close

Enter

Log in using OpenID

2-b - Niğde Üniversitesi

embedDownload
NİĞDE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
INS3003 ZEMİN MEKANİĞİ-I
LABORATUVAR DENEYLERİ
Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Osman SİVRİKAYA
RAPOR 2
Hazırlayan: Öğrencinin Numarası ve Adı Soyadı
13 Ağustos 2014
NİĞDE
1
İÇİNDEKİLER
ÖZET
1 – GİRİŞ
2 – KOMPAKSİYON (SIKIŞTIRMA)
2.1 – KONU
2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
2.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
2.4 – YORUM – SONUÇ
3 – KONSOLİDASYON
3.1 – KONU
3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
3.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
4 – KAYMA MUKAVEMETİ
4.1- SERBEST BASINÇ
4.1.1 – KONU
4.1.2 – DENEYİN YAPILIŞI
4.1.3 - BULGULAR / HESAPLAMALAR
4.1.4 – YORUM
4.1.5 – SONUÇ
4.2 – KESME KUTUSU
4.2.1 – KONU
4.2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
4.2.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
4.2.4 – YORUM
4.2.5 – SONUÇ
4.3 – ÜÇ EKSENLİ BASINÇ
4.3.1 – KONU
4.3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
4.3.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
4.3.4 – YORUM
4.3.5 – SONUÇ
5 - SONUÇ
KAYNAKLAR
EKLER (TABLOLAR, ŞEKİLLER, ABAKLAR ve FÖYLER)
2
ÖZET
Zeminlerin mühendislik özelliklerinin saptanması için yapılan bu çalışma kuru
birim hacim ağırlık – su muhtevası ilişkisi için kompaksiyon deneyi, oturma – zaman
ilişkisi için konsolidasyon deneyi, kayma mukavemeti parametreleri için de serberst
basınç ve kesme kutusu deneylerinden oluşur.
Kompaksiyon deneyinde standart proktor aleti kullanılmış ve numune üç tabaka olarak
proktor kabına
yerleştirilip
sıkıştırılmıştır.
Konsolidasyon
deneyi
kademeli
yüklemelerle yapılmış ve konsolidasyon deneyine ait eğriler çizilmiştir. Serbest basınç
deneyi killi zemin üzerinde ve kesme kutusu deneyi de üç ayrı normal gerilmeler altında
üç kez tekrarlanarak kum numunesi üzerinde yapılmıştır.
Her deneyde farklı numuneler kullanıldığı için bu çalışmada deneylerin toplu bir
değerlendirilmesi yapılamamış, her deney kendi içinde kullanılan numuneye göre
değerlendirilmiştir.
1 - GİRİŞ
Zeminlerin davranışlarının anlaşılabilmesi için, onların indeks özellikleri kadar
mühendislik özelliklerininde bilinmesi gerekir.
problemler çözüme kavuşturulabilir.
Ancak bu sayede karşılaşılan
Zeminin yapı malzemesi olarak kullanılması
durumunda mühendislik yapılardan gelen yüklerden dolayı oluşan oturmalar ve
dolgularda kullanılan zeminlerin sıkıştırılması yani kompaksiyon bir problem olarak
karşımıza çıkar.
Arazide karşılaşılan bu problemlerin çözümü için arazideki şartları labaratuvarda
kısmen modelize ederek zeminlerin o yükler altındaki davranışlarını yeter doğrulukta
bulmak gerekir. Arazide bir yapı temeli veya toprak dolgu altında kalacak zemin
tabakalarının gerilme – şekil değiştirme davranışlarını kayma mukavemetlerini
belirlemek için; kesme kutusu deneyi, serbest basınç deneyi, üç eksenli basınç deneyi,
oturma – zaman davranışı için konsolidasyon deneyi ve kuru birim hacim ağırlık – su
muhtevası ilişkisi içinde kompaksiyon deneyleri yapılır.
Bütün deneylerde dikkat
edilmesi gereken en temel kural, deney koşulları ile arazi koşullarının benzeşimidir.
Kompaksiyon mekanik enerji kullanarak zemin içindeki hava boşluklarının
sıkışma ile dışarı atılması işlemi olarak tanımlayabiliriz. Bu çalışmada numunemiz
üzerinde standart proktor deneyi yapılmıştır. Numune 956 cm3 lük kabın içerisine üç
3
tabaka halinde serilmiş, her tabaka proktor aleti ile sıkıştırılır. Daha sonra kalıp + yaş
numune ağırlığı ölçülerek yoğunluk hesaplanır. Kalıbın üstünden ve altından alınan
numunelerin su muhtevaları ölçülerek buradan kuru birim hacim ağırlığına ulaşılır. Bu
deneyde 592,7 kJ/m3 kompaksiyon enerjisiuygulanmıştır.
Bu işlemler değişik su
muhtevalarında 6-7 kez tekrarlanarak kompaksiyon eğrisi elde edilir. Bulunan sonuçlar
k-w eksen takımlarında grafik olarak gösterilir. Bu diyagramdan maksimum k ve
optimum wopt su muhtevası bulunur.
Konsolidasyon ise zamana bağlı olarak sabit yük altında zemindeki suyun dışarı çıkması
ile meydana gelen hacimsel şekil değiştirmelerdir.
Konsolidasyon oturmaları
mühendislerin arazide karşılaştığı problemlerin başında gelir.
Toplam ve farklı
oturmalar sonunda, eğer bu oturmalar limitlerin üzerinde olması halinde, yapı
güvenliğini tehlikeye sokabilecek durumlar ortaya çıkabilir. Bu oturmaları ve zamanla
ilişkilerini saptayabilmek için labaratuvarda konsolidasyon (odometre) yapılır.
Özellikle ince daneli zeminlerde çok önemli olan konsolidasyon oturmaları, odometre
aleti kullanılarak ıncelenir.
Deney düzeneğinde numunede yanal genişlemeye izin verilmemekte ve belirli düşey
yükler altında boy kısalması ölçülmektedir.
Zemin numunesi odometre aletine
yerleştirildikten sonra, deneyde ilk adım 0,25 kg/cm2 yüklemesi yapılır ve sonra
numuneye iki dakika sonunda su verilir. 15``, 30``, 1`, 2`, 4`, 8`, 15`, 39`, 1 sa, 2 sa, 4
sa, 8sa ve 24 sa sürelerinde mikrometreden okumalar yapılır. Bu yüklemeden sonra 0,5,
1 lik yüklemeler yapılır ve her kademe için 24 saat beklenir. Deneyin ikinci aşamasında
