ZEMİNLERİN SINIFLANDIRILMASI

Transkript

1 ZEMİNLERİN SINIFLANDIRILMASI Sınıflandırma; zemini birkaç harf veya sayı ile isimlendirerek ortak bir dil oluşturma işlemidir. TÜRK STANDARDI TS1500/2000 İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNDE ZEMİNLERİN SINIFLANDIRILMASI Sınıflandırma sistemlerinin geliştirilmesinde Amerikan etkisi görülüyor Atterberg Kıvam Limitleri (Ziraat Mühendisliğine Yönelik) 1945 II. Dünya Savaşı sırasında Amerikan ordusu istihkam dairesi (US Corps of Engineers) İri daneli zeminlerin dane dağılımına İnce daneli zeminlerin plastisiteye göre ayırımı yaklaşımı Birleştirilmiş Sınıflandırma (USCS) Amerikan Federal Havacılık Ajansı (FAA) 1928 Amerikan Kamu Karayolları Bürosu (US BPR) 1945 Amerikan Eyalet Karayolları Memurları Birliği (AASHO) Trafik Görevlileri (AASHTO) SEDAT SERT 1

2 Üçgen Sınıflandırma Sistemi Zeminin içerdiği kum, silt ve kil yüzdeleriyle eksenel olarak diyagrama girilir ve bunların kesiştiği noktadaki ad zemine verilir. Burada Lem %20 den az kil içeren, bu nedenle tarımda kolayca işlenebilir toprağa verilen addır. İnşaat mühendisliğinde 1920 lerde kullanılmıştır. %20 kil %30 silt %50 Kum lem Kıvam Limitleriyle Sınıflandırma mm (No.200) elekten geçenlerin oranının %50 veya daha fazla olduğu zeminler ince daneli olarak kabul edilir ve sınıflamada kıvam ana kriter olarak kullanılır. Kıvam limiti deneyleri (likit limit ve plastik limit) numunenin mm (No.40) elekten geçen kısmı üzerinde yapılır. Birleştirilmiş sınıflandırma sisteminde likit limit 50 den küçükse düşük plastisiteli (L), büyük eşitse yüksek plastisiteli (H) zemin denir (w L <50 ise L, w L 50 ise H). TS1500/2000 de zeminler likit limit değerine göre düşük (L), orta (I) ve yüksek (H) plastisiteli olarak adlandırılırlar (w L <35 ise L, 35 w L 50 ise I, w L >50 ise H). SEDAT SERT 2

3 PLASTİSİTE KARTI (TS1500/2000) A: I = 0.73 ( w 20) p Ü : I = 0.90 ( w 8) p L L I = 0.73 ( w 20) A doğrusunun denklemi (killer A doğrusunun p L üstünde, siltler altında yer alır) Ip = 0.90 ( wl 8) Ü doğrusunun denklemi Casagrande plastisite kartı >%50 ince kıvam İngiliz (BS5930) plastisite kartı SEDAT SERT 3

4 Karayolları Zemin Sınıflandırması (AASHTO) Bu sınıflama sistemi ilk olarak ABD de tarif edilmiştir. Bu sistemde önce soldan sağa sonrada yukarıdan aşağıya eleme işlemi gerçekleştirilir. Zeminin sınıfı bulunduktan sonra grup indisi belirtilir. A-5, A-2-5 vbo. Karayolları Zemin Sınıflandırması (AASHTO) 1928 Amerikan Kamu Karayolları Bürosu (US BPR) 1945 Amerikan Eyalet Karayolları Memurları Birliği (AASHO) Trafik Görevlileri (AASHTO) Günümüzde uygulandığı şekliyle AASHTO karayolları sınıflandırma sistemine göre zemin No.200 (74 mikron), No.40 (0.425 mm), No.10 (2 mm) elekten geçen yüzdeleri, kıvam limitleri ve bunların bileşimi olan Grup İndisinin kullanımı ile sınıflandırılır. Grup İndisi negatif bulunursa sıfır kabul edilir. [ L ] [ P ] G. I. = ( F 35) ( w 40) ( F 15)( I 10) F: Yüzde İnce SEDAT SERT 4

