Zeminlerin Hacimsel Büzülme Limitinin Belirlenmesinde Uygulanan Standart Yöntemlerin Karşılaştırılması Comparison of the Standard Methods Used in Determination of Volumetric Shrinkage Limit of Soils T. K. Yavuz 1, M. Özer 2,* 1 Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yapı Eğt. A.B.D., 06500 Teknikokullar/Ankara 2 Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İnşaat Müh. Bölümü, 06500 Teknikokullar/Ankara (*ozerm@gazi.edu.tr) ÖZ: Zeminlerin hacimsel büzülme limitinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan cıva taşırma yönteminin yer aldığı ASTM D427 standardı cıvanın insan sağlığına zararlı olması sebebiyle 2008 de yürürlükten kaldırılmıştır. Bu nedenle, cıva kullanımını gerektiren yöntemlerin yerine, parafin kaplama yöntemleri ön plana çıkmıştır. Bu çalışmada; Ankara nın dört farklı bölgesinden alınan altı adet numune üzerinde, sırasıyla ASTM D427-04 te, BS 1377-2: 1990 da, ASTM D4943-08 de ve TS EN ISO 17892-2: 2014 de tanımlanan cıva taşırma yöntemi, cıvalı büzülme cihazı yöntemi, parafin kaplama yöntemi ve sıvı taşırma yöntemleri olmak üzere dört farklı yöntemle belirlenen büzülme limiti değerleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca, parafinin birim hacim kütlesinin büzülme limiti değerleri üzerindeki etkisi de araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; parafinin birim hacim kütlesinin parafinli yöntemlerle belirlenen büzülme limiti değerleri üzerindeki etkisinin çok büyük olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, yöntemler titizlikle uygulandığı takdirde, bu çalışmada karşılaştırılan dört yöntemin de birbiriyle uyumlu sonuçlar verdiği saptanmıştır. Bu sonuçlara göre, yürürlükten kaldırılan cıvalı yöntemlerle bulunan büzülme limiti değerlerinin, parafinli yöntemlerle bulunan büzülme limiti sonuçlarıyla birlikte güvenle kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Atterberg Limitleri, Büzülme Limiti, Cıva, Killi Zeminler, Parafin ABSTRACT: ASTM D427, which is commonly used for determinig the volumetric shrinkage limit of soils was withdrawn in 2008, since mercury is a hazardous substance for human health. For this reason, instead of the methods that suggest the use of mercury, paraffin coating methods have become popular. In this study, shrinkage limit values obtained from four different methods including mercury method, schrinkage limit apparatus method, wax method, and water immersion metod described in the ASTM D427-04, BS 1377-2: 1990, ASTM D4943-08 and EN ISO 17892-2:2014, respectively, were compared on six different samples taken from four different region of Ankara. Furthemore, the effect of density of paraffin on the shrinkage limit value of the soils was investigated. Based on the test results, it was determined that the effect of density of paraffin on the shrinkage limit values obtained by wax methods was pronounced. In addition, it was found out that if the relevant procedures fallowed carefully, four methods compared in this study give similar and consistent results. Hence, it was concluded that the shrinkage limit values obtained by mercury methods, can be used safely with those obtained by wax methods. Keywords: Atterberg Limits, Clayey Soils, Mercury, Parafin, Shrinkage Limit 1. GİRİŞ Zeminlerin su içeriğine bağlı olarak kıvamlarında meydana gelen değişimler ilk kez 