ise yük değerleri, 1 den 0,5, 0,25 kg/cm2`a boşaltılır ve üçüncü adımda tekrar 0,5, 1, 2,
4, 10 kg/cm2`a yüklenir. Son adımda ise 10 kg/cm2 den 0,25 kg/cm2 değerine kadar
azaltılarak okumalar alınır. , Bunlar sonucunda numunenin değişik düşey yükler altında
davranışı için oturma – zaman ilişkisi çıkarılır.
Kayma mukavemetini bulmak için yapılan ilk deney Serbest Basınç deneyidir. Bu
deneyde, kompaksiyon deneyinden elde edilen silindirik olarak hazırlanan ince daneli
zemin numunesi eksenel olarak kırılıncaya kadar yüklenir. Yük artışlarına karşılık
gelen boy kısalmaları ölçülerek serbest basınç mukavemeti (qu) bulunur. Deney hızlı ve
drenajsız olarak yapıldığı için zeminin drenajsız kayma mukavemeti bulunur.
Kesme Kutusu Deneyi, kayma mukavemetini bulmak için yaptığımız deneylerdendir.
Bu deneyde numune dikdörtgen kesitli iki parçadan oluşan rijit bir kutu içine
yerleştirilir. Numune üzerine düşey sabit bir gerilme uygulanır. Uygulanan düşey
4
gerilme altında 15-20 dakika bekletilerek numune konsolide edilir. Daha sonra kesme
kuvveti altında kutunun üst parçası sabit tutulurken alt parçası kuvvet doğrultusunda
yatay olarak hareket eder. Böylece numune ortasından geçen yatay düzlem boyunca
kaymaya zorlanır. Numunemiz 1, 2, 3 kg/cm2 düşey gerilmeler altında kesme kutusu
deneyine tabi tutulmuştur.
Yatay yer değiştirmelere göre kuvvet saatinden kuvvet düşey deplasman ölçerden de
normal gerilme altında kısalmalar veya şişmeler (kabarmalar) okunur. Elde edilen
sonuçlar kayma gerilmesi ()– birim kayma deformasyon () ile kayma gerilmesi () –
normal gerilme () diyagramlarında gösterilir. Her deney kademesinde aynı miktarda
numune kullanılmıştır.
Yapılan son deney ise konsolidasyonlu derenajsız (CU) üçeksenli basınç deneyi
yapılmıştır.
Bu deney arazide konsolide olan zeminin ani olarak yüklenmesiyle
meydana gelecek kayma parametrelerini bulmada kullanılır. Deney hakkında geniş
bilgi detaylarıyla son bölümde verilmiştir.
2 – KOMPAKSİYON (SIKIŞTIRMA)
2.1 - KONU
İnşaat mühendisliğinde değişik amaçlar için toprak dolgular inşası çok sık başvurulan
bir uygulama olmaktadır. En yaygın örnekleri arasında, inşaat sahasının kotunu
yükseltmek için yapılan dolgular, karayolları ve havaalanları kaplama altı dolguları ile
toprak barajlar, su bentleri ve akarsu seddeleri gibi su yapıları için yapılan dolgular
sayılabilir. Ayrıca, birçok durumlarda elverişsiz zemin koşullarına sahip inşaat
alanlarındaki tabii zeminin kazılıp atılması ve yerine daha iyi özelliklere sahip temel altı
dolgusu
konulması
veya
mevcut
zemin
tabakalarının
özelliklerinin
yerinde
iyileştirilmesi gerekmektedir.
Toprak dolgularda kullanılacak malzeme, başka sahadan (ariyet sahası) kazılarak elde
edilen zemin olacaktır. Kazıdan elde edilen bu zeminin, gelişigüzel dolgu sahasına
dökülmesi ve yayılması ile elde edilecek bir dolgu tabakası yüksek porozite,
permeabilite (su geçirgenliği) ve sıkışabilirliğe ve düşük mukavemete sahip olması
yanında, özellikleri dolgu derinliği boyunca ve noktadan noktaya büyük farklılıklar
gösteren heterojen bir görünüm arz edecektir. Bu durumdaki bir zemin tabakasının ise
gerek projelendirme yönünden gerekse uygulanacak yükler altındaki muhtemel
5
davranışı açısından kabul edilebilir olamayacağı açıktır. Bu nedenlerle, çok eski
çağlardan beri insanlar toprak dolguların inşasında dikkatli davranılması ve özellikle
bunların sıkıştırılarak yerleştirilmesi gerektiği bilincine sahip olmuşlardır. Modern
çağlarda ise gerek zeminlere uygulanan yükler, gerekse inşaat yöntemlerindeki
değişiklikler (motorlu taşıtların yaygınlaşması ve kaplamalı yolların inşası gibi) sonucu
zemin dolgularının usulüne göre yapılması gereği daha da önem kazanmıştır.
Usulüne göre yapılmış kontrollü bir toprak dolgu şu özelliklere sahip olmalıdır:
a) Kendi ağırlığını ve uygulanan dış yükleri güvenlikle taşımaya yeterli
mukavemete sahip olmalı
b) Yük altındaki oturma ve deformasyonları müsaade edilebilir seviyelerin altında
olmalı
c) Aşırı şişme veya büzülme göstermemeli
d) Mukavemet ve sıkışabilirlik özelliklerini kullanım ömrü boyunca koruyabilmeli
e) Fonksiyonuna uygun permeabilite ve drenaj özelliklerine sahip olmalı
Yukarıda sıralanan özelliklere sahip bir toprak dolgu inşa edebilmek için zemin
mühendisinin kontrol edebileceği parametreler içinde en önemli olanları ise kullanılan
malzemenin (zemin) cinsi ile su muhtevası ve sıkılık derecesi olmaktadır.
Toprak dolguların yeterli mühendislik özelliklerine sahip olarak inşasında ve bazı
durumlarda tabii zemin tabakalarının özelliklerinin yerinde iyileştirilmesinde en önemli
unsur, zemin yeterince ve usulüne uygun olarak sıkıştırılmasıdır. Bu sıkıştırma işlemi
ise zemin mühendisliğinde kompaksiyon olarak tanımlanmaktadır. Diğer bir ifade ile
kompaksiyon (sıkıştırma), zemin danelerinin birbirine yaklaştırılması ve aralarındaki
hava boşluklarının azaltılması sonucu daha sıkı bir yerleşime sahip olmalarını sağlayan
mekanik işlemlere verilen isim olarak tanımlanabilir (Özaydın, 2005).
2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Standart Proktor Deneyi
Deney Ekipmanları