5 İnce=%80 w L =50 IP= 20 A=11.25 B=6.5 G.I.= =17.75 Çizelge ile kullanımda önce zeminin ince içeriği yüzdesi ve likit limit değeri ile girilir ve bunları birleştiren doğrunun soldaki düşey ölçeği kestiği yerden A sayısı okunur. Sonra yine ince içeriği ve plastisite indisini birleştiren doğrunun uzantısından B sayısı okunur. Grup İndisi GI=A+B şeklinde bulunur. [ ] [ ] L [ ] [ F P 20 ] G. I. = ( F 35) ( w 40) ( F 15)( I 10) G. I. = ( 80 35) ( 50 40) ( 15)( 10) G. I. = A-2-6 ve A-2-7 guruplarında G.I. sadece plastisite indisi değeriyle bulunur. AASHTO SEDAT SERT 5

6 I P w L SEDAT SERT 6

7 DANELİ GEREÇ %35 veya azı <No.200 No.200 geçeni % 25 ten az A-2 No.200 < % 35 Elek Analizi ve No.40 Malzemede w L ve w P No.40 Elekten Likit ve Plastik Limit Yap No.40<50 A-1 No.40>51 Siltli IP<10 Killi IP>11 IP<6 No200 < 15 No 40 < 30 No 10 < 50 IP<6 No200 < 25 No 40 < 50 NP Plastik Özellik Göstermiyor No 200 < 10 Likit Limit w L < 40 Likit Limit w L > 41 Likit Limit w L < 40 Likit Limit w L > 41 A-1-a A-1-b A-3 A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 SİLTLER-KİLLER % 36 dan fazlası < No. 200 No.40 Elekten geçen bölümde Likit ve Plastik Limit Yap SİLT IP<10 KİL IP>11 Likit Limit w L < 40 Likit Limit w L > 41 Likit Limit w L < 40 A-7 w L > 41 IP (w L -30) veya w P 30 IP > (w L -30) veya w P < 30 A-4 A-5 A-6 A-7-5 A-7-6 SEDAT SERT 7

8 Casagrande 1948 ASTM 1984, 2001 Birleştirilmiş Sınıflandırma Sistemi (Unified Soil Classification System, USCS) a) Malzemenin No.200 elekten geçen yüzdesi b) İri bölümün No.4 (4.76 mm) elek üzerinde kalanı (USCS), [No.10 (2 mm) elek üzerinde kalanı (TS1500/2000)] c) Dane dağılımı kriterleri C u ve C r d) Kıvam limitleri (doğal su muhtevasında ve kurutulmuş örnekler üzerinde deneyle) e) No.40 elekten geçen bölümün plastisite kartındaki yeri f) Organik madde içeriği Bu kriterlerin uygulanması sonucunda zemin, iri daneli, ince daneli, organik zemin ve turba olarak dört ana gurupta toplanmakta ve numuneye iki veya dört harfli bir isim verilmektedir. GW, SM Ovb. G: Çakıl M: Silt H: Yüksek Plastisiteli zemin S: Kum O: Organik madde L: Düşük Plastisiteli zemin C: Kil Pt: Turba Zemin W: İyi derecelenmiş zemin P: kötü derecelenmiş zemin. Dane Boyutuna Göre Ayırım (ASTM) İsim Blok Taş Çakıl (G) Kum (S) İnceler Boyut D>300 mm 75<D<300 mm 4.76<D<75 mm 0.076<D<4.76 mm < mm Silt (M) ve kil (C) inceler olarak nitelendirilmekte, bunlar için dane boyutu ayırımı verilmemektedir. Malzemenin yarısından fazlası No.200 elek üzerinde kalıyorsa zemin kaba daneli, yarısı veya daha azı No.200 elek üzerinde kalıyorsa ince daneli. İri daneli zeminlerde, C u 6 (kumlarda), C u 4 (çakıllarda) ve ayrıca her iki gurupta 1 C r 3 olan zeminler iyi derecelenmiş (W), C u ve C r den herhangi biri buna uymazsa üniform (P) simgesi alırlar. wl kurutulmuş < 0.75 ise organik zemin (O) w Ldoğal Dane Boyutuna Göre Ayırım (TS1500/2000) İsim Sembol Boyut Elek No Çakıl G mm No. 10 Kum S mm No. 200 Silt M mm Çöktürme Kil C < 2 µm Analizi SEDAT SERT 8

9 Birleştirilmiş sistemde plastisite kartı SEDAT SERT 9

10 TS1500/2000 e göre Sınıflandırma 1) Malzemenin No.200 elekten geçen yüzdesi 2) 2 mm elek üzerinde kalanı (TS1500/2000), 3) Dane dağılımı kriterleri C u ve C r 4) Kıvam limitleri (doğal su muhtevasında ve kurutulmuş örnekler üzerinde deneyle) 5) No.40 elekten geçen bölümün plastisite kartındaki yeri 6) Organik madde içeriği Bu kriterlerin uygulanması sonucunda zemin, iri daneli, ince daneli, organik zemin ve turba olarak dört ana gurupta toplanmakta ve numuneye iki veya dört harfli bir isim verilmektedir. Kum mm Kil, Silt L, I, H CL-ML simgesi yok SEDAT SERT 10

