kil için)): V V 0 = e 1+e 0 = e 0 e 1 1+e 0 Hacimdeki azalma ve katman kalınlığındaki azalma eşit olur (yanal gerilme sıfır kabul edildiği için): H H 0 = V V 0 e 0 e 1 1+e 0 S c H 0 = e 0 e 1 1+e 0 S c = H 0 ( e 0 e 1 ) (1) 34 1+e 0

35 dz kalınlığındaki tabakadaki oturma : ds c = e 0 e 1 1+e 0 dz Üst ve alt (σ 1 - σ 0 ) çarpılırsa. ds c = e 0 e 1 1+e 0. σ 1 σ 0 σ 1 σ 0.dz m v ds c = m v Δσ dz H kalınlığındaki konsolidasyon oturması: S c = m v Δσ H (2) 35

36 Normal konsolide killer için de: Formül 1 ve c c kullanılarak; S c = H c c 1+e 0 log σ 1 σ 0 (3) 36

37 Konsolidasyon oturmaları denklemleri S c = H 0 ( e 0 e 1 1+e 0 ) S c = m v Δσ H (1) (2) S c = H c c 1+e 0 log σ 1 σ 0 (3) Denklem 1 : Tüm kil çeşitleri için kulanılabilir. Denklem 2 : Tüm kil çeşitleri için kulanılabilir fakat m v gerilme aralıklarında değişime uğramaktadır. Denklem 3 : Sadece normal konsolide killer için kullanılır. 37

38 e e 0 Δe e 1 σ 0 σ 1 Δσ H : Kil tabakasının kalınlığı. e 0 : Herhangi bir operasyondan önceki boşluk oranı. e 1 : Uzun yıllar sonraki boşluk oranı. σ 0 : Herhangi bir operasyondan önceki efektif gerilme. σ 1 : Uzun yıllar sonraki efektif gerilme. m v : Hacimsel sıkışma katsayısı. 38

39 Aşırı konsolide killerde oturma İlk zeminde ön konsolide basıncının olup olmadığına kontol ederiz. Eğer σ 0 + Δσ σ p S c = c r H 0 1+e 0 log σ 0 + Δσ σ 0 Eğer σ 0 + Δσ > σ p S c = c rh 0 1+e 0 log σ p σ 0 + c r H 0 1+e 0 log σ 0 + Δσ σ p 39

40 Ortalama Konsolidsyon Yüzdesi Yapılar altında meydana gelmesi beklenen oturmaları incelerken bunların ilerleme hızını ve nihai (final) oturmanın ne kadar süre içinde meydana geleceğini de hesaplamamız gerekmektedir. 40

41 kum H kil kum 41

42 Herhangi bir z derinliğinde konsolidasyon başlangıcından (t) kadar bir süre geçtikten sonra bütün tabakalariçin ortalama konsolidasyon yüzdesi: U = Olarak ifade edilir. t zamanda sıkışma nihai final sıkışma Buna göre ortalama konsolidasyon yüzdesi, U; A 1 A 2 U = A 2 A 1 +A 2 Çift drenajlı bir sıkışan tabaka boyunca herhangi bir t zamanda boşluk suyu basıncı dağılımını gösteren eğrinin sağ tarafında kalan alan (A 2 ) o ana kadar sönümlenmiş su basıncını, so tarafta kalan alan (A 1 ) ise geriye kalan su basıncını göstermektedir. 42