1911 de toprak bilimci A. Atterberg tarafından çalışılmıştır (Bauer, 1960). Atterberg, tarım topraklarını sınıflandırmak amacıyla basit el aletleriyle belirlenebilen beş farklı kıvam limiti tanımlamış olup, bunlardan likit limit, plastik limit ve büzülme limiti olmak üzere üç tanesi zemin mekaniğinde yaygın bir uygulama alanı bulmuştur. Zeminlerin sahip oldukları su içeriklerine göre kıvam durumlarını birbirinden ayırdığı için kaynaklarda kıvam limitleri olarak bilinen bu sınır su içerikleri geliştiricisinin adına atfedilerek birçok kaynakta Atterberg limitleri olarak da anılmaktadır. Kıvam limitlerinden likit limit; zeminin 270
kendi ağırlığı altında bir sıvı gibi akabildiği en düşük su içeriği, plastik limit; zeminde kırılıp kopmalar meydana gelmeden şekil verilebilen en düşük su içeriği, büzülme limiti ise zeminin en düşük hacme eriştiği andaki su içeriği olarak tanımlanmaktadır. Zeminlerde büzülme limiti; hacimsel büzülme limiti ve doğrusal büzülme limiti olmak üzere iki farklı şekilde belirlenebilmektedir. Doğrusal büzülme limiti ince, uzun çubuk şeklinde hazırlanan bir örneğin kuruma sonucunda boyunda meydana gelen kısalmayı dikkate alırken, hacimsel büzülme limiti ise yassı bir silindir veya pul şeklinde hazırlanan bir örneğin kuruma sonucunda hacminde meydana gelen azalmayı dikkate almaktadır. Doğrusal büzülme limitinin belirlenmesi bu araştırma konusunun dışında olup, bu çalışma boyunca büzülme limiti ifadesi hacimsel büzülme limiti anlamında kullanılmıştır. Zemin mekaniği saha çalışmalarında Atterberg limitleri arasında en az üzerinde durulan kıvam limiti, büzülme limitidir. Ancak son yıllarda, yapılarda önemli maddi hasarlar meydana getiren şişen zeminlerin özelliklerinin değerlendirilmesinde, zeminlerin büzülme özelliklerinin de ön plana çıkmasıyla büzülme limitinin önemi artmıştır. Periyodik olarak büzülme ve şişme davranışı sergileyen aktif bölgelerdeki zeminlerin bu davranışı, şişme ve büzülmeden kaynaklanan hacim değişiklikleri nedeniyle hafif yapılarda ve yollarda önemli hasarlara sebep olmaktadırlar (Jones ve Holtz, 1973). Sıcağa maruz kaldıklarında gözeneklerindeki suyun buharlaşmasıyla büzülen zeminler yağış, sulama vb. sebeplerle ıslandıkları zaman şişmekte ve hacimlerinde önemli ölçüde artış meydana gelmektedir. 1973 senesinde yapılan bir araştırmada, Amerika Birleşik Devletlerinde (ABD) büzülme-şişme davranışı gösteren zeminlerin meydana getirdiği maddi zararın yıllık 2,3 milyar dolar olduğu ve bunun sel, fırtına, kasırga ve depremlerden kaynaklanan hasarların toplamının iki katından fazla olduğu tahmin edilmiştir (Jones ve Holtz, 1973). Zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesinde uygulanan çeşitli standart yöntemler bulunmaktadır. Bunlar; ASTM D427 (2004) te tanımlanan cıva taşırma yöntemi, ASTM D4943 (2008) de tanımlanan parafin kaplama yöntemi, BS 1377-2 (1990) da tanımlanan cıvalı büzülme cihazı yöntemi ve TS EN ISO 17892-2 (2014) de tanımlanan sıvı taşırma yöntemleridir. Ülkemizin milli standardı olan TS 1900-1 (2006) da ise zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesi için ASTM D427 (2004) te tanımlanan cıva taşırma yöntemi önerilmektedir. TS EN ISO 17892-2 (2014) standardı, esasında doğrudan zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesi ile ilgili bir standart olmayıp, çeşitli şekillere sahip zemin