1-b - Niğde Üniversitesi

NİĞDE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
INS3003 ZEMİN MEKANİĞİ-I
LABORATUVAR DENEYLERİ
Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Osman SİVRİKAYA
RAPOR 1
Hazırlayan: Öğrencinin Numarası ve Adı Soyadı
13 Ağustos 2014
NİĞDE
1
İÇİNDEKİLER
ÖZET
1 – GİRİŞ
2 – ELEK ANALİZİ
2.1 – KONU
2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
2.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
2.4 – YORUM - SONUÇ
3 – HİDROMETRE ANALİZİ
3.1 – KONU
3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
3.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
3.4 – YORUM - SONUÇ
4 – ATTERBERG (KIVAM) LİMİTLERİ
4.1 – KONU
4.2 – DENEYİN YAPILIŞI
4.2.1 - DOĞAL SU MUHTEVASI
4.2.2 – LİKİT LİMİT
4.2.3 – PLASTİK LİMİT
4.2.4 – RÖTRE LİMİT
4.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
4.4 – YORUM - SONUÇ
5 – DANE BİRİM HACİM AĞIRLIĞI
5.1 – KONU
5.2 – DENEYİN YAPILIŞI
5.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
6 – RELATİF SIKILIK
6.1 – KONU
6.2 – DENEYİN YAPILIŞI
6.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
6.4 – YORUM - SONUÇ
7 - SONUÇ
KAYNAKLAR
EKLER (TABLOLAR, ŞEKİLLER, ABAKLAR ve FÖYLER)
2
ÖZET
Bu çalışmada zeminlerin kabaca mühendislik ve fiziksel özelliklerinin
belirlenmesi ve bir sınıflandırmaya gidilebilmesi için numuneler üzerinde endeks
deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler; elek analizi (kaba daneli numunelerde), hidrometre
deneyi (ince daneli numunelerde), kıvam limitleri (likit, plastik ve lineer rötre limitleri)
deneyleri, su muhtevasının ve kuru birim hacim ağırlığının belirlenmesi için yapılan
deneylerdir.
Deneylerin tamamında aynı zemin numunesi kullanılmadığı için elde edilen somuçlar
bir bütün olarak değerlendirilememiş, her numune kendi içinde değerlendirilmiştir.
1 - GİRİŞ
Zemin olarak nitelendirilen malzeme, birleşimi bakımından farklı birçok
malzemeyi bünyesinde bulundurur.
Bu yüzden zeminlerin arazideki yüklemeler
(mühendislik yapıları) altındaki davranışlarını analiz etmek, mühendislik tasarımı için
gerekli parametreleri bulmak ve tüm zeminler için geçerli bir davranış modeli kurmak
son derece güçtür. Bu nedenle zemini belirli standart sistemlere göre sınıflandırmak
gerekir.
Zeminleri sınıflandırmanın amacı, zeminleri özelliklerine göre gruplandırmaktır.
Belli tür zeminlerin belli özelliklerinin olacağı aşikârdır. Zeminin sınıfı bilindiğinde,
özellikleri de genel olarak belli olur. Bilindiği üzere; zemin, hem zemin altında taşıyıcı
ortamdır, hemde örneğin toprak barajlarda olduğu gibi malzeme olarak kullanılır.
Ayrıca geoteknik alanında yapılan çalışmalar, araştırmalar, zeminin sınıfı (zeminin
cinsi) belirtilerek yayınlanmaktadır. Zeminin sınıfı belirtilmezse, bilgilerin birikimi
veya geleceğe aktarılması imkânsız hale gelir (Uzuner, 1998).
Zeminler genel olarak; dane, su ve hava olmak üzere üç fazlı bir yapıdadır. Bu
üç unsurun birbirleriyle olan ilişkileri ve bu ilişkilerin hem hacimsel hemde ağırlıksal
olarak belirlenmesi zeminlerin tanımlanması ve sınıflandırılmasında önemli yer tutar.
Zeminler oluşumları açısından iki gruba ayrılır. Bunlar mekanik ve kimyasal aşınmadır.