Etüv, 60 º C ve 110 ± 5 º C ‘ de sabit kalabilen termostat kontrollü

Terazi (0.01 g duyarlıklı)
6

Metal kap

Metal tokmak

Metal tepsi

Kriko

Su muhtevasının ölçümü için gerekli deney aletleri

Palet bıçağı

Çelik cetvel

Elek ve tavası
Standart Proktor deneyinde zemin Şekil 2.1’de görüldüğü gibi 3 tabaka halinde ve
üzerine 2.5 kg ağırlığında bir kütlenin her tabaka 30,5 cm yükseklikten 25’er kere
düşürülmesi ile sıkıştırılmaktadır. Standart Proktor deneyinde kullanılan kompaksiyon
enerjisi 590 kJ/m3’tür. Kalıp sıkıştırılmış zemin ile tamamen dolduktan sonra kütlesi
belirlenip bundan sıkıştırılmış zeminin yoğunluğu veya birim hacim ağırlığı
hesaplanabilir. Aynı zeminden alınacak örneklerden su muhtevası saptandıktan sonra
kuru yoğunluğu hesaplanır. Deney 5 veya 6 kere tekrarlanarak zeminin su muhtevası ile
sıkıştırılmış kuru yoğunluğu arasındaki ilişki deneysel olarak saptanmış olur ve sonuçlar
grafik üzerinde gösterilir.
Şekil 2.1- Standart Proktor Deneyinde Zeminin Üç Tabaka Halinde Sıkıştırılması
Modifiye Proktor Deneyi
Modifiye proktor deneyi de prensip olarak standart proktor deneyi gibi yapılır. Ancak her
iki deney metodu arasında az da olsa birtakım farklılıklar mevcuttur. Bu farklılıklar aşağıda
belirtilmiştir.
7
I. a = 45.7 cm yükseklikten serbest düşüş yapan 4.535 kg ağırlığında bir tokmak
kullanılır.
II. Modifiye proktor deneyinde zemin, sıkıştırma kalıplarında 5 tabaka halinde, 4.5 kg
ağırlığında bir kütlenin her tabakaya 46 cm yükseklikten 25’er kez düşürülmesi ile
sıkıştırılmaktadır. (Şekil 2.2)
III. Modifiye proktor deneyinde kullanılan enerji 2700 kJ/m3 olmaktadır.
Şekil 2.2- Modifiye Proktor Deneyinde Zeminin Beş Tabaka Halinde Sıkıştırılması
2.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
Proktor deneyi için şunları söylemek mümkündür.
a) Maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su muhtevası, kompaksiyon
enerjisinin seviyesine bağlıdır.
b) Kompaksiyon enerjisi arttıkça maksimum kuru birim hacim ağırlık artar.
c) Kompaksiyon enerjisi arttıkça optimum su muhtevası azalır.
d) Kompaksiyon eğrisinin hiçbir kısmı, sıfır hava boşluğu çizgisinin sağ kısmına
geçemez. Bu eğri bütün boşlukların suyla dolduğu γd’nin teorik en büyük
değeridir.(γsav)
(2.1)
8
γw : suyun birim hacim ağrılığı
Gs : özgül ağırlık
ω
: su muhtevası
e) Kompaksiyon sonrası maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su
muhtevası zeminden zemine değişiklik gösterir.
Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlığı’nın Hesabı (γkmax)
Bu yöntemde ilk olarak ilgili zemin için standart proktor deneyi yapılarak ıslak birim
hacim ağırlık ve su muhtevası belirlenir. Belirlenen değerlere uygun olarak çizilen
eğriden, zeminin one-point metodu için hazırlanan grafikteki zeminlerden hangisi
olduğu tespit edilip buna göre verilen tablodan zeminin optimum su muhtevası ve
maksimum kuru birim hacim ağırlığı hesaplanır. Eğer eğri tablodaki ana eğrilerden
ikisinin arasında kalıyorsa iki değerin ortalaması alınır.
Bu yöntem bütün zeminler için uygun değildir. Bu yönteme uygun olan zeminler, likit
limiti 30~70 arasında olan ve kuru birim hacim ağırlık-su muhtevası grafiği çan
şeklinde çıkan zeminlerdir. Likit limiti 30’dan küçük zeminlerde bu grafik bir buçuk
veya iki pik yapar. Likit limiti 70’ten büyük zeminlerdeyse iki pik yapar veya pik
bulunmaz.
2.4 – YORUM – SONUÇ
Laboratuvar kompaksiyon deneyinde saptanması amaçlanan esas iki parametre
uygulanan kompaksiyon enerjisine bağlı olarak elde edilebilecek maksimum kuru
yoğunluk ve optimum su muhtevası olmalıdır. Optimum su muhtevası bize zeminin
arazide en iyi sıkışabileceği su muhtevasını, maksimum kuru yoğunluk ise elde
edilebilecek sıkışma derecesini göstermektedir. Eğrilerin biçimi ise, belirli su muhtevası
aralıklarında sıkıştırılmış zeminin kuru yoğunluğunda gözlenecek değişiklikleri
göstermektedir.
Laboratuvar kompaksiyon deneyinden elde edilen sıkışma eğrisi (kuru yoğunluk – su
muhtevası ilişkisi), uygulanan kompaksiyon enerjisine ve kompaksiyon yöntemine bağlı
olarak değişmektedir. Bunun yanında, arazide kullanılan enerjilerin hem kendi
aralarında hem de laboratuvar deneyine göre büyük farklılıklar gösterdiği bilinmektedir.
9
Yapılan araştırmalar, eğrinin biçimi ve konumu biraz değişse de, farklı kompaksiyon
yöntemleri ve enerjileri altında, zeminin genel davranışında büyük benzerlikler
bulunduğunu göstermektedir. Arazide uygulanacak kompaksiyon enerjisi mertebesinde
enerjinin uygulandığı laboratuvar deney eğrisi bize arazi kompaksiyon davranışı
hakkında gerçeğe oldukça yakın bir fikir vermektedir.
3 – KONSOLİDASYON
3.1 – KONU
Zeminler üzerlerine uygulanan yüklerin sonucunda şekil değiştirme gösterirler. Şekil
değiştirmeler elastik ve plastik olmak üzere ikiye ayrılır. Elastik şekil değiştirmede, yük
kaldırıldığı zaman malzeme eski haline geri döner. Plastik şekil değiştirmede ise
deformasyonlar kalıcıdır. Elastik davranış gösteren bazı malzemelerde şekil
değiştirmeler ile uygulanan yükler arasında doğrusal bir ilişki gözlenirken (lineer
elastik), bazılarında ise bu ilişki doğrusal olmamaktadır (non-lineer elastik).
Zeminlerde meydana gelen şekil değiştirmeler genellikle uygulanan yük ile doğrusal
olarak artmadığı gibi, yükün kaldırılması sonucu geri gelen şekil değiştirmeler de
toplam şekil değiştirmelerin yalnızca küçük bir kısmını oluşturmaktadır. Zeminlerin
şekil değiştirme davranışında gözlenen bir başka özellik de bunların zemin üzerine daha
önce uygulanmış gerilmelerden etkilenmesidir. Uygulanan yükler zemin içinde gerek
kayma gerilmelerinde gerekse düşey ve yatay düzlemlere etkiyen normal gerilmelerde
artışlara yol açmaktadır.
Ortaya çıkan kayma gerilmelerinin zeminin kayma mukavemetini aşması veya bunların
yol açtığı kayma şekil değiştirmelerinin aşırı düzeylere ulaşması durumunda zeminde
göçme meydana gelir. Uygulanan yüklerin yol açtığı düşey normal gerilme artışları ise
zeminin kayma mukavemetini etkilediği gibi aynı zamanda zeminde düşey şekil
değiştirmeler meydana getirmektedir. Yapılar altındaki zeminlerde meydana gelen
oturmaların aşırı miktarlara ulaşması sonucunda birçok zararlı etkiler meydana gelebilir
ve hatta yapının güvenliği dahi tehlikeye düşebilir. Bu nedenle bu oturma miktarlarının
hesaplanması son derece önemlidir.
10
Sabit yük altında kohezyonlu zeminlerin sıkışmasına konsolidasyon denir. Zemin
yüzeyinde, yüklemeden kaynaklanan toplam düşey deformasyona oturma denir. Artan
yükleme durumunda düşey hareketin yönü aşağı, zemin üzerindeki yükün azaltılması
durumunda ise hareket yönü yukarı(şişme) olabilir. Yer altı su seviyesinin alçalması da
zemin içerisindeki efektif gerilmelerin artmasına ve dolayısıyla oturmalara yol
açacaktır. Özellikle ince daneli zeminlerin oturması ile ilgili önemli bir diğer konu,
genellikle zamana bağlı oluşlarıdır.
Mühendislik yapılarının temel tasarımında bizi en çok ilgilendiren, oturmanın
miktarının ne olacağı ve ne kadar hızlı oluşacağıdır. Oturmalar özellikle oturmanın hızlı
olduğu durumlarda yapısal ve diğer tür hasarlara yol açabilir. Yüklemeye maruz kalan
bir zemindeki toplam oturmanın (St) üç bileşeni vardır.
St = Si + Sc + Ss
(3.1)
Si : Ani oturma veya distorsiyon oturması
Sc : Konsolidasyon Oturması (zamana bağlı)
Ss : İkincil Sıkışma
ΔH = Si + Sc + Ss
(3.2)
Aynı zamanda toplam oturma (S), ΔH olarak da gösterilir (3.2).
Ani oturma veya distorsiyon oturması aslında elastik olmasa da genellikle elastik
teoriden hareketle hesaplanmaktadır. Konsolidasyon oturması zamana bağlı bir süreç
olup, permeabilite katsayısı düşük, ince daneli doygun zeminlerde meydana gelir.
Oturmanın derecesi boşluk suyunun drenaj hızına bağlıdır. Zamana bağlı olan diğer
bileşen olan ikincil sıkışma, sabit efektif gerilmede oluşur ve oluşumunda boşluk suyu
basıncında değişim söz konusu değildir.
Suya doygun haldeki bir zemin ilave bir yüke maruz kaldığı zaman bu basınç önce su
tarafından üstlenilir. Çünkü, suyun sıkışma kabiliyeti toprağa kıyasla çok azdır. Yük
tesiriyle su zeminin içindeki boşluklardan dışarıya çıktıkça basınç sudan toprağa
11
geçmeye başlar, dışarıya çıkan suyun hacmi kadar zemin küçülmesi neticesinde basınç
sudan toprağa aktarılır. Bu olaya zemin mekaniğinde “konsolidasyon” adı verilir.
Çok geniş bir alanı kaplayan bir dolgu parçasının sıkışması sadece tek boyutta meydana
geliyormuş gibi kabul edilebilir. Bir zemine yükleme yapıldığı zaman aşağıdaki
nedenlerden dolayı sıkışma meydana gelecektir.