örneklerinin birim hacim kütlesinin belirlenmesine yönelik bir standarttır. Ancak büzülme limitinin belirlenmesinde; esas ve en önemli işlem, örneklerin hacminin ölçülmesi olduğundan ve Avrupa standartlarında henüz büzülme limiti standardı yayımlanmadığından TS EN ISO 17892-2 (2014) de sunulan ve yukarıda adı geçen ve diğer standartlarda yer almayan sıvı taşırma yönteminin de büzülme limitinin belirlenmesinde uygulanabileceği düşünülmüştür. Zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesinde en önemli işlem büzülmüş ve artık düzensiz bir şekle sahip olan örneğin hacminin bulunmasıdır. Bu amaçla cıva, su veya başka bir sıvı kullanılmaktadır. Büzülen bir örneğin hacminin ölçülmesinde cıva kullanılmasının nedeni, zeminle temas ettiğinde zemini ıslatmaması ve zemin tarafından emilmemesidir. Cıvanın bu özelliği sayesinde, hacmi ölçülecek olan örneğin herhangi bir maddeyle kaplanasına gerek duyulmamaktadır. Ancak cıva ve cıva buharı insan sağlığa son derece zararlı bir madde olduğundan (WHO, 2007), cıva kullanımını gerektiren ASTM D427 (2004) standardı Mart 2008 de yürürlükten kaldırılmıştır. Cıva kullanımını öngören İngilizlerin ulusal standardı BS 1377-2 (1990), Bölüm 6 ise, İngiltere nin Avrupa Standartlar Komitesi nin (CEN) üyesi olması nedeniyle ilgili Avrupa standardı yürürlüğe girdiğinde iptal edilecektir. Türkiye de Avrupa Standartlar Komitesi (CEN) nin bir üyesi olduğu için, ilgili Avrupa standartları yürürlüğe girdiğinde TS 1900-1 (2006) da tanımlanan cıva taşırma yöntemi de yürürlükten kaldırılacaktır. Cıva kullanımını gerektirmeyen yöntemlerde, örneğin hacminin ölçülmesi amacıyla cıvanın yerine başka bir sıvı kullanılması önerilmektedir. Bu amaçla, cıvanın yerine kullanılabilecek en uygun sıvı kolay temin edilmesi, ucuz olması ve kullanımının kolay olması gibi nedenlerle sudur. Ancak su, zeminle temas ettiğinde zemini ıslattığı ve zemin tarafından emildiği için, zemin numunesinin suya daldırılmadan önce su geçirmeyen bir maddeyle kaplanması gerekmektedir. 271
Bunun için yaygın olarak kullanılan madde ise parafindir. Esasında parafin kaplama yöntemi, ASTM D4943 standart numarası ile 1989 dan bu yana ABD de yürürlükte olup, 1995, 2002 ve 2008 de üç kez yenilenmiş ve tekrar kabul edilmiştir. Ancak, cıva taşırma yöntemi daha kolay bir yöntem olması nedeniyle daha yaygın bir kullanıma sahip olduğu için, cıva taşırma yöntemi yürürlükten kaldırılıncaya değin parafin kaplama yöntemi geri planda kalmış, cıvalı yöntem yürürlükten kaldırıldığında ise, parafinli yöntem ön plana çıkarak daha yaygın bir kullanım alanı bulmuştur. Ancak ulusal standardında cıvalı yöntemlerin dışında başka bir yöntem bulunmayan İngiltere ve Türkiye gibi ülkelerde durum daha farklıdır. Bu ülkelerde yürürlükten kaldırılıncaya değin zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesinde cıvalı yöntemler uygulanmış ve/veya halen uygulanmaya devam edilmektedir. Gelinen bu noktada; zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesinde cıvanın kullanılması, 2008 den bu yana ABD de standart bir yöntem olmayıp, tahminen 2015 ten sonra ise Avrupa da ve ülkemizde de artık standart bir yöntem olmayacaktır. Bu durumda, geçmiş yıllarda cıva kullanılarak belirlenen hacimsel büzülme limiti verilerinin geleceğe aktarılabilmesi ve güvenle kullanılabilmesi için parafin kaplama yöntemiyle bulunan