İNM 305 ZEMİN MEKANİĞİ

İNM 305 ZEMİN MEKANİĞİ 2015-2016 GÜZ YARIYILI Prof. Dr. Zeki GÜNDÜZ 1

DANE ÇAPI DAĞILIMI (GRANÜLOMETRİ) 2

İnşaat Mühendisliğinde Zeminlerin Dane Çapına Göre Sınıflandırılması Kohezyonlu Zeminler Granüler Zeminler veya Kohezyonsuz Zeminler Kil Silt Kum Çakıl Blok Taş İri Kaya 0.002 0.075 2.00 76.2 300 Dane Çapı (mm) Dane Çapı (mm) Cinsi İnce Daneli Zeminler Kaba Daneli Zeminler 300 76.2 Taş (Moloz) 76.2-2 Çakıl 2 0,075 Kum 0,075-0,002 Silt 0,002 > Kil

DANE DAĞILIMI Tabii zeminleri oluşturan katı daneler çok değişik boyutlarda olabilir. Bu nedenle boyutları belirli büyüklükler arasında kalan daneleri tanımlayan bazı terimler kullanılmaktadır. Zemin daneleri büyükten küçüğe doğru, olarak 4 ana gruba ayrılır. ÇAKIL --- KUM --- SİLT --- KİL 4

DANE DAĞILIMI Grupları birbirinden ayıran sınır değerleri, farklı sınıflandırma sistemlerinde değişiklik göstermektedir. Dane Çapı (mm) Tür AASHTO USCS TS-1500 ÇAKIL 2-76.2 4.75-76.2 2-76.2 KUM 0.075-2 0.075-4.75 0.075-2 SİLT 0.002-0.075 0.002-0.075 <0.075 KİL <0.002 <0.002 5

DANE DAĞILIMI Tabii zeminler değişik boyutlarda danelerin karışımından meydana geldiği için, bunların içindeki dane boyutlarının istatistiksel dağılımını ve zeminin esas olarak hangi gruba girdiğini deneysel olarak araştırılması gerekmektedir. Bu amaçla iri daneli zeminlerde (çakıl, kum) elek analizi, ince daneli zeminlerde (silt, kil) ise çökeltme analizi yapılmaktadır. İNCE DANE 0.075 mm 200 No.lu elek İRİ DANE 6

DANE DAĞILIMI Kaba Daneli Zeminler... (Elek Analizi) İnce daneli Zeminler... (Hidrometre) Elek Seti Hidrometre

ELEK ANALİZİ Elek Elek seti Sarsma Makinesi Elek No. Açıklık (mm) 4 4.750 10 2.000 20 0.850 40 0.425 60 0.250 80 0.180 100 0.150 200 0.075 8

ELEK ANALİZİ 9

ELEK ANALİZİ Kuru zemin numunesi üzerinde yapılan elek analizi sonuçlarının değerlendirilmesi : Eleme işlemi sonrasında her bir elek üzerinde kalan zemin ağırlıkları tartılır. Elek No. Elek Açıklığı (mm) Elek üstü kalan (g) 10

ELEK ANALİZİ Elek No. Elek Açıklığı (mm) Elek üstü kalan (g) Kalan (%) Kümülatif kalan (%) Geçen (%) P Her bir elek için, geçen yüzde (% P), Elekten geçen zemin miktarı % P 100 Elemeye tabi tutulan tüm zemin 11

ELEK ANALİZİ Elek No. Elek Açıklığı (mm) Elek üstü kalan (g) Kalan (%) Kümülatif kalan (%) Geçen (%) Elek üstünde kalan miktar Toplam numune miktarı 8.04 100 8.04 498.3 12

ELEK ANALİZİ Elek No. Elek Açıklığı (mm) Elek üstü kalan (g) Kalan (%) Kümülatif kalan (%) Geçen (%) Kümülatif Toplam 8.04 + 16.92 = 24.96 24.96 + 18.04 = 43.00 13

ELEK ANALİZİ Elek No. Elek Açıklığı (mm) Elek üstü kalan (g) Kalan (%) Kümülatif kalan (%) Geçen (%) 100 - Kümülatif Toplam 100 0 = 100 100 8.04 = 91.96 14

NOT : Çakıl yüzdesi TS 1500 ve BS e göre %7, ASTM te göre %5 dir. 15

ÇÖKELTME ANALİZİ İnce daneli zeminlerin dane çapı dağılımını deneysel olarak belirlemek için bir süspansiyon içindeki küresel katı maddelerin çökelme hızlarının onların dane çapına bağlı olarak değiştiğini gösteren Stokes kanunundan yararlanmak mümkündür. hidrometre zemin/su süspansiyonu Stokes Yasası 16

ÇÖKELTME ANALİZİ D: Çöken danenin çapı (m), V: Danenin çökme hızı (m/s) gs:çöken danenin birim ağırlığı (kn/m 3 ) gsıvı:sıvının birim ağırlığı (kn/m 3 ) h: Sıvının viskozitesi (kns/m 2 ) 17

DANE DAĞILIMI EĞRİSİ GRANÜLOMETRİ İri daneli zeminlerde (çakıl, kum) Elek Analizi, İnce daneli zeminlerde (silt, kil) ise Çökeltme Analizi Deneyleri yapıldıktan sonra iki deney sonuçları birleştirilerek zemin numunesinin dane dağılım eğrisi çizilir. 18

DANE DAĞILIMI EĞRİSİ 19

DANE DAĞILIMI EĞRİSİ Zeminin dane dağılım eğrisinden, zemine ait bazı terimler tanımlanır. Bunlar, zeminlerin sınıflandırılmasında kullanılır. Dane dağılım eğrisinde, % 10 geçen yüzdesine karşılık gelen çapa (mm), efektif çap denilir ve D 10 ile gösterilir. Benzer şekilde, % 30 geçen yüzdesine karşılık gelen çap D 30 % 60 geçen yüzdesine karşılık gelen çap D 60 20

DANE DAĞILIMI EĞRİSİ Uniformluk sayısı, Süreklilik katsayısı, C u C c D D 60 10 2 ( D30) ( D )*( D 10 60 ) * Uniform zeminde C u, 1'e yakındır. * İyi derecelenme şartı : KUMLAR için, C c = 1-3 ve C u 6 ÇAKILLAR için, C c = 1-3 ve C u 4 21

E l e k t e n G e ç e n % 100 90 80 ASTM Elek No D a n e D a ğ ı l ı m ı - G r a n ü l o m e t r i Hidrometre Analizi Elek Analizi #200 #100 #40 #20 #10 #4 70 60 50 40 30 D 60 C u = D 60 / D 10 C c = D 30 2 /(D 60 * D 10 ) 20 10 D 10 D 30 0 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 D a n e Ç a p ı ( m m ) K i l S i l t K u m Ç a k ı l B l o k 22

İYİ VEYA KÖTÜ DERECELENMİŞ ZEMİNLER A) İyi Derecelenmiş Zeminler Dane Boyutlarının Aralığı, Çakıllar için: C c = 1~ 3 ve C u 4 Kumlar için: C c = 1~ 3 ve C u 6 B) Kötü Derecelenmiş Zeminler (a) Üniform zeminler; Aynı Dane Boyutuna Sahip Zeminler (b) Bazı Dane Boyutlarını İçermeyen Zeminler

ÇALIŞMA SORUSU Elek No Elek üstü kalan (g) 4 0 10 40 20 60 40 89 60 140 80 122 100 210 200 56 Kap 12 a) Dane dağılım eğrisini çiziniz. b) D 10, D 30, D 60 =? c) C u, C r =? Cevap : D 10 = 0.15 mm D 30 = 0.17 mm D 60 = 0.27 mm C u = 1.8 C r = 0.714

KIVAM LİMİTLERİ (ATTERBERG LİMİTLERİ) 25

KİL DANELERİ Tek bir kil danesi Plak şeklindedir ve üçüncü boyutu diğer iki boyutuna oranla çok küçüktür 26

+ Kil danesi KİL DANELERİ + + + + + - - + katyon + + + + + + + + + + - - + + + + + + + + + - - + + + + + + + + + + + - - + + + + + + + + + + + + + + - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - + + + - - + + + + + + + + + Çift tabaka Kilin kristal kenarlarında negatif, yüzünde ise pozitif net elektrik yükü taşımaktadır. Bu nedenle sudaki pozitif iyonları çekme eğilimindedir. Bu nedenle kil ile su arasında özel bir durum söz 27 konusudur. + serbest su

KİL DANELERİ + + + + + + _ + _ Pozitif yüklü kenarlar Negatif yüklü yüzler 28

KİL DANELERİ Adsorbe su - - - - - - - - - - - - - - 1nm 50 nm Çift tabakalı su Serbest su 29

KIVAM LİMİTLERİ Kıvam, kohezyonlu zeminlerde zeminin sertlik-yumuşaklık durumu tanımlar. Kıvam bu tür zeminlerin taşıma gücü vb. özelliklerini etkiler. Zeminin su içeriğine bağlı olarak kabaca yumuşak, orta sert, sert gibi adlar alırlar. İnce daneli (kohezyonlu) zeminler, su katılıp yoğrulduklarında, plastiklik özelliği gösterirler (plastik zeminler). Plastiklik veya plastisite, ince daneli zeminlerin bir özelliği olup; kırılmadan şekil verilebilmeyi ifade eder. Bu özellik, kum, çakıl gibi iri daneli ve daneleri arasında yapışma-çekme kuvvetleri olmayan zeminlerde görülmez (Plastik olmayan zeminler, NP). 30

KIVAM LİMİTLERİ İnce daneli zeminler, su muhtevalarına göre, çeşitli durumlarda olabilirler. Kuru bir zemine, gittikçe artan miktarda su katılıp yoğrulduklarında, zemin, sırayla şu durumlara sahip olur ve hacmi bir miktar artar. Katı durum, Yarı katı durum, Plastik durum, Likit durum 31

KIVAM LİMİTLERİ Likit durumda, zemin bir sıvı gibi yavaşça akabilir. Plastik durumda, kırılma, çatlama olmaksızın zemine istenilen şekil kolayca verilebilir. Yarı katı durumda, zemine istenilen şekil zorlukla verilir, zemin çatlar. Katı durumda, zemine şekil verilemez, şekil verilmek istendiğinde, kırılır. 32

KIVAM LİMİTLERİ 33

KIVAM LİMİTLERİ LİMİTLER 0 Rötre limiti Plastik limit Likit limit Su muhtevası Katı Yarıkatı Plastik Likit KIVAMLAR 34

KIVAM LİMİTLERİ Kıvam Kayma Mukavemeti İlişkisi 35

KIVAM LİMİTLERİ İsveçli Atterberg (1911), bu durumları ve bunları ayıran sınır su muhtevalarını tanımlamıştır. Bu sınır su muhtevalarına, Atterberg limitleri veya kıvam limitleri denilir. Kıvam limitleri şunlardır: Likit limit, Plastik limit, Rötre (büzülme) limiti. 36

KIVAM LİMİTLERİ Likit limit (w L veya LL), plastik ve likit durumları birbirinden ayıran sınır su içeriğidir. Başka bir deyişle, zeminin kendi ağırlığı altında akabildiği en düşük su içeriğidir. Plastik limit (w p veya PL), plastik ve yarı katı durumları birbirinden ayıran sınır su içeriğidir. Diğer bir deyişle, zeminin, el altında, cam bir yüzey üzerinde, çubuk haline getirilirken, çubukların çapları yaklaşık 3 mm olduğunda kopmaların meydana geldiği durumdaki su içeriğidir. Rötre (büzülme) limiti (w s veya SL), daha fazla su kaybının, zeminin hacminde artık bir azalma meydana getirmediği en büyük (maksimum) su içeriğidir. Diğer bir tanımla, zeminin suya tam doygun olabildiği en düşük su içeriğidir. 37

KIVAM LİMİTLERİ c) Rötre (büzülme) limitinin belirlenmesi: Şekil göz önüne alınarak, rötre limiti için bir eşitlik çıkarılabilir. Suya doygun ıslak bir zemin, gittikçe kurutulursa, şekildeki gibi sırayla, a, b, c durumlarına sahip olur. (a) durumunda zemindeki su miktarı, aşağıdaki gibidir W1 W k Zemin, (a) durumundan (b) durumuna geçtiğinde su kaybı, ( V V ) 2 g 1 su (b) durumunda su miktarı ise 54

KIVAM LİMİTLERİ Killerde Rötre Çatlakları 56