Zemin danelerindeki deformasyon

Gözeneklerdeki su ve havanın sıkışması

Gözeneklerden su ve havanın tahliyesi
Tipik mühendislik yüklerinde zeminin mineral tanelerindeki sıkışma küçük olup, ihmal
edilebilir. Sıkışabilir zeminler çoğu zaman yer altı su seviyesi altındadır ve tamamen
suya doygun olarak kabul edilir. Bundan dolayı boşluk suyunun sıkışabilirliği de ihmal
edilebilir. Böylece yüklemeye maruz kalan zeminlerde hacim değişimine en çok katkı
sağlayan faktör, yukarıda sıralananlar arasında sonuncu olanıdır. Su gözenekten dışarı
atılırken, zemin daneleri de daha stabil ve daha yoğun bir konuma gelecek şekilde
yeniden pozisyon alırlar ve bu süreç sonucunda hacimde bir azalma, yüzeyde de oturma
meydana gelir. Bu işlemin ne kadar hızlı gelişeceği zeminin permeabilitesine bağlıdır.
Killer oldukça düşük permeabiliteye sahip oldukları için, yüklemeye maruz
kaldıklarında sıkışmaları aylar, yıllar, hatta on yıllar sürebilir.
Ödometre Deneyi
Geniş alanlar kaplayan zemin plakaları, düşey olarak yüklendiklerinde sıkışma tek
eksenli olarak kabul edilebilir. Laboratuvarda bir boyutlu sıkışmayı temsil etmek için
zemin ödometre veya konsolidometre adı verilen özel bir cihaz içerisinde sıkıştırılır.
Ödometre tekniğinin içinde kademeli yükleme deneyi (Lambe, 1951) halen pratikte en
çok kullanılanıdır. Geliştirilen diğer yöntemler hidrolik eğim kontrollü (Lowe, 1969),
sabit yükleme hızlı (Aboshi, 1970), sabit deformasyon hızlı (CRS) konsolidasyon
deneyleri (Sallfors, 1975) şeklinde sıralanabilir. Geliştirilen deney teknikleri ile sürekli
sıkışma eğrisi oluşturulmakta ve sıkışabilirlik ve konsolidasyon katsayılarının çok daha
doğru olarak bulunmasına imkan sağlamaktadır. Ama asıl önemlisi klasik yük artımlı
deneylerin diğerlerine nazaran deney süresini büyük ölçüde azaltmasıdır. Diğer taraftan
sürekli okumaların alınması için otomatik veri kayıt sistemine ve çok daha karmaşık
12
gelişmiş aletlere gereksinim vardır. Eğim kontrollü deneylerde amaç aşırı boşluk
basıncının eğimini kontrol ederek numunenin her yerinde arazideki koşullardakine
benzer büyüklüklerde üniform efektif gerilme ve sıkışma oranlarını yaratabilmektir.
Kademeli yükleme deneylerinde ilk sıkışma oranları, drenaj sınırlarına yakınında aşırı
boşluk basıncı eğiminin yüksek olması dolayısıyla arazidekinden çok daha büyük
olmaktadır.
Kademeli yükleme deneyleri standart ödometre deneylerinde uygulandığı gibi rutin
deneyler için de basit bir metot olarak çokça kullanılmaktadır. Sürekli yükleme
deneyleri ile bazı dezavantajlar ortadan kaldırılabilmekte veya azaltılmaktadır.
Bunlar:Alet terk edilerek ve iş kazancının artırılarak; deneyin tamamlanması için
gereken süre azaltılabilmektedir.
Deney oranı operatör tarafından seçilebilir. Böylelikle yüksek geçirgenliği olan
zeminler çok daha çabuk test edilebilmektedir. Örneğin; Londra kili için 48 saat
gerekirken kaolin için bu süre yaklaşık 2 saate kadar düşmektedir.
Yükleme prosedürü otomatiğe bağlanmak sureti ile iş gücü kazancı elde edilmiş
olmaktadır. Sürekli gerilme-şekil değiştirme-zaman eğrileri sayesinde daha iyi ve
güvenilir veri toplanmış olmaktadır. Bir çok sabit deformasyon hızlı, sabit gerilme artım
oranlı, sabit boşluk basıncı oranlı gibi yükleme yöntemi ve kriteri uygulanabilmektedir.
Ayrıca otomatik data kayıt sistemi ve kontrol teknikleri kolaylıkla uygulanabilmektedir.
Sürekli yükleme deneyleri için temek olarak Rowe hücresi, Oxford Üniversitesi gibi bir
hidrolik sıkışma hücresi veya Bristol hücresi gibi ödometre tipi hücrelere uyarlanan
mekanik yükleme çatısı gerekmektedir. Bilgisayar yardımlı izleme ve kontrol esasen
tüm deney tipleri için gerekmektedir. Bu deneyler, bir çok noktadan oluşan sürekli bir e
veya e-log eğrisi ürettiği için yüksek kalitede veri güvenilirliği vermektedir. Bu tür
deneylerin ana dezavantajı alete bağlanan cihazların karmaşık ve pahalı olması ve
çalıştırılması için iyi eğitilmiş teknisyene ihtiyaç duyulmasıdır. Sürekli yükleme
deneylerinin başlıca tipleri aşağıda anlatılmaktadır.
Deney Ekipmanları
Alet ve malzemeleri 2 kısımda sınıflandırmak gereklidir.
13
a) Genel İhtiyaçlar

Terazi 2 adet (0,1gr ve 0,01 gr hassasiyette )

Etüv

Kronometre

Saat camı ve rutubet kapları

Hassas çökmeyi veren alet

Buharlama kabı
b) Özel İhtiyaçlar

Konsolidometre (Ödometre)

Numune Kutusu (standart boyutlarda )

Kıl testere

Bıçak, Spatula

Numuneyi ringe yerleştirme aparatı
Ödometrenin yükleme sistemi, dönüşüm oranı belirli sistemlere belli ağırlıkların
asılması suretiyle temin edilen yükleme sistemidir. Numunenin içine yerleştirildiği ring,
sabit ve yüzen olmak üzere 2 tiptir. Sabit ringli kaplarda numunenin kaba göre hareketi
daima aşağı doğrudur. Yüzen bilezikli kaplarda ise hareket tabana ve üstten ortaya
doğrudur. Bu sebeple numune ve çeper arasındaki sürtünme yüzen ringli kaplarda daha
azdır.
Numunenin Hazırlanması
Konsolidasyon deneyi hem örselenmiş, hem de örselenmemiş numuneler üzerinde
yapılabilir.

Örselenmemiş Numuneler: Bu numuneler bozulmamış numune alma
yöntemlerinden birisi ile alınmış parafinli olarak laboratuara gelmiş olmalıdır.
Ayrıca deneyin sağlıklı yapılabilmesi için:
Numunenin çapı laboratuardaki ring çapından 4 cm büyük olmalı,
Numune yüksekliği laboratuardaki ring yüksekliğinden 4 cm büyük olmalıdır.

Örselenmiş Numuneler: Numuneler yoğurularak hazırlanıp ring içine
yerleştirilir. Bunun içinde laboratuarda 4,76 mm den küçük boyutta 5 kg
numune gereklidir.
14
Ekipmanların Kalibrasyonu
Deneye başlamadan önce ödometrenin ayarlanması gerekir.

Çökmeyi hassas olarak verecek olan göstergelerin tutukluk yapıp yapmadığı
kontrol edilmelidir.

Deney başında aletin deformasyonu tespit edilir. Bu miktar sonra deney
esnasındaki okumalardan çıkarılır.