hacimsel büzülme limiti değerlerinin cıvalı yöntemlerle belirlenen hacimsel büzülme limiti değerleriyle uyumlu olup olmadığının belirlenmesinin gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, bu konunun araştırılması amaçlanmış olup, doğal zemin örnekleri üzerinde ASTM D427 (2004) te tanımlanan cıva taşırma, ASTM D4943 (2008) de tanımlanan parafin kaplama, BS 1377-2 (1990) da tanımlanan cıvalı büzülme cihazı ve TS EN ISO 17892-2 (2014) de tanımlanan sıvı taşırma yöntemleri karşılaştırılmıştır. 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yapılan araştırma sonucunda, doğrudan zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesinde uygulanan yöntemlerin karşılaştırılmasına ilişkin bir çalışmaya rastlanmamış olup, büzülme limitinin zeminlerin mühendislik ve indeks özellikleri üzerindeki etkileri konusunda bazı çalışmalar yapıldığı görülmüş ve bunlar ana hatlarıyla aşağıda verilmiştir. Izdebska-Mucha ve Wójcik (2013), zeminlerin büzülme özellikleri ile indeks özellikleri arasında korelasyon olup olmadığını araştırmıştır. Sridharan ve Prakash (1998), zeminlerin büzülme limitini kontrol eden mekanizmayı araştırmışlar ve sonuç olarak zeminlerin plastisite (likit limit ve plastik limit) özellikleriyle büzülme limiti arasında bir ilişki olmadığını, büzülme limitini kontrol eden başlıca parametrenin zeminin tane büyüklüğü dağılımı ve tane dizilimi (yerleşimi) olduğunu öne sürmüşlerdir. Sridharan ve Prakash (2000), çeşitli zeminlerin karıştırılmasıyla elde edilen yapay zeminlerin büzülme limitlerini araştırdıkları çalışmalarında; büzülme limitinin zeminlerin plastisite özelliklerinden birisi olmadığı, zeminlerin oluşumları esnasında zemin tanelerinin yerleşme sürecinin bir sonucu ve büzülme limitini kontrol eden başlıca özelliğin zeminin tane büyüklüğü dağılımı olduğu ve aynı tane büyüklüğü dağılımına sahip zeminlerden tanelerinin makaslama dayanımı yüksek olan zeminin daha az büzüleceği sonucuna varmışlardır. Rao ve Satyadas (1985), şişme özelliği gösteren bir kilin büzülme özelliklerini araştırdıkları çalışmalarında, sıcaklığı ve nem durumu kontrol edilen bir ortamda farklı su içeriklerinde hazırlayarak beklettikleri örnekler üzerinde yaptıkları deneyler sonucunda, hacimsel büzülme limitinin başlangıç su içeriğinden, ortamın nem durumundan ve sıcaklığından etkilenmediğini, buna karşın doğrusal büzülme limitinin ise bu değişkenlerden etkilendiğini ortaya koymuşlardır. Kalaycıoğlu (2012), ilk kez kendi çalışmasında uygulanan ters ekstrüzyon ve boyutyoğunluk yöntemleriyle zeminlerin büzülme limitinin belirlenebilme potansiyelini araştırdığı çalışmasında, doğal zeminler üzerinde ters ekstrüzyon ve boyut-yoğunluk yöntemleriyle belirlediği büzülme limiti değerlerini cıvalı yöntem (ASTM D 427, 1998 e göre) ve parafinli yöntem (ASTM 4943, 2002 ye göre) gibi standart yöntemlerle karşılaştırmış ve ters ekstürzyon yöntemiyle diğer yöntemlerin arasındaki ilişkinin zayıf olduğu, boyut-yoğunluk yönteminin ise büzülme limitinin belirlenmesinde uygulanabilme potansiyelinin bulunduğu sonucuna varmıştır. 272
3. MALZEME VE YÖNTEM 3.1. Deneysel Çalışmada Kullanılan Alet ve Malzemeler Deneysel çalışmalar Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Zemin Mekaniği Laboratuvarında yapılmış olup, cıvalı yöntemle büzülme limitinin belirlenmesinde ASTM D427 (2004) de tanımlanan aletler kullanılmıştır. Parafin kaplama yönteminde ise ASTM D4943 (2008) de tanımlanan aletlerin yanı sıra, bu çalışma için tasarlanmış bir askı çerçevesi, kanca, bakır tel gibi alet ve malzemeler kullanılmıştır. Cıvalı cihaz yönteminde BS 1377-2 (1990) da tanımlanan temel özelliklere uygun bir cihaz kullanılmıştır. 9 voltluk pille çalışan bu cihazın cıva haznesinin iç çapı 80 mm, mikrometresinin okuma hassasiyeti ise 0,01 mm olup, cihazın tesviye edilmesini sağlamak için altında üç tane vidalı ayak, üzerinde ise küresel düzeç bulunmaktadır. Sıvı taşırma yönteminde, TS EN ISO 17892-2 (2014) de verilen özelliklere uygun olarak bu çalışma kapsamında yaptırılan sifonlu cam beher kullanılmıştır. 3.2. Zemin Örnekleri Bu çalışmada, Ankara nın Temelli, Bilkent, Çukurambar ve Eymir bölgelerinden alınan 6 farklı örnek kullanılmıştır. Bu örneklerin alındıkları yerler ve bazı fiziksel özellikleri Çizelge 1 de verilmiştir. Örnek No Çizelge 1. Örneklerin alındıkları yerler ve bazı fiziksek özellikleri Likit Plastik Plastisite No.4 Alındığı yer Limit Limit İndisi (%) P (%) (%) (%) No.200 (%) P USCS* Örnek 1 Çukurambar 89,1 38,3 50,8 98,6 81,7 CH Örnek 2 Bilkent 41,5 24,9 16,6 95,1 62,8 CL Örnek 3 Temelli giriş 45,7 23,1 22,6 66,7 54,0 CL Örnek 4 Temelli Türkobası 83,2 31,7 51,5 98,8 97,4 CH Örnek 5 Temelli Yenihisar 87,9 30,2 57,7 99,7 95,6 CH Örnek 6 Eğmir gölü kenarı 76,4 28,0 48,4 100 100 CH *Birleştirilmiş zemin sınıflandırma sistemi 3.3. Yöntem 3.3.1. Parafinin birim hacim kütlesinin belirlenmesi ASTM D 4943 (2008) de, parafinin birim hacim kütlesinin imalatçısından öğrenilebileceği veya ASTM D 4943 (2008) Ek A2 de verilen yöntemle belirlenebileceği ve her iki durumda da başlangıçta ve düzenli aralıklarla kontrol edilmesi gerektiği ifade edilmektedir. Bu çalışmada, Ankara nın Ulus, Ostim ve Siteler gibi farklı bölgelerinden ve farklı hırdavatçılardan kalıp şeklinde temin edilen dört farklı parafinin birim hacim kütlesi ASTM D 4943 (2008) Ek A2 de verilen yönteme uygun olarak belirlenmiştir. 3.3.2. Örneklerin hazırlanması BS 1377-2 (1990) da tanımlanan cıvalı cihaz yönteminde, 38 ila 50 mm çapında ve boyu çapının 1 ila 2 katı olan silindirik örneklerin kullanılması önerilmektedir. Sırasıyla ASTM D427 (2004) de ve ASTM D 4943 (2008) de tanımlanan cıva taşırma ve parafin kaplama yöntemleri için örnek hazırlama işlemleri aynı olup, numune boyutları yaklaşık 40 mm çapında ve 10 mm kalınlığındadır. TS EN ISO 17892-2 (2014) de tanımlanan sıvı taşırma yöntemi esas itibarıyla büzülme limitinin belirlenmesine ilişkin bir standart olmadığından, örnek boyutlarıyla ilgili herhangi bir ölçüt bulunmamaktadır. Bu çalışmada; örnek boyutlarının ve hazırlanma şeklinin, karşılaştırma sonuçları üzerindeki etkisini gidermek için, örnekler ASTM D427 (2004) de tanımlandığı gibi hazırlanmış olup, dört yönteme göre de büzülme limiti ölçümleri aynı örnekler üzerinde gerçekleştirilmiştir. 273
3.3.3. Deneylerin yapılması Örnek belirli bir miktar kuruyuncaya kadar bir günden daha az olmayan bir süre boyunca laboratuvar ortamında bekletilmiştir. Kurumanın ölçüsü olarak renk değişimine ve örneğin büzülme kabının kenarlarından ayrılmasına dikkat edilmiştir. Cıvalı cihaz yönteminde, örnek kuruma (büzülme) aşamasında iken belirli zaman aralıklarında hacminin ölçülmesini gerektirdiği için, deneylerin yapılmasına önce cıvalı cihaz deneyiyle başlanmıştır. Cıvalı cihaz deneyinde örneğin büzülme kabından çıkartılıp, cihazın sepetine yerleştirilip, cıva haznesine batırılması gerektiği için, örneğin bu işlemler sırasında zarar görmeyecek kadar kurumasına dikkat edilmiştir. Cıvalı cihaz deneyi için yeteri kadar ölçüm alındıktan sonra örnek etüve konularak tamamen kuruyuncaya kadar bekletilmiş ve daha sonra sırasıyla ASTM D427 (2004) ye göre cıva taşırma, ASTM D 4943 (2008) e göre parafin kaplama ve TS EN ISO 17892-2 (2014) ye göre sıvı taşırma yöntemleri uygulanmıştır. Parafinli yöntemlerde, aynı anda birden fazla örneğin parafinle kaplanabilmesi için, telle bağlanan örnekler bir kanca yardımıyla bu çalışma kapsamında yaptırılan askı çerçevesine asılmış ve tava içinde erimiş haldeki parafin sırayla numunelere batırılarak numunelerin parafinle kaplanması sağlanmıştır (Şekil 1). Şekil 1. Askı çerçevesine kancalarla asılmış olan örneklerin parafinle kaplanması 4. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Parafinin birim hacim kütlesi Ankara nın üç farklı bölgesinden ve farklı hırdavatçılardan temin edilen dört farklı parafinin temin edildikleri yerler ve belirlenen birim hacim kütleleri Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2. Farklı bölgelerden ve hırdavatçılardan temin edilen parafinlerin birim hacim kütleleri Parafinin birim Parafinin temin Parafinin hacmi Parafinin kütlesi edildiği bölge (cm 3 hacim kütlesi, ρ ) (g) (g/ cm 3 ) Siteler 42,66 33,40 0,78 Ulus 49,32 40,18 0,81 Ostim 1 62,85 53,42 0,85 Ostim 2 32,96 30,11 0,91 Çizelge 2 den görüldüğü gibi, farklı yerlerden temin edilen parafinlerin birim hacim kütleleri arasında %17 ye varan bir fark olduğu tespit edilmiştir. Ancak, ASTM D 4943 (2008) de, parafinin birim hacim kütlesinin imalatçısından veya tedarikçisinden temin edilebileceğinin ifade edilmiş olması ve parafinin birim hacim kütlesinin katalogdan sabit bir değer olarak alınabileceği yönünde yaygın bir kanaat bulunması, parafin kaplama yöntemiyle belirlenen büzülme limitinin parafinin birim hacim 274
kütlesine olan hassasiyetinin belirlenmesi gereğini doğurmuştur. Bu amaçla, çalışmada kullanılan bir örneğin (Numune 1a) sonuçları üzerinde; diğer bütün değerler sabit tutulup, parafinin birim hacim kütlesi Çizelge 2 de verilen değerleri de kapsayacak şekilde 0,80 ile 0,92 arasında değiştirilmiş ve buna karşılık gelen büzülme limiti değerleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalardan elde edilen sonuçlar grafik halinde Şekil 2a da sunulmuştur. Ayrıca, Şekil 2a da sunulan sonuçları Numune 1a dan ve parafinin birim hacim kütlesinden bağımsız hale getirmek için büzülme limitinin ve birim hacim kütlenin değişim yüzdeleri hesaplanmış ve sonuçları Şekil 2b de sunulmuştur. (a) (b) Şekil 2. Büzülme limitinin parafinin birim hacim kütlesine hassasiyeti: (a) Büzülme limiti cinsinden, (b) değişim yüzdesi cinsinden. Şekil 2 incelendiğinde, parafinin birim hacim kütlesindeki küçük bir değişimin, büzülme limiti sonuçlarına büyük oranda yansıdığı görülmektedir. Örneğin; parafinin birim hacim kütlesinde yaklaşık %10 mertebesindeki bir artış büzülme limitinin yaklaşık %40 kadar artmasına neden olmuştur. Bu sonuçlara göre, parafin kaplama yöntemiyle belirlenen büzülme limitinin parafinin birim hacim kütlesine karşı son derece hassas olduğu saptanmıştır. Bu nedenle, parafinin birim hacim kütlesinin imalatçısından veya tedarikçisinden öğrenilmesi ya da katalogdan sabit bir değer olarak alınmasının yanlış bir yaklaşım olduğu ve temin edilen her yeni parafin kalıbının birim hacim kütlesinin hassas bir şekilde belirlenmesinin gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada, deney numunelerinin kaplanmasında Ostim 1 den temin edilen parafin (ρ=0,85 g/cm 3 ) kullanılmıştır. 