11 İri daneli zeminlerin sınıflandırılması için akış diyagramı (%50 ve fazlası 75 mm den büyük) İnce daneli zeminlerin sınıflandırılması için akış diyagramı (%50 ve fazlası 75 mm den küçük) İri dane oranı SEDAT SERT 11

12 PLASTİSİTE KARTI (TS1500/2000) A: I = 0.73 ( w 20) p Ü : I = 0.90 ( w 8) p L L I = 0.73 ( w 20) A doğrusunun denklemi (killer A doğrusunun p L üstünde, siltler altında yer alır) Ip = 0.90 ( wl 8) Ü doğrusunun denklemi İnce daneli zeminlerin sınıflandırılması için akış diyagramı (%50 ve fazlası 75 mm den küçük) SEDAT SERT 12

13 İri dane oranı İri dane oranı SEDAT SERT 13

14 İri dane oranı İri daneli zeminlerin sınıflandırılması için akış diyagramı (%50 den fazlası 75 µm den büyük) SEDAT SERT 14

15 KILAVUZ %50 İri daneli zeminler: Çakıl %50 Kum NO mm NO mm İnce daneli zeminler: Silt Kil Dane dağılımı PL, LL C u Plastisite Kartı C r No200 den geçen < %5 No200 den geçen >%12 LL > LL 50 LL < 35 Gerekli deneyler: Elek Analizi Kıvam Limitleri SEDAT SERT 15

16 Semboller Zemin Sembolleri: G: Çakıl S: Kum M: Silt C: Kil O: Organik Pt: Turba Likit Limit Sembolleri: H: Yüksek Plastisiteli (LL>50) I: Orta Plastisiteli (35 LL 50) L: Düşük Plastisiteli (LL<35) Dane Dağılımı Sembolleri: W: Düzgün dane dağılımlı P: Kötü derecelenmiş Örnek: SW, Düzgün dane dağılımlı kum SC, Killi kum SM, Siltli kum, MH, Elastik silt Düzgün dane dağılımlı zemin 1 C 3 ve C 4 r ( çakıllar için) 1 C 3 ve C 6 r ( kumlar için) u u TS /2006 İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri-Bölüm 1: Fiziksel Özelliklerin Tayini 2. Zemin Sınıflandırma Deneyleri 2.1. Deney 1 Su Muhtevasının Ölçümü 2.2. Deney 2 Likit Limitin Ölçümü 2 (A) Önerilen Metod (Konik Penetrometre) 2 (B) Yedek Metod (Casagrande Metodu) 2.3. Deney 3 Plastik Limitin Ölçümü ve Plastisite İndisinin Bulunması 2.4. Deney 4 Tek Eksenli Büzülmenin Ölçümü 2.5. Deney 5 Zemin Danelerinin Özgül Ağırlığının (Bağıl Yoğunluk) Ölçümü 5 (A) İnce Daneli Zeminler İçin Deney Metodu 5 (B) Orta ve İri Daneli Zeminler İçin Deney Metodu 2.6. Deney 6 Dane Çapı Dağılımının Bulunması 6 (A) Standart Metod (Yıkamalı Eleme Metodu) 6 (B) Kuru Eleme Metodu 6 (C) İnce Daneli Zeminler İçin Önerilen Metod (Pipet Metodu) 6 (D) İnce Daneli Zeminler İçin Yedek Metod (Hidrometre Metodu) SEDAT SERT 16

17 Büzülme limitinin plastisite kartından bulunması: (-43.5, -46.4) PROBLEM 1. Kurutulmuş 500 g. zemin örneğinde yapılan elek analizinin alınan tartı sonuçlarına göre: Dane dağılımı eğrisini çiziniz; üniformluluk, süreklilik katsayılarını; ve çakıl, kum, silt-kil yüzdelerini bulunuz. ASTM Elek 1 ½ ¼ No4 No10 No20 No50 No100 No200 Metrik Eşdeğer (mm) Elekte Kalan (g) D (mm) KALAN (g) GEÇEN (g) % GEÇEN (% P) SEDAT SERT 17

18 % GEÇEN DA NE BOYUTU D = 0.22 mm D = 0.15 mm D = mm Üniformluk katsayısı Süreklilik katsayısı D Cu = = = 3.3 D D Cr = = = 1.53 D D G: %10.5 S: %77.6 C+M: %11.9 PROBLEM 2 k. Aşağıda elek analizi sonuçları verilen zemini TS 1500/2000 e göre simgelendiriniz. Elek Çapı D (mm) Tava Kalan ( g ) w L =35 w p =30 D (mm ) KALAN GEÇEN % P TAVA % P DANE BOYUTU C+M= %18 S= %47 G= %35 C+M<S+G Kum yüzdesi çakıldan fazla İnceler % 18 > % 12 SM veya SC olabilir (bkz. Sonraki sayfa) w L =35 ve I P =w L -w P =35-30=5 ile plastisite kartında inceler MI SM SEDAT SERT 18

19 IP=w L -w P =35-30=5 İNCELER = M PROBLEM 3. Dane dağılımı ve kıvam limitleri verilen zemini AASHTO ve TS1500/2000 e göre simgelendiriniz. Elek (mm) w L =5 0 % Geçen w P =29 Çakıl:100-41=%59 Kum:41-14=%27 Silt+Kil=%14 No.200=%14 No.40=%37 No.10=%41 D 10 =0.06 mm D 30 =0.22 mm D 60 =8.5 mm IP=50-29=21 TS1500/2000 İri Çakıl%>Kum% İnceler>%12 İnceler MI GM-Siltli Çakıl ve Az Kum SEDAT SERT 19

20 AASHTO ÇÖZÜM GI=A+B=0 HEPSİ OLABİLİR No10=%41 HEPSİ OLABİLİR No40=%37 A-1-a ve A-3 OLAMAZ No200=%14 A-4, A-5, A-6, A-7 OLAMAZ w L =50 A-2-4, A-2-6 OLAMAZ IP=21 A-1,A-2-5 OLAMAZ --- A PROBLEM 6. Dolgu malzemesi olarak kullanılacak bir zemin A-2-6 olarak sınıflandırılmıştır. Zeminin TS 1500/2000 e göre alacağı simgeyi bulunuz. Daneli Malzeme:200 nolu elekten geçen malzeme %35 veya daha az olmalı, No.200=%34 seçildi. No.40 altına geçen kısmın özellikleri: w L =40max 35 seçilir I P =11min 13 Grup İndisi: GI=4 max GI A+B w L =35, I P =13 ve no.200=34 ile A=0.75, B=0 4 > >0.75 SAĞLANDI TS1500/2000; %50 den fazlası 200 nolu elek üstünde kalıyor:iri Daneli w L =35 I P =13 ile plastisite kartından:a doğrusu üstünde ve inceler CL-CI No.200 den geçen %12 den fazla : %34 > %12 GC SEDAT SERT 20

21 SEDAT SERT 21

22 PROBLEM 4. Bir zemin SP-SC olarak sınıflandırılmıştır. Maksimum dane çapı 3 mm dir. Bu zeminin dane dağılımı eğrisini ve kıvam limitlerini tahmin ederek AASHTO sistemine göre simgesini belirleyiniz. a) D max =3 mm b) Çift simge için No.200 den geçen miktarın %5 ile %12 arasında olması gerekiyor. -74µm=%10 seçelim. c)üniform zemin için (SP) C u <6 ve 1>C r >3 olmalı Efektif çap D 10 =0.074mm C u =5 için D 60 =5*0.074=0.37mm d)süreklilik Katsayısı C r =0.8 kabul edelim D60xD x0.074 D30 = = = 0.19mm C 0.8 e) SC için Atterberg Limitleri A doğrusu üstünde ve I P >4 koşulu getirilmiştir. w L =35 I P =15 seçelim. r % P a a c c d d b DANE BOYUTU AASHTO -No.200=%10 Daneli Malzeme -No.40=%64 w L =35 ve I P =15 A-2-6 EK SORU: Elek analizi ve Likit limit deney sonuçları aşağıdaki tablo ve grafikte verilen zeminin sınıfını TS1500/2000 e göre tayin ediniz (w P =25). Elek ÇapKalan (mm) (gr) Tava 4 Su Muhtevası, w, (%) Log N 100 SEDAT SERT 22

23 Elek Çap Kalan Geçen Geçen (mm) (gr) (gr) (%) Tava Su Muhtevası, w, (%) % Geçen D 30 =0.34mm 1 10 D Dane Boyutu, mm 10 =0.1mm D 60 =1 mm 2 2 D60 1 D Cu = = = 10 Cr = = = = D 0.1 D D Çakıl: %26, Kum: %66, İnce (Kil+Silt): % Log N 100 Likit Limit =Casagrande aletinde 25 vuruşa karşılık gelen su muhtevası (w L =%55, w P =25) I P =55-25=30 % İri (Çakıl+Kum) > % İnce (Kil+Silt) İri Daneli Zemin (G veya S) % Kum > % Çakıl Kum (S? Simgesi Alacak) İnceler %5 ile %12 arasında (%8) Çift Simge (S?-??) Cu 6 ve 1 Cr 3 koşulu sağlanıyor SW-?? İnceler Plastisite Kartında CH SW-SC Çakıl Oranı %15 den fazla Düzgün Dane dağılımlı Kum ve Az Kil ve Az Çakıl I P =w L -w P =55-25=30 İNCELER = C SEDAT SERT 23

24 PROBLEM g. ağırlıkta zemin örneği elek ve pipet analizinde aşağıdaki okumaları vermiştir. Çökeltme deneyinde No.200 elek altına geçen bölümün sadece 50 gramı kullanıldığına göre, dane dağılım eğrisini çiziniz. Elek Üstte kalan Örnek alma (s) s57 7s47 Kuru örnek (g) Önce elek analizi sonuçları yandaki gibi değerlendirilir. 74 µm elekten malzemenin % 54 ü geçtiğine göre pipet sonuçları bu yüzde ile düzeltilmelidir. Pipet deneyinde dane çapı; 2 z g ( ρs ρw) D v = = t 18η D (mm) KALAN (g) GEÇEN (g) % P Stokes formülüne z=10 m; g=9.81 cm/sn 2 : ρs=2.65 g/cm3; η 0.01 g değerlerini yerleştirip taraf değiştirerek kurutulduğunda- : D = M s t ( cm) bağıntısından hesaplanabilir. Çökeltme başlamadan 1000 cm 3 hacımlı kaba 50 g kuru örnek koyulduğuna göre homogen karışımda zemin yoğunluğu 50 Φ= = = V 1000 Buna karşın, çökelme başlatıldıktan sonra dibe çöken daneler nedeniyle karışımda zamana bağlı yoğunluk azalacaktır. Her kez 10 cm3 örnek alınıp, fırında Ms Ms φ = = = 0.1Ms V 10 Böylece her t zamandaki dane yoğunluğu başlangıçtaki yoğunluğa oranlanarak % inceler * Φ P = x100 φ Burada önemli nokta, pipet analizinde bulunacak %P değerlerinin düzeltilmesi gereğidir. P = P * *0.54 SEDAT SERT 24

25 Okuma Süresi t (san) D ( mm) M s ( g ) φ P * ( % ) P ( % ) PİPET DENEYİ Ms= kuru numune - tortu φ= kuru numune / pipet hacmi %P= (φ / Φ) x 100 SEDAT SERT 25

26 PROBLEM 7. Bir zemin örneği GP-GC olarak sınıflandırılmıştır. Bu zeminin üniformluk ve süreklilik katsayıları ile likit ve plastik limitleri için değerler tahmin etmeniz ve olası dane dağılımı eğrisini çizmeniz isteniyor. Böyle bir örneğin AASHTO sistemine göre simgesi ne olur? a) D max =75mm b) İri daneli zeminde çift simge için no.200 den geçen miktarın %5-%12 olması gerekiyor. -74µ=%6 olsun c) G simgesi alabilmesi için 2 mm elekten geçen yüzdenin en fazla 50 olması gerekiyor: -2 mm %25 d)üniform zemin için (GP) C u 4 C r <1olmalı Efektif çapı (D 10 ) 1 mm seçersek C umax =4.0 için D 60 =C u.d 10 =4x1=4 mm e)süreklilik katsayısını C r =0.8 seçelim YANLIŞLIK VAR D60xD10 4x1 D30 = = = 2.23 mm C 0.8 r f) GC için Atterberg Limitleri A-doğrusunun üstünde ve I P >4 koşulu getirilmiş. w L =45 ve I P =26 seçelim AASHTO için; -No.200=%6 ile A-4, A-5, A-6, A-7 grupları elenir (min%36) G.I.=0 Ayrıca w L =45 ve I P =26 A-2-7 SEDAT SERT 26

27 SEDAT SERT 27