Ringlerin çap, yükseklik ve ağırlık gibi karakteristik değerleri tespit edilir.
3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
İnceleme altındaki sıkışabilir zemin katmanına ait bir elemanı temsil eden örselenmemiş
bir zemin örneği dikkatlice tıraşlanarak, deney halkası içerisine yerleştirilir. Halka,
yatay deformasyonlara izin vermeyecek ölçüde rijitdir. Numunenin altında ve üzerinde
konsolidasyon işlemi sırasında drenaja izin veren poroz taşlar bulunmaktadır(Şekil
3.1a). Numunenin yüklenmesi sırasında poroz taşın çapı halkanın çapından genellikle
yarım milimetre daha küçük tutulur. Numunenin çapının yüksekliğine oranı genellikle 2
ile 5 arasında muhafaza edilir ve numune çapı çoğu zaman test edilen örselenmemiş
örneğin çapına bağlıdır. Kalınlığı az ve çapı küçük örneklerde tıraşlama sırasında daha
fazla örselenme meydana gelmektedir. Diğer taraftan, yüksekliği fazla numunelerde
daha büyük kenar sürtünmesi söz konusudur. Seramik halkalar veya teflon kaplı
halkalar kullanmak suretiyle veya halkanın iç yüzeyi molibden disülfid ile yağlanarak
kenar sürtünmesinin bir ölçüde azalması sağlanabilmektedir. Yüzen halka deneyinde
sıkışma, numunenin iki yüzeyi boyunca meydana gelir. Bu deneydeki halka sürtünmesi,
tüm hareketin halkaya göre göreceli olarak aşağı yukarı doğru olduğu sabit halka
deneyinkinden daha düşüktür. Sabit halka deneyinin temel avantajı tabandaki poroz
taştan drene olan suyun ölçülebilir veya kontrol edilebilir oluşudur(Şekil 3.1b). Bu
şekilde ödometre içerisinde permeabilite deneyleri yapmak mümkündür.
15
Şekil 3.1 Tek Eksenli Konsolidasyon (Das, 2008)
Konsolidasyon deneyi sırasında laboratuar numunesinde yük ile deformasyon
arasındaki ilişkiyi ortaya koymak için, uygulanan yük ve numunede meydana gelen
deformasyon dikkatlice ölçülür. Gerilme, doğal olarak, uygulanan yükün numune
alanına bölümü ile elde edilir. Numunenin yüklenmesi genelde giderek artan şekilde
olmalıdır. Yükleme işlemi ya bir mekanik kol, yada hava ya da hava-hidrolik basınç
silindiri ile yapılmaktadır. Her bir gerilme artışı uygulanır, numunenin konsolide
olmasına izin verilir ve daha fazla deformasyon olmayacak şekilde dengeye gelir;
numune içerisindeki aşırı boşluk suyu basıncı yaklaşık olarak sıfıra eşittir. Bu durumda,
nihai veya denge gerilmesi bir efektif gerilmedir. İşlem, gerilme-deformasyon eğrisini
oluşturacak kadar nokta elde edene kadar tekrarlanır.
O halde konsolidasyon deneyinin amacı, zeminin dış yükler altında maruz kalacağı
sıkışmayı temsil etmektir. Gerçekte ölçtüğümüz şey, basınç altındaki sıkışmada zeminin
davranışıdır. Bir örselenmemiş temsilci numunenin sıkışma karakteristiklerini
değerlendirmek suretiyle arazideki zemin katmanında meydana gelecek oturmayı
bulabiliriz.
16
3.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
a) Oturma Hesapları
Oturmalar nasıl hesaplanır? Şekil 3.2’de H yüksekliğinde bir zemin katmanı, Şeklin
ortasında görüldüğü gibi, katı ve boşluk kısımlarından oluşmaktadır. Faz diyagramında
danelerin hacmini (Vs) bire eşit olduğunu varsayabiliriz; bu nedenle boşlukların hacmi
ilksel boşluk oranı e0’a eşittir. Son olarak konsolidasyonun tamamlanmasının ardından,
zemin kolonu Şekil 3.2’nin sağındakine benzeyecektir. Katıların hacmi elbette ki aynı
kalacaktır; fakat, boşluk oranında ∆e kadar azalma meydana gelmektedir.
Şekil 3.2 Zemin Prizması
Bilindiği gibi, doğrusal birim deformasyon boydaki değişimin ilk boya oranı olarak tarif
edilmektedir. Benzer şekilde, bir zemin katmanındaki düşey birim deformasyou
yükseklikteki değişimin zemin kolonunun ilk yüksekliğine oranı olarak tarif edebiliriz.
Şekil 3.2’den birim deformasyon ile boşluk oranı ilişkilendirilebilir, veya:
εv
veya
(3.3)
Bu eşitliklerden oturmayı (s) çekersek:
(3.4)
elde edilir.
Efektif gerilme ile boşluk oranı arasındaki ilişkiyi bilmek suretiyle sıkışabilir bir
tabakada, üzerine yapılan yüklerden ileri gelecek oturmayı hesaplamak mümkündür. Bu
ilişki, bir boyutlu sıkışma veya konsolidasyon deneyinden elde edilir. Deney sonuçları
17
aritmetik olarak grafiğe aktarıldığı zaman, sıkışma eğrisinin eğimine sıkışabilirlik
katsayısı (av) denir ve
(3.5)
şeklindedir. Eğri doğrusal olmadığından (Şekil 3.3) av sadece küçük bir gerilme aralığı
için (σ’1 den σ’2 ye) yaklaşık olarak sabittir; ya da:
av
(3.6)
Deney sonuçlarının Şekil 3.4’te olduğu gibi yüzde konsolidasyon veya birim
deformasyon cinsinden grafiği çizildiğinde, sıkışma eğrisinin eğimi hacimsel değişim
katsayısı mv olur; ya da:
mv
Burada ε
v
(3.7)
=Düşey sıkışma veya birim deformasyon ve D= ödometrik(constrained)
modüldür. D yerine bazen Eödo kullanılmaktadır. Bir boyutlu sıkışmada ε
(1+eo)’dır.
18
v
= ∆e /
Şekil 3.3 Boşluk Oranı-Efektif Gerilme Grafiği (Holtz ve Kovacs, 2006)
Sonuçların, boşluk oranı-efektif gerilmelerin logaritması cinsinden grafiğe aktarılması
halinde (Şekil 3.4) bakir sıkışma eğrisinin eğimi sıkışma indisi ( Cc) olarak adlandırılır,
ya da:
Cc
(3.8)
19
Şekil 3.4 Boşluk Oranı-Efektif Gerilme Grafiği (Holtz ve Kovacs, 2006)
Deney sonuçlarının grafiği yüzde konsolidasyon veya düşey birim deformasyon ile
efektif gerilmenin logaritması şeklinde çizilirse bakir sıkışma eğrisinin eğim sıkışma
oranı olarak (Ccε) adlandırılır ve
Ccε
(3.9)
bağıntısı ile ifade edilir.
20
Konsolidasyon oturmasını (sc) hesaplamak için;
sc
[
]
(3.10)
elde edilir. Eğer zemin normal konsolide ise σ’1 değeri mevcut düşey efektif gerilmeye
eşit olur ve σ’2 de yapı tarafından uygulanan ilave gerilme ∆σ’ ye eşit olur. Ya da,
sc
[
]
[
]
(3.11)
Oturmayı yüzde konsolidasyon- log efektif gerilme eğrisinden hesaplarken;
sc = Ccε *Ho * log (σ’2 / σ’1)
(3.12)
Benzeri diğer oturma denklemleri av ve mv büyüklükleri kullanılarak da elde edilebilir.
Bu durumda, sıkışma eğrileri doğrusal olmayan türde olduğundan, verilen bir gerilme
artışı için ortalama gerilme kullanılmalıdır.
Yüzde konsolidasyon veya düşey birim deformasyon ile logaritmik efektif gerilme
eğrilerini kullanarak oturma hesapları yapmanın mühendislik uygulamalarında tercih
edilir olmasının başlıca iki nedeni vardır. Birincisi, arazi oturmalarının hesaplanmasının
kolay olmasıdır. İn-situ düşey örtü gerilmesi doğru olarak tahmin edilebildiği takdirde,
yüzey sıkışmayı grafikten doğrudan okumak mümkündür. İkinci sebep ise, ön
konsolidasyon gerilmesinin daha önceden bir değerlendirmesini yapabilmek amacıyla,
konsolidasyon deneyi sırasında çoğu zaman sıkışma eğrisinin neye benzeyeceğinin
bilinmek istenmesidir.
Yukarıda sunulan tüm oturma denklemleri sadece sıkışabilir katman durumu için
geçerlidir. Konsolidasyon özellikleri ve boşluk oranının derinlikle beraber önemli
ölçüde değişim gösterdiği veya belirli zemin katmanlarında farklı olduğu durumlarda
toplam konsolidasyon oturması her bir katmandaki oturmanın toplamına eşittir.
∑
21
b) Konsolidasyon Hızı Hesapları
Bir önceki bölümde açıklandığı üzere, konsolidasyon hızı diğer birçok faktör arasında
zeminin permeabilitesine bağlıdır. Bir yapının uygulanan yükler altında ne kadar hızlı
oturacağının bilinmesi, yapının tasarım ömrüyle yakından alakalıdır. Kil zeminler
üzerindeki çoğu yapılar, hizmet süreleri boyunca yavaş ve sürekli oturmaya maruz
kalmaktadırlar. Bu tür oturmalar yapının performansına zarar verebileceği gibi, kimi
zamanda bir etkisi olmamaktadır. Mühendis oturma hızı ile ilgili bilgiye ulaştıktan
sonra, eğer bir oturma hesaplanmış ise, hangi tür oturmanın yapısal bütünlüğe ve aynı
zamanda yapının planlanan kullanma amacına etki edeceğine karar verebilecektir.
cv, konsolidasyon sürecini kontrol eden malzeme özelliklerini içermesinden dolayı
konsolidasyon katsayısı olarak adlandırılır. Terzaghi bir boyutlu konsolidasyon
denklemine göre;
cv
*
(3.13)
Eşitliğin boyutsal analizi yapılacak olursa, cv’nin boyutu [ L2 T-1] veya m2/s olduğu
görülecektir. Terzaghi’nin bir boyutlu konsalidasyon denkleminin üç boyutlu olarak
yazılması da mümkündür. Fakat, mühendislik uygulamalarında çoğu zaman bir boyutlu
konsolidasyon göz önüne alınmaktadır.
Terzaghi’nin bir boyutlu konsolidasyon denklemi çözümü için ilk başta sınır ve
başlangıç şartları belirlenir.

Sıkışabilir katmanın tabanında ve tavanında tam bir drenaj söz konusudur.