Mekanik aşınma; fiziksel kuvvetler sonucu ana kayanın ufalanması, Kimyasal aşınma
ise suların, asitlerin, alkali malzemelerin ana kaya ile reaksiyona ana kayayı
ufalamasıdır.
Zeminin içyapısı, zemin içinde organik madde miktarı, bağlayıcı madde
(çimentolaşma) varlığı, zeminin endeks özelliklerini etkiler. Zeminler, en genel olarak
3
doğada ince daneli ve iri daneli zeminler olmak üzere ikiye ayrılabilir. İri daneli
zeminlerde yerçekim kuvvetleri etken olurken ince daneli zeminlerde ise, zeminin bir
parçası olarak içini ve çevresini saran su tabakasından dolayı çekim kuvvetleri etkendir.
Bundan dolayı; daneleri birbirinden ayrık şekli, boyutları ve miktarları önem teşkil eden
iri daneli zeminleri sınıflandırmak için, elek analizi kullanılır. Bunun yanında, ince
daneli zeminleri sınıflandırrmak için, ince daneli zeminde önemlilik arzeden su
muhtevası miktarları belirlenerek ve sedimantasyon deneyi (Hidrometre veya Pipet
analizi) yapılarak sınıflandırılır. İnce daneli zeminlerden olan fakat yapısı ve davranışı
farklı olan ayrıca alt bir sınıf olarak tanımlanabilir olan Organik Zeminler söylenebilir.
En çok kullanilan endeks özellikleri; daneye bağlı olarak su muhtevası (w),
boşluk oranı (e), kuru birim hacim ağırlığı (k), dane birim hacim ağırlığı (s),
doygunluk derecesi (Sr), relatif sıkılık (Dr) ve dane dağılımı, suya bağlı olarak da likit
limit (wL), plastik limit (wp), rötre limiti (ws), yapışma limiti, lineer rötre (Ls), şişme
kapasitesi gibi özelliklerdir (Şekil 1).
Kaba daneli zeminlerin dane dağılımının belirlenebilmesi için etüvde kurutulan
zemin farkli çaplardaki eleklerden (3/4, 3/8, 4, 10, 40, 70, 100, 200 No’lu) elenerek, her
elek üzerinde kalan malzeme tartılıp bulunan degerlerin, yatay ekseni dane çapı (elek
çapı), düşey eksende elekten geçen malzeme yüzdesini gösteren eksen takımında
isaretlenmesiyle zeminin dane dağılımı (Granülometri Egrisi) elde edilir. Bu eğri 200
No’lu eleğe kadar devam eder. 200 No’lu elekten geçen malzeme için Hidrometre
deneyi yapilir. Bu deneyde dereceli silindir kapta hazırlanan solüsyon içine numune
konur ve çalkalanir. 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1saat, 2 saat, 4 saat ve 8 saat icin
hidrometri aleti daldirilarak ölçüm yapılır. Bu hidrometre analizi sonucunda zemin
icindeki kil ve silt oranının belirlenmesi mümkün olmaktadır.
İnce daneli zeminlerin kıvam limitlerinin bulunmasi için zemin 40 No’lu (0.42
mm çaplı) elekten elenir ve alta geçen malzemede deneyler yapılır. Bu çalışmada likit
limit ve plastik limit deneyleri yapılmıştır. Bunun için elekten alta geçen malzemeye
farklı oranlarda su katılarak, iyice karıştırılıp Casagrande aletinin pirinç yuvasina 1 cm
kalınlık olacak şekilde yerleştirilip aletin kolunu saniyede 2 kere çevirip zemin
numunesinde açılan yarığın kapandığı vuruş (düşüş) sayısı belirlenir. Numune, darası
belli kaplarda kurutularak su muhtevası saptanır. Bu işlem en az üç kez tekrarlanir. Elde
edilen değerler su muhtevası-vuruş sayısı eksen takımında işaretlenerek, bu noktalardan
geçen en uygun doğru çizilir. 25 vuruş sayısına denk gelen su muhtevası bizim likit
limit değerini verir. Plastik limit değeri için yine 40 No’lu elekten geçen malzemeden
4
40 gr numune alınarak bