Ders Notları 2. Kompaksiyon Zeminlerin Sıkıştırılması

Transkript

1

2 Ders Notları 2 Kompaksiyon Zeminlerin Sıkıştırılması

3 KONULAR 0 Zemin yapısı ve zemindeki boşluklar 0 Dolgu zeminler 0 Zeminin sıkıştırılması (Kompaksiyon) 0 Kompaksiyon parametreleri 0 Laboratuvar kompaksiyon deneyleri 0 Arazideki kompaksiyon uygulaması 0 Dolgu kalite kontrolu 0 Dolgu problemleri ve çözümü

4 KOMPAKSİYON 0 Mühendislikte dolgu kullanımı: Karayolu-otoyol Barajlar İstinat yapıları Havaalanları Uygulamalarda gevşek durumda serilen zemin sıkıştırılarak birim hacim ağırlığı arttırılır ve en yoğun hale getirilir.

5 Kompaksiyon

6 Kompaksiyon 0 Zemindeki boşluk oranı azaltılarak (sıkıştırma işlemi): Zeminin geçirimliliğini azaltmak, su emme ve su içeriğini değiştirme özelliklerini kontrol altına almak Zeminin kayma mukavemetini arttırarak dolayısıyla taşıma gücünü arttırmak Zeminin yük etkisi altında hacim değiştirme, oturma ve deformasyonlarını azaltmak amaçlanmaktadır.

7 Kompaksiyon 0Tanım: Zeminin mekanik ve fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesi için mekanik enerji kullanarak, zemin bünyesindeki havanın dışarı atılması işlemine kompaksiyon denir. ZEMİNİN SIKIŞMA DERECESİ KURU BİRİM (KOMPAKSİYON DERECESİ) HACİM AĞIRLIK (γ k )

8 Kompaksiyon 0 Kuru birim hacim ağırlık, zeminde istenen mühendislik özelliklerinin sağlanıp sağlanmadığını gösteren belirleyici bir parametredir. 0 Kuru birim hacim ağırlık kriteri sağlanıyorsa, zemine ait istenen tüm diğer kriterlerin de sağlandığı kabul edilir. Kayma mukavemeti Sıkışabilirlik Hidrolik iletkenlik Boşluk oranı Erozyona karşı direnç özelliği

9 Kompaksiyon işlemi 0 Zeminin sıkıştırılması sırasında danelerin birbiri üzerindeki hareketini kolaylaştırmak için zemine yumuşatıcı etki sağlamak üzere SU ilave edilir. 0 Bu sayede daneler birbiri üzerinde kayarak hareket eder ve daha sıkı duruma ulaşır.

10 Kompaksiyon işlemi 1. İlk durum: w=0, γ = γ k 2. Sıkıştırma işlemi sırasında, su muhtevası bir miktar attırıldığında; aynı mekanik enerji altında, birim hacimdeki, dane ağırlığı da bir miktar artmaktadır. w=w 1, γ = γ 2, γ 2 = γ k + γ k olarak ifade edilmektedir. Sıkıştırma etkisine karşı daneler arası sürtünme azalarak, daneler daha kolay sıkışma eğilimine girer ve γ k artar.

11 Kompaksiyon işlemi 3. Ancak belirli bir su muhtevasından sonra, boşluklardaki su hacmindeki artış, kuru birim hacim ağırlığında azalmaya neden olmaktadır. NEDEN???? Belirtilen bu su muhtevasından sonra, zemin boşluklarındaki fazla su, aslında zemin danelerinin kaplaması gereken boşlukları doldurmaya başlar. Bu nedenle de, boşluklardaki artan su miktarı, birim hacme düşen danelerin konsantrasyonunu azaltmış olur. (seyreltir).

12 Optimum su muhtevası 0Tanım 1: Sıkıştırma işlemi sırasında maksimum kuru birim hacim ağırlık değerinin elde edildiği su muhtevası değerine OPTİMUM SU MUHTEVASI denir. 0Tanım 2: Sıkıştırmada maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su muhtevası değerlerinin belirlendiği laboratuvar deneyine standart kompaksiyon (proctor) deneyi denmektedir.

13 Kompaksiyon (Sıkıştırma) Laboratuvar deneyleri Arazi deneyleri Standart proktor deneyi Kum konisi deneyi Modifiye proktor deneyi

14 Kompaksiyon Eğrisi Su muhtevası, w (%) Kuru birim hacim ağırlık, γk(kn/m 3 )

15 Standart Proktor deneyi 0 Deneyin amacı: Arazide en iyi sıkışmanın sağlanması için gereken kullanılacak su muhtevasının belirlenmesidir. 0 Proktor deneyi dinamik çarpma sıkıştırma deneyidir. 0Ekipman: sıkıştırma kalıbı çekiç 0 Proktor çekicinin belirli bir yükseklikten zemin numunesi üzerine çok sayıda düşürülmesi ile gerçekleştirilir. Çekiç kütlesi, düşüş yüksekliği, düşüş sayısı, zemin tabaka sayısı, sıkıştırma kalıbı hacmi standarttır.

16 Kompaksiyon Deneyi Proktor Kalıbı Standart Proktor Deneyi Vkalıp = 944 cm3 Rkalıp = mm Taban plakası Kalıp Yaka Çekiç

17 Standart Proktor Deneyi

18 Modifiye Proktor Deneyi

19 Kompaksiyon Deneyi

20 Yöntem ve hesaplar 0 Her bir sıkıştırma deneyi için, kalıp içerisine sıkıştırılmış zeminin, doğal birim hacim ağırlığı hesaplanır. γ = W V zemin kalıp Wzemin : kalıp içerisine sıkıştırılmış zemin Vkalıp : sıkıştırma kalıbının hacmi 0 Her bir deney için numunenin su muhtevası belirlenir. w = W W w s

21 Yöntem ve hesaplar 0 Zeminin doğal birim hacim ağırlığı ve su muhtevasından kuru birim hacim ağırlık değeri hesaplanır. γ n γ k = 1 + w 0 Bu şekilde her deney noktası için elde edilen γ k ve w değerler ile kompaksiyon eğrisi çizdirilir. 0 Eğriden γ k(maks) ve w opt değerleri belirlenir. 0 Yüksek γ k değeri, iyi kalitede dolgu malzemesi anlamı taşır.

22 Su muhtevasının belirlenmesi ARAÇ VE GEREÇLER 0 Cam kap 0 Tartı aleti 0 Etüv DENEYİN YAPILIŞI 0 Deneyde kullanılacak olan cam kabı tartarak darasını belirleyiniz (W 1 ) 0 Hazırladığınız numuneyi cam kaba koyarak, yaş numune +cam kap ağırlığını bulunuz (W 2 ) 0 Numuneyi etüve koyunuz ve tamamen kuruması için 24 saat etüvde bekletiniz. Etüvün sıcaklığı o C civarında olmalıdır. 0 Daha sonra numuneyi etüvden alarak, kuru numune +cam kap ağırlığını belirleyiniz (W 3 )

23 Su muhtevasının belirlenmesi 0 HESAPLAMALAR 0 Su muhtevası şu şekilde hesaplanır. w (%) = W W W W 3 1 x100

24 Kompaksiyon Eğrisi

25 S=%100 doygunluk eğrisi 0 Zemin boşluklarında hiç hava kalmaması durumunda zeminin doygunluk derecesi 1 e eşit olur. 0 S=%100 doygunluk eğrisi teorik bir eğridir. 0 S=1 için seçilen su muhtevası değerlerine karşılık kuru birim hacim ağırlığı değerleri hesaplanır. 0 Hiçbir kompaksiyon eğrisi S=%100 doygunluk eğrisinin ötesine geçmez.

26 S=%100 doygunluk eğrisi 0 %100 doygunluk eğrisinin su muhtevası ile değişiminin elde edilmesi için izlenecek adımlar: 0 Dane birim hacim ağırlığı belirlenir. 0 Suyun birim hacim ağırlığı kullanılır. 0 Su muhtevası için değişik değerler seçilir, ö: w = %5, %10, %15 gibi. 0 Verilen denklem kullanılarak S =1 için karşılık gelen değerler hesaplanır. γ k γ s γ s = = 1+ e γ sw 1+ Sγ w

27 Kompaksiyonu etkileyen faktörler 0 Su muhtevası 0 Zemin tipi 0 Sıkıştırma için kullanılan kompaksiyon enerjisi (enerji/birim hacim)

28 Zemin tipi 0 Maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su muhtevası üzerinde büyük etkisi vardır. Dane çapı dağılımı Dane şekli Dane birim hacim ağırlığı Mevcut kil minerallerinin miktarı ve özellikleri

29 0 Kompaksiyon enerjisi etkisi

30 Kompaksiyon enerjisi 0 Artan kompaksiyon enerjisi sonucunda, w opt düşer. γ k(maks) artar. optimum çizgisi

31 Arazi kompaksiyon 0 Kompaksiyon ekipmanları: Silindir tambur Lastik tekerlekli silindir Keçi ayaklı silindir Titreşimli tambur silindir

32 Arazi kompaksiyon 0 Kompaksiyon ekipmanları sıkıştırma işlemini bir ya da birkaç fonksiyon yardımı ile gerçekleştirir. Yoğurma: zemine kesme kuvveti uygulamak Basınç: ekipman ve zemin arasındaki temas basıncı Darbe: dinamik kompaksiyon buna bir örnektir. Zemin vuruşla sıkıştırılır. Titreşim: zemine titreşim uygular. Uygun fonksiyon ve ekipmanın seçiminde, Zemin tipi Proje Kompaksiyon gereklilikleri önem taşımaktadır.

33 Ekipmanlar: silindir tambur mm derinliğe kadar efektif sıkıştırma yapar. Temas basıncı düşüktür (380kPa). Bu nedenle daha çok titreşimli tambur şeklinde kullanımı uygundur. 0 Her toprak türünde ve asfalt kaplama ile dolgu sıkıştırmada yaygın olarak kullanılır. 0 Kompaksiyon şekli: basınç

34 Ekipmanlar: lastik tekerlekli kpa temas basıncı vardır. Herbir tekerlek birbirinden bağımsız olarak hareket ettiğinden atlanan bazı noktalar da sıkıştırılabilir. 0 İri daneli ve ince daneli zeminlerde kullanılabilir. 0 Karayolu ve toprak dolgu barajlarda kullanımı uygundur. 0 Kompaksiyon şekli: basınç ve yoğurma

35 Ekipmanlar: keçi ayak 0 Killerde çok etkilidir. Yoğurma etkisi yapar. Ağırlık küçük alanlar ile zemine aktarıldığından temas basıncı yüksektir ( kPa). 0 Kompaksiyon şekli: basınç ve yoğurma

36 Ekipmanlar: hasır silindir 0 temas basıncı kPa. 0 İri daneli çakıllı bloklu zeminlerde kullanımı iyi sonuç verir. 0 Kompaksiyon şekli: basınç ve yoğurma

37 Ekipmanlar: titreşimli tambur 0 Düşey yönde titreşim veren silindir 0 Titreşim nedeniyle daneler yer değiştirir ve kompaksiyon süreci hızlanır. 0 Kompaksiyon şekli : Basınç ve titreşim 0 Özellikle kumlu ve çakıllı zeminlerde kullanımında efektiftir.

38 Dinamik kompaksiyon 0 Büyük bir ağırlık kullanılarak oluşturulan tekrarlı ve sistematik yüksek enerjinin zemine uygulanmasıyla, zemin sıkıştırılır. Oluşturulan bu enerji, kayma ve basınç gerilmelerinin tabakalar arasında yayılmasıyla, zemin danelerini daha sıkı bir hale getirir. 0 hesapla belirlenen ön tasarım parametrelerine göre kullanılacak tokmak ağırlığı ve düşme yüksekliklerine karar verilir.

39 Arazi kompaksiyonu etkileyen faktörler 0 Tabaka kalınlıkları 0 Kompaksiyon ekipmanları ve uyguladığı basınç 0 Basınç uygulanan alan

40 Arazi sıkışma kontrolü: Rölatif kompaksiyon(r.c. %) 0 Arazi sıkışma kontrolü rölatif kompaksiyon değeri ile ölçülmektedir. 0 Arazi maksimum kuru birim hacim ağırlık değerinin, laboratuvarda deneylerle belirlenen maksimum kuru birim ağırlığı değerinin en az %90- %95 i olması gerekmektedir. R C k ( arazi)..(%) = x100 k ( maks lab) 0Arazi kuru birim hacim ağırlık, γ k(arazi) değeri nasıl belirlenir??? γ γ

41 Arazi sıkışma kontrolü: Rölatif sıkılık (D r, %) 0Rölatif sıkılık: Yalnızca kum ve çakıl zeminlerde (G 200 <%15) boşluk oranı değerini kolay bir şekilde tarif etmek için kullanılan bir parametredir. Mühendislik özellikleri hakkında fikir verir. D e min : minimum boşluk oranı, r max max min x100 e max : maksimum boşluk oranı, (ASTM-D4254) = D r : %0 zemin mümkün olan en gevşek durumda D r : %100 zemin mümkün olan en sıkı durumda e e e e Rölatif Sıkılıki Dr (%) Sınıflandırma Çok gevşek Gevşek Orta sıkı Sıkı Çok sıkı D r ve R.C. KARIŞTIRMAMALIDIR!!! Benzer zemin özelliklerini ölçerler ancak sayısal olarak eşit değillerdir.

42 Kum konisi metodu 0 Zeminin birim hacim ağırlığının arazide belirlenmesi ve toprak dolgu, yol dolgusu gibi dolguların arazi kompaksiyon sonuçlarının kontrolünde kullanılır. 0 Zemin yerinde kazılarak, çıkartılan zeminin ağırlığı belirlenir. 0 Çukurun hacmi, birim hacim ağırlığı bilinen kum ile doldurularak elde edilir. 0 Belirlenen hacimden, zeminin arazi doğal birim hacim ağırlığı ve kuru birim hacim ağırlığı değerleri elde edilir.

43 Kum konisi deneyi Ekipmanlar: 0 Koni 0 Kavanoz 0 Kum 0 Metal plaka

44 Kum konisi deneyi: uygulama W1 = Wkoni + Wkavanoz + Wkum W = W + W + W 2 koni kavanoz kavanozda kalan kum W 3 : dolgudan kazılan su muhtevası bilinen zeminin ağırlığı w : kazılan zeminin su muhtevası W W 1 2 : koni ve çukuru dolduran kumun ağırlığı V çukur W W γ 1 2 = ( kum) V koni V koni ve γ (kum) kalibrasyonda laboratuvarda belirlenir. W 3 γ n( arazi) = n( arazi) γ V k ( arazi) = çukur γ 1+ w