İlksel aşırı hidrostatik basınç ∆u=ui sınırda uygulanan gerilme artışı ∆σ’ye eşittir.
Bu sınır ve başlangıç değerlerini aşağıdaki gibi yazabiliriz.

z =0 olduğu zaman ve z =2H olduğu zaman u =0

t = 0 olduğu zaman ∆u = ui = ∆σ’ = σ’2 - σ’1
En uzun drenaj yolunun uzunluğunun H veya Hdr’ye eşit olması için konsolide olan
katmanın kalınlığının genellikle 2H olarak alınır.
22
Zaman Faktörü (T) ve konsolidasyon katsayısı cv’nin ilişkisi,
T
(3.14)
Şeklindedir.Bağıntıda t=zaman ve Hdr=en uzun drenaj yolunun uzunluğudur. Konsolide
olan katmanda herhangi bir derinlikte belirli bir t zamanı sonunda gelişen
konsolidasyon,
o
spesifik
zamandaki
boşluk
oranındaki
nihai
değişim
ile
ilişkilendirilebilir. Bu ilişkiye konsolidasyon oranı adı verilir ve
Uz
(3.15)
–
Bağıntısı ile ifade edilir. Bağıntıdaki e, Şekil 3.5’te görüldüğü gibi boşluk oranının bir
ara değeridir.
Şekil 3.5 Boşluk Oranı-Efektif Gerilme Grafiği (Holtz ve Kovacs, 2006)
c) Konsolidasyon Katsayısı cv’nin Hesabı
Konsolidasyon katsayısı, konsolidasyon denkleminde konsolidasyon hızını kontrol eden
zemin özelliklerini hesaba katan tek bileşendir. Ödometre deneyinde, her yük artışının
deney numunesi üzerindeki bekleme süresinin aşırı boşluk suyunun tamamı
23
sönümlenene kadar olacak şekilde bekletilir. Bu süreç sırasında deformasyona ait
okumalar yapılır. Konsolidasyon katsayısı (cv), zaman-deformasyon verilerinden elde
edilir. cv’nin elde edilmesi için;

Taylor( Karekök-zaman) Yöntemi

Casagrande (Logaritma-zaman) Yöntemi

Hiperbola Yöntemi
kullanılabilir.
i) Taylor Yöntemi (Karekök-Zaman)
Karekök-zaman yönteminin (Taylor, 1942) aşamaları aşağıda sıralanmıştır.
1. Her yükleme kademesi için deformasyon okumaları ve karşılık gelen √
değerlerine ait grafik çizilir.(Şekil 3.6)
2. Grafiğin lineer gözüken bölgesine bir teğet çekilir[PQ].
3. [OR]= 1.15*[QO] olacak şekilde bir teğet daha geçirilir[PR].
4. [PR] teğetinin grafiği kestiği noktanın(S) yatay eksendeki değeri √
90
değerini
verir.
5. Uav= 90% için Tv değeri 0,848’dir.
6. Buna göre cv değeri;
cv
(3.16)
Şekil 3.6 Deformasyon Okuması-Karekök-Zaman Grafiği (Das, 2008)
24
ii) Casagrande Yöntemi ( Logaritma-Zaman)
Logaritma-zaman methodu Casagrande ve Fadum(1940) tarafından geliştirilmiştir.
Yöntemin uygulanması aşağıdaki gibi sıralanmıştır.
1. Her yükleme kademesi için deformasyon okumaları ve karşılık gelen log(t)
değerlerine ait grafik yarı logaritmik grafik kağıdı üzerinde çizilir.(Şekil 3.7)
2. Konsolidasyon eğrisi üzerinde P ve Q gibi iki nokta belirlenir. Bu iki nokta
belirlenirken Şekil 8.5’te gösterildiği gibi t1 ve t2 değerleri arasında t2= 4t1
ilişkisi olmalıdır.
3. P ve Q noktalarının deformasyon okumaları arasındaki fark (x) kadar P
noktasının üzerinde bir R noktası belirlenir.
4. R ve S noktası arasında çizilen yatay bir doğrunun karşıt geldiği deformasyon
değeri d0 = 0% konsolidasyon olarak kabul edilir.
5. Konsolidasyon eğrisi üzerinde belirlenen iki doğrunun kesiştiği nokta (T)’nın
deformasyon değeri ise d100= 100% konsolidasyon değeri olarak kabul edilir.
6. d0 ve d100 değerlerinin aritmetik ortalaması (d0 + d100)/ 2 = d50 değerini verir.
d50’nin grafik üzerinde denk geldiği V noktasının logaritmik zaman eksenindeki
değeri t50’yi verir.
7. Uav= 50% için Tv değeri 0,197’dir. Buna göre cv değeri;
cv
(3.17)
Şekil 3.7 Deformasyon Okuması-Logaritma-Zaman Grafiği (Das, 2008)
25
iii) Hiperbola Yöntemi
Hiperbola
yöntemi
(Sridharan
and
Prakash,
1985)
aşağıda
anlatıldığı
gibi
hesaplanmaktadır. Koordinat eksenlerinden birisi (T / Uav), diğeri ise (T) olan grafik
Şekil 2.8’de görüldüğü üzere 60% ≤ Uav≤ 90% arasında lineer devam etmektedir.
(3.18)
Aynı şekilde, konsolidasyon test sonuçlarının her yükleme kademesi için oluşturulan,
bir ekseni (t/Ht), diğer ekseni (t) olan grafikte, aşağıdaki kademeler izlenmek suretiyle
cv hesaplanır.(Şekil 3.8)
1. Şekil 3.8b’de görülen grafik üzerinde (b) ve (c) noktaları arasında lineer bir
doğru ekseni (d) noktasında kesmektedir.
2. Bu doğrunun eğimi (m), ve ekseni kesen doğrunun orjine uzaklığı D belirlenir.
3. cv ‘nin belirlenmesi;
(3.19)
Şekil 3.8 Deformasyon Okuması-Logaritma-Zaman Grafiği (Das, 2008)
26
Standartlar
Türk Standartları, ödometre deneyi için TS-1900’de aşağıdaki şartların sağlanmasını
öngörmüştür.

Genel olarak, ince siltler ve killer için kullanılacak konsolidasyon halkasının iç
çapı, örselenmemiş tüp numunesinin çapından en az 6mm daha küçük olmalıdır.

Halkanın derinliği, iç çapının üçte biri ile dörtte biri arasında olmalıdır. İç
yüzeyi sürtünmeyi azaltmak amacıyla pürüzsüz bir biçimde parlatılmış
olmalıdır.

Deney sırasında, numunenin sıkışma ve şişme miktarını ölçebilecek biçimde
yerleştirilmiş göstergeli bir mikrometre olmalı. Gösterge 0,002mm duyarlılıkla
okunabilmeli ve en az 6 mm’lik kapasitede olmalıdır.

Yükleme cihazı, numune kalınlığının en az %75’ine eşit bir sıkışmayı
sağlayabilmelidir.

Deney sıüresince yükleme sırası, 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 16,0; 32,0
kgf/cm2 dizisini takip etmelidir.

Uygulanan en yüksek konsolidasyon basıncı altındaki gösterge okumaları
tamamlandıktan sonra, numunenin boşaltma eğrisiistenirse, yükler yükleme
kademelerine uygun olarak boşaltılır. Ancak istenirse boşaltma, bir önceki
basıncın dörtte biri olmak üzere de yapılabilir.(TS 1900, 1987)
İngiliz Standartları(British Standarts)’na göre ödometre deneyi için BS-1377’de şartlar
belirlenmiştir. Bu standartlar TS-1900’de belirlenmiş şartlarla aynı içeriğe sahiptir.
Sadece konsolidasyon katsayısı cv’nin hesaplanmasında TS-1900;
cv
(3.20)
öngörürken, BS-1377’de konsolidasyon katsayısı cv;
cv
(3.21)
olarak hesaplanmaktadır.
27
ASTM standartlarına göre ödometre deneyi için D2435-04’de şartlar belirtilmiş ve
aşağıdaki gibidir.

Minimum numune çapı 50 mm olmalıdır.

Minimum numune yüksekliği 12 mm olmalıdır.

Minimum numune çapı-numune yüksekliği oranı 2,5 olmalıdır.

Numunedeki deformasyon ölçümü için kullanılacak olan mikrometre hassaslığı
en az 0,0025 mm olmalıdır.

Çevre koşulları için öngörülen, tüm deney süresince sıcaklık değişimi 4Co’den
fazla olmamalı ve deney aleti güneş ışığına direk maruz bırakılmamalıdır.

Yükleme planı sırasıyla; 12, 25, 50, 100, 200, 400, 800 kPa şeklinde
düzenlenmelidir.

Deformasyon okumaları; 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 15; 30; dakikalarda ve 1, 2, 4,
8 ve 24. saatlerde alınmalıdır.