4.2. Örneklerin Büzülme Limitleri Altı farklı örneğin her birinden beşer adet hazırlanan örneklerin dört farklı yöntemle belirlenen büzülme limitleri ve bunların ortalamaları Çizelge 3 te, ortalama değerler kullanılarak oluşturulan histogram grafiği ise Şekil 3 te sunulmuştur. Yöntemlerin kendi içlerinde tekrarlanabilirliklerini değerlendirmek için, aynı örnekten hazırlanan 5 adet örnekten elde edilen büzülme limitlerinin standart sapmaları da hesaplanmış ve Çizelge 3 te verilmiştir. Örnek 1 den hazırlanan örneklerden üç tanesi kuruma esnasında çatladığı için, cıvalı cihaz yöntemiyle bu örnekler üzerinde gerekli ölçümler alınamamış ve deney dışında bırakılmışlardır. Şekil 3. Deney numunelerinin ortalama büzülme limitleri 275
Çizelge 3 ten; parafin kullanılarak yapılan parafin kaplama ve sıvı taşırma yöntemlerinin birbiriyle aynı sonucu verdiği (Örnek 4 teki küçük fark hariç), benzer şekilde cıva kullanılarak yapılan cıvalı cihaz ve cıva taşırma yöntemlerinin de birbirlerine yakın sonuçlar verdiği anlaşılmaktadır. Ayrıca, parafinli yöntemlerin cıvalı yöntemlere kıyasla büzülme limitini biraz daha yüksek (yaklaşık % 0,2 kadar) belirlediği Çizelge 3 ten ve Şekil 3 ten görülmektedir. Çizelge 3 te verilen standart sapmalar incelendiğinde, bu değerlerin de aralarında anlamlı bir fark olmadığı ve birbirlerine oldukça yakın çıktıkları görülmektedir. Buna göre, dört yöntemin de tekrarlanabilirliklerinin hemen hemen aynı olduğu ifade edilebilir. Örnek No Çizelge 3. Örneklerin büzülme limitleri. Cıvalı cihaz yöntemi Cıva taşırma yöntemi Parafinin kaplama yöntemi Sıvı taşırma yöntemi 1a 17,6 17,4 18,8 19,0 1b - 17,2 18,3 17,7 1c - 17,1 18,0 17,9 1d - 17,6 18,1 18,5 1e 17,5 17,3 18,3 18,5 Ortalama 17,6 17,3 18,3 18,3 Standart sapma 0,1 0,2 0,3 0,5 2a 16,7 16,9 17,1 16,9 2b 15,1 15,1 15,3 15,3 2c 15,9 15,9 16,2 16,3 2d 16,5 16,4 17,0 17,0 2e 16,7 16,7 17,3 17,3 Ortalama 16,2 16,2 16,6 16,6 Standart sapma 0,7 0,7 0,8 0,8 3a 15,5 15,8 15,8 16,0 3b 14,7 14,0 15,1 15,0 3c 15,1 14,7 15,3 15,2 3d 15,2 15,2 15,5 15,7 3e 15,2 15,3 15,6 15,7 Ortalama 15,1 15,0 15,5 15,5 Standart sapma 0,3 0,7 0,3 0,4 4a 16,4 16,4 17,0 17,1 4b 17,8 17,6 18,3 18,5 4c 18,0 18,0 18,5 18,8 4d 18,7 18,4 19,1 19,1 4e 18,0 17,6 18,6 18,7 Ortalama 17,8 17,6 18,3 18,4 Standart sapma 0,8 0,7 0,8 0,8 5a 15,5 15,6 16,0 16,3 5b 13,9 13,9 14,2 14,2 5c 14,4 14,3 14,8 14,5 5d 15,7 15,4 16,2 16,1 5e 15,2 15,3 15,5 15,6 Ortalama 14,9 14,9 15,3 15,3 Standart sapma 0,8 0,8 0,8 0,9 6a 17,3 16,7 17,7 17,9 6b 17,5 17,4 18,2 18,4 6c 17,7 17,6 18,4 18,0 6d 18,6 17,9 19,1 19,2 6e 17,6 17,1 17,9 17,9 Ortalama 17,7 17,3 18,3 18,3 Standart sapma 0,5 0,5 0,5 0,6 276
5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Zeminlerin büzülme limitinin belirlenmesinde uygulanan standart yöntemlerin karşılaştırıldığı bu çalışmada aşağıda verilen temel sonuçlar varılmıştır. (a) Parafin kaplama yöntemiyle belirlenen büzülme limiti değerleri parafinin birim hacim kütlesine karşı son derece hassastır. Parafinin birim hacim kütlesindeki küçük bir sapma, büzülme limitinin büyük oranda değişmesine neden olmaktadır. Parafinin birim hacim kütlesinin imalatçısından veya tedarikçisinden öğrenilmesi ya da katalogdan sabit bir değer olarak alınması hatalı sonuçlar elde edilmesine yol açabilir. Bu nedenle, temin edilen her yeni parafin kalıbının birim hacim kütlesinin hassas bir şekilde belirlenmesi ve hesaplamalarda bu değerin kullanılması gerekmektedir. (b) İlgili standartlarda belirtilen öneriler doğrultusunda hassas bir şekilde uygulandığı takdirde, bu çalışmada karşılaştırılan yöntemlerin dördü de birbirine oldukça yakın ve tutarlı sonuçlar vermektedir. (c) Parafin kaplama ve sıvı taşırma yöntemleri (parafinli yöntemler) birbiriyle aynı sonucu, cıva taşırma ve cıvalı cihaz yöntemleri (cıvalı yöntemler) ise aralarındaki az bir farkla birbirine çok yakın sonuçlar vermiştir. (d) Parafinli yöntemler cıvalı yöntemlere kıyasla bir miktar daha yüksek (yaklaşık % 5 kadar) büzülme limiti vermiştir. (e) Yöntemlerin kendi içlerindeki tekrarlanabilirlikleri oldukça yüksek olup, beş tekrarlı deneyden elde edilen sonuçların standart sapması en fazla % 0,9 dur. Bu sonuçlara göre, yürürlükten kaldırılan cıvalı yöntemlerle bulunan büzülme limiti değerlerinin, günümüzde parafinli yöntemlerle bulunan büzülme limiti sonuçlarıyla birlikte güvenle kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. 6. KAYNAKLAR ASTM D 427, 2004, Test method for shrinkage factors of soils by the mercury method (withdrawn in 2008). Annual Book of ASTM Standards, Vol.4.08, West Conshohocken, PA. ASTM D 4943, 2008. Standard test method for shrinkage factors of soils by the wax method. Annual Book of ASTM Standards, Vol.4.08, West Conshohocken, PA. Bauer, E.E., 1960. History and development of the Atterberg limits tests. ASTM Special Technical Publication No. 254. Sixty-second Annual Meeting; Papers on Soils 1959 Meetings: Symposium on Atterberg Limits, 160-167. BS 1377: Part 2, 1990. Methods of testing soils for civil engineering purposes. British Standards Institution, London. Izdebska-Mucha, D., Wójcik, E., 2013. Testing shrinkage factors: comparison of methods and correlation with index properties of soils. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 72,15 24. Jones, D.E., Holtz, W.G., 1973. Expansive soils - The hidden disaster. Civil Engineering ASCE, 43(8), 49-51. Kalaycıoğlu, S., 2012. Büzülme limitinin ters ekstrüzyon yöntemiyle incelenmesi. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. Rao, K.S.S., Satyadas, G.C., 1985. Measurement of Volumetric and Linear Shrinkage on Black Cotton Soil. Geotechnical Testing Journal, 8 (2), 66-70. Sridharan, A., Prakash, K., 1998. Mechanism controlling the shrinkage limit of soils. Geotechnical Testing Journal, 21(3), 240-250. Sridharan, A., Prakash, K., 2000. Shrinkage limit of soil mixtures. Geotechnical Testing Journal, 23(1), 3-8. TS 1900-1, 2006. İnşaat mühendisliğinde zemin deneyleri, TSE, Kızılay, Bakanlıklar-Ankara. TS EN ISO 17892-2, 2014. Geoteknik etüt ve deneyler - Zemin laboratuvar deneyleri - Bölüm 2: Birim hacim kütlenin belirlenmesi. TSE, Kızılay, Bakanlıklar-Ankara. WHO (World Health Organization), 2007. Exposure to mercury: Major public health concern. Geneva, Switzerland. 277