Konsolidasyon hızı katsayısı cv ;
cv
(3.22)
olarak belirtilmiştir.
4 - KAYMA MUKAVEMETİ
Zeminin kayma direnci, zeminin kayma gerilmelerine karşı maksimum direnci olarak
tanımlanır. Zeminlerin kayma direnci başlıca drenaj özellikleri ile ilgilidir. İri daneli
zeminler için drenaj şartları iyidir. İnce daneli zeminlerde ise drenaj çok yavaş meydana
gelmektedir. Bu nedenle deney hızı, ince daneli zeminlerde önemli bir rol oynamaktadır
(Özüdoğru, vd., 1997).
Kesme deneyleri sonucu elde edilen veriler Coulomb Kanunu ifadesinde gösterilebilir.
τ = c + tan 
(4.1)
Bu denklemde;
28
τ
: Kayma direnci
σ
: Toplam normal gerilme
 : Kayma direnci açısı
c
: Kohezyon
Kesme kutusu deneyi kısa süren ve yapılması kolay olan bir deneydir. Numune
hazırlaması oldukça basittir. Ancak kutunun iki yarısı arasındaki sürtünme kuvvetinin
etkisi kaçınılmazdır. Bu nedenle de kesme kutusunda elde edilen değerler üç eksenli
basınç deneyinden elde edilen değerlere göre yaklaşık % 5 daha büyüktür. Ayrıca
kesme kutusu deneyi Coulomb kanunun ifadesini doğrudan veren kolay bir deney
olmasına rağmen numune içindeki gerilme dağılımı belirlenemez. Üç eksenli basınç
deneyi ise verdiği sonuçlar bakımından oldukça güvenilirdir. Zeminin doğadaki hali tam
olarak modellenebilir. Bu nedenle kayma direncinin belirlenmesinde en çok kullanılan
deneyler üç eksenli basınç deneyleridir (Özüdoğru, vd.,1997).
Kayma Mukavemeti Deneyleri
1- Drenajsız deneyler
2- Konsolidasyonlu drenajsız deneyler
3- Drenajlı deneyler
Olmak üzere üç ayrı grupta toplanabilir.
I. Drenajsız Deneyler
Bu deneylerde numunenin yüklenmesi ve kesilmesi sırasında drenaja izin verilmez.
Ayrıca bu deneyler hızlı yapıldığı için hızlı deneyler olarak da adlandırılabilir
(Özüdoğru, vd., 1997).
II. Konsolidasyonlu Drenajsız Deneyler
Bu deneylerde numune öncelikle belirlenen gerilmeler altında bir süre konsolide edilir.
Konsolidasyonun sona erdiği gözlendiğinde numune drenaja izin verilmeksizin kesilir
(Özüdoğru, vd., 1997).
III. Drenajlı Deneyler
Bu deneylerde yükleme ve kesme sırasında drenaja izin verilmektedir. Konsolidasyon
sona erdikten sonra numune boşluk suyu basıncı oluşmasına izin verilmeksizin yavaş
olarak kesilir (Özüdoğru, vd., 1997).
29
Burada anlatılacak olan kayma direnci deneyleri kesme kutusu deneyi ve drenajsız tek
ve üç eksenli basınç deneyleridir.
4.1 – SERBEST BASINÇ
4.1.1 – KONU
Serbest basınç deneyi üç eksenli basınç deneyinin özel bir halidir. Üç eksenli kesmede
numune üç yönden basınç altındadır. Serbest basınçta ise yanal basınç yoktur. Üç
eksenli basınç deneyi zeminin tabiattaki halini daha iyi temsil etmektedir ama tek
eksenli basınç deneyi daha hızlı, ucuz ve zahmetsiz bir deneydir. Serbest basınç deneyi,
örselenmemiş kohezyonlu numuneler üzerinde yapılır ve deney sonucunda serbest
basınç mukavemeti elde edilir. Numunenin kırıldığı gerilme değeri, numunenin serbest
basınç mukavemeti olarak adlandırılır (Karayolları Genel Müdürlüğü, 1965).
Ekipmanlar

Tek Eksenli Basınç Aleti (Şekil 3.16)

Aleti Etüv

Kıl Testere

Numune (TS 1900’e göre ve BS 1377’ye göre 38mm çapve 76mm yükseklikte)

Numune Hazırlama Aparatı

Düşey Deformasyon Saati(TS 1900’e göre 0.01mm duyarlıklı mikrometreli saat)

Tartı (TS 1900’e ve BS 1377’ye göre 0.5g duyarlıklı tartı)
Şekil 4.1 Tek Eksenli Basınç Aleti (http://www.binabarutama.com)
30
4.1.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Öncelikle numunenin çapı ve boyu ölçülür, H=2R olacak şekilde ayarlanır. Deney başı
su muhtevası ve numune ağırlığı belirlenir. Numune serbest basınç aletinin içine biri
sabit diğeri hareket eden iki plak arasına yerleştirilir ve üst tabaka tam olarak
numunenin üst yüzeyine gelecek şekilde ayarlanır. Aletin yük halkası saati ve düşey
deformasyon saati sıfırlanır ve yükleme başlatılır. Numune iki plaka arasında sıkıştılır
ve okumalar alınır. Düşey yük elastik, lineer davranan bir yük halkası ile düşey
deformasyon ise düşey deformasyon saati ile ölçülür. Okumalar en yüksek değere ulaşıp
düşünceye kadar alınır. Bazı numunelerde, özellikle de yumuşak killerde okumalar
sürekli devam edebilir. Bu durumda TS 1900’e göre numunenin düşey deformasyonu %
20 olunca deney bitirilir.Aynı şekilde TS 1900’e göre deney süresi 10 dakikayı
geçmemelidir. Yükleme bittikten sonra numune alınır ve deney sonu su muhtevası
belirlenir (Das, 1997).
4.1.3 - BULGULAR / HESAPLAMALAR
Düşey şekil değiştirme hesaplanır.
(4.2)
Düşey yük hesaplanır.
P = Yük halkası okuması x Ring faktörü
(4.3)
Düzeltilmiş alan hesaplanır.
(4.4)
Gerilme hesaplanır.
(4.5)
4.1.4 – YORUM – SONUÇ
Tek eksenli basınç deneyinde yanal basınç yoktur ve aynı numuneye yapılacak bütün
deneyler aynı mohr dairesini (Şekil 4.2) verecektir. Bu nedenle de içsel sürtünme açısını
bulmak söz konusu değildir. Gerçekten de normal konsolide suya doygun zeminlerde 
açısının değeri sıfır sayılabilir. Kayma direncinin değeri ise basınç direncinin yarısı
olarak hesaplanır. Elde edilen qu değeri ile numunenin konsistansı belirlenebilir.
31
(4.6)
Şekil 4.2 Tek Eksenli Basınç Deneyi Kayma Gerilmesi Düşey Basınç Grafiği
4.2 – KESME KUTUSU DENEYİ
4.2.1 – KONU
Kesme kutusu deneyi daha çok kohezyonsuz zeminlerin kayma direncini belirlemek için
yapılan bir deneydir. Deney basit olduğundan kumlar üzerinde çok defa tercih edilir.
Kohezyonsuz zeminler, tanecikleri arasında bir bağıntı yani kohezyonu olmayan
zeminlerdir. Bunların kesme mukavemeti tanelerin birbirlerine sürtünmesi ve binmesi
ile meydana gelir. Bahsedilen sürtünme yuvarlanma veya kayma sürtünmesi olabilir
(Karayolları Genel Müdürlüğü, 1965).
Deney Ekipmanları

Kesme Kutusu Makinası (Şekil 4.3)

Kare Kesitli Tokmak (Kesme kutusundaki kumu düzeltmek için)

Numune

Düşey ve Yatay Deformasyon Saatleri

Terazi

Kronometre
32
Şekil 4.3 Kesme Kutusu Aleti
(http://geotechnical-equipment.com)
Kesme kutusu numuneyi içinde tutan 60mm uzunluğunda 60mm genişliğindeki birbiri
üzerine oturan iki kare metal parçadan oluşmaktadır. (Bazı kesme kutuları silindir
şeklinde de olabilir.) Deney sırasında numune üzerine, düşey yönde bir yükleme yapılır
ve kesme kutusunun üst parçasına yatay yük etki ettirilerek hareketi sağlanır. Bu yatay
yük elle veya bir motor yardımıyla etki ettirilebilir (Uzuner, 2007).
4.2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Deney öncesinde kum numunesinin maksimum ve minimum boşluk oranları belirlenir
ve numune Dr=50 sıkılığında ayarlanarak kesme kutusu içine yüksekliği 2cm olacak
şekilde yerleştirilir. Üst yüzey tokmak yardımıyla düzeltilir.
Kumun üstü kesme
doğrultusuna dik çıkıntıları bulunan metal bir parça ile kapatılır. Düşey ve yatay
deformasyon saatleri yerleştirilir. 1 kg/cm2 düşey gerilmeyi sağlayacak ağırlık numune
üzerine etki ettirilir. Kumun oturmasını tamamlaması için bir süre beklenir. Kumlar ani
oturma yaptığından bu süre fazla uzun değildir. Düşey deformasyon saati sabitlendiği
zaman oturmalar bitmiş demektir ve kutunun üst parçasına yatay yük etki ettirilebilir.
Uygulanan kesme kuvveti bir yük halkası ile ölçülür. Aynı zamanda deney sırasında
kabarma veya sıkışma olup olmadığı da düşey deformasyon saati ile ölçülür. Okumalar,
kuvvet halkası deformasyon saati maksimuma ulaşıp sabit kalıncaya kadar veya
düşmeye başlayıncaya kadar sürdürülür. Bu işlem kullanılan numunenin sıkılığı ve
33
ağırlığı aynı olmak koşuluyla farklı numuneyle 2 kg/cm2 ve 3 kg/cm2 düşey
gerilmeleriyle tekrar edilir (Uzuner, 2007).
4.2.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
Kırılma anındaki normal gerilme ve kayma gerilmesi
(4.7)
(4.8)
şeklinde hesaplanır.
Farklı düşey yükler altında tekrar edilen deneyler sonucu (σ,τ) çiftleri elde edilir. Bu
çiftler σ-τ grafiğine işlendiği zaman ( içsel sürtünme katsayısı elde edilebilir (Das,
1997).
4.2.4 – YORUM – SONUÇ
Boşluk oranı azaldıkça, rölatif sıkılık arttıkça içsel sürtünme katsayısı ( artmaktadır.
İçsel sürtünme katsayısı ayrıca zeminin iyi veya kötü derecelenmiş olmasına ve dane
şekline bağlıdır. İyi derecelenmiş ve köşeli danelerde  daha yüksektir (Uzuner, 2007).
4.3 – ÜÇ EKSENLİ BASINÇ DENEYİ
4.3.1 – KONU
Zeminlerin kayma mukavemetinin tayini için yapılan diğer bir deney de üç eksenli
basınç deneyidir. Kesme deneyinde aletin özelliği dolayısıyla tabiat şartlarına uymak
zorlaşmaktadır. Üç eksenli basınç deneyinde bu dezavantaj mümkün olduğunca ortadan
kaldırılmakta ve numunenin doğada bulunduğu şartlar yaratılmaya çalışılmaktadır.
Böylece daha incelikli ve gerçeğe yakın değerler elde etmek mümkün olmaktadır. Bu
deney, numuneye verilen çevresel bir basınç altında gittikçe artan bir düşey yük ile
kırılma anını bulmak ve bu kırılma anına denk gelen asal gerilmelerden mohr dairelerini
çizip, Coulomb’un kayma formülüne ait c ve  değerlerini bulmak esasına
dayanmaktadır (Karayolları Genel Müdürlüğü, 1965).
34
Üç eksenli basınç deneyi UU – CU – CD olmak üzere üç şekilde yapılmaktadır. Burada
anlatılacak olan UU (drenajsız, konsolide olmayan) üç eksenli basınç deneyidir. Bu
deney zeminlerin kayma mukavemetini belirlemekte önemli bir rol oynamaktadır (Das,
1997).
Deney Ekipmanları

Silindir Hücre (TS 1900’e göre hücre içinde basınç 5kPa hassasiyetle
uygulanabilmelidir.)
(BS
1377’ye
göre
1000kN/m2
iç
basınca
kadar
dayanabilmeli.)

Basınç Makinası (TS 1900’e göre dakikada 0.05mm ile 7.5mm arasında
değişebilen BS 1377’ye göre ise dakikada 0.05mm ile 10.0mm arasında
değişebilen belirli bir hızla eksenel olarak sıkıştırabilecek bir yükleme cihazı)

Vakum Kaynağı

Numune (TS 1900’ e göre çapı 3.5cm – 11cm arası, yüksekliği ise çapının iki
katı dolaylarında olan bir silindirik numune)

Etüv

Lastik Membran (TS 1900’e göre çapı deney numunesi çapına eşit, boyu ise
numune boyundan 5cm daha uzun olmamalıdır. 0.25mm kalınlığında bir
membran yeterlidir.)

Kıl Testere

Düşey Deformasyon Saati
35
Şekil 4.4 Üç Eksenli Basınç Deney Aleti
(http://www.test-llc.com)
4.3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Deney başlamadan önce numunenin deney başı su muhtevası alınır. 3 eksenli basınç
makinasının içindeki silindir hücreye numune etrafında lastik membran olmak üzere
yerleştirilir. Makinanın içindeki piston tam numuneye temas edecek şekilde ayarlanır.
Üç eksenli silindir hücrenin etrafı su ile doldurulur ve numune etrafında hidrostatik
basınç yaratılmış olunur. Kuvvet halkası saati ve düşey deformasyon saati sıfırlanır.
Basınç makinası çalıştırılır ve okumalar alınmaya başlanır. Hücredeki basınç sabit
kalırken, sabit bir hızla düşey yük uygulanır. Numunenin eksenel boy kısalması bir
deformasyon saati yardımıyla, uygulanan düşey yük ise kuvvet halkası yardımıyla
ölçülür. Ölçümler düşey yük halkasındaki okumaların sabitlenmesine veya düşüşe
geçmesine kada sürdürülür. Düşüş gözlenmez ise BS 1377’ye göre düşey
deformasyonun %20’ye ulaşmasıyla deneye son verilebilir. Daha sonra deneye son
verilir. Makinadaki basınç düşürülür ve hücredeki su boşaltılır. Numune çıkartılır ve
deney sonu su muhtevası hesaplanır (Das, 1997).
36
4.3.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
Su muhtevası (ω) hesaplanır.
Numunenin ilk alanı hesaplanır.
(4.9)
Düşey şekil değiştirme hesaplanır.
(4.10)
Pistonun uyguladığı yük hesaplanır.
P = Yük halkası okuması x Ring faktörü
(4.11)
Düzeltilmiş alan hesaplanır.
(4.12)
Δσ hesaplanır.
(4.13)
4.3.4 – YORUM – SONUÇ
Üç ayrı çevresel basınç değeri ile yapılan UU üç eksenli basınç deneyleri sonucunda
şekil 4.5’teki gibi çizilen mohr daireleri aynı cuu değerlerini vermelidir. Eğer cuu
değerleri üzerinden çizilen doğrunun eğimi 0 ile 5 derece arasında değişiyorsa bu durum
numune içinde hava boşlukları olduğu anlamına gelmektedir ( Mandal ve Divshikar,
1995).
37
Şekil 4.5 Üç Eksenli Basınç Deneyi Kayma Gerilmesi-Düşey Basınç
38
5 - SONUÇ
Bu raporda zeminlerin mühendislik özelliklerini ve bu özellikleri belirlemekte
kullanılan deneyler üzerinde durulmuştur. Konular hakkında teorik bilgiler verildikten
sonra yapılan laboratuar deneyleri anlatılmıştır. Deneylerin yapılışı ve deney sistemleri
açıklanmış deney sonuçlarının hangi hesap adımlarından geçirileceği belirtilmiştir.
Kompaksiyon deneyinden zemini maksimum sıkıştırabilmek için gerekli su
muhtevası ve bu su muhtevasındaki kuru birim hacim ağırlığı hesaplanmıştır. Ödometre
deneyinde zeminin oturma davranışı değerlendirilmiştir. Kesme kutusu, serbest ve üç
eksenli basınç deneylerinden kayma mukavemeti parametreleri elde edilmeye
çalışılmıştır.
Zeminlerin mühendislik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan deneyler ve
hesap yöntemleri çeşitli şekillerde olmaktadır.
En uygun deney, arazideki gerçek
gerilme durumunu labaratuvarda en yakın oluşturmaya imkan veren deneydir. Deneyler
zeminin arazideki gerilme durumuna göre yapılmalı, ona göre modellemeler
yapılmalıdır.
Zemin ile ilgili problemlerde,
kullanılacak malzeme özelliklerinin hangi
koşullarda saptandığını ve geçerliliğini koruduğunu anlamadan ve bu konularda yeterli
tecrübe birikimine sahip olmadan güvenli ve ekonomik mühendislik çözümleri elde
etmek mümkün olmamaktadır.
39
KAYNAKLAR
40
EKLER
41
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
1
File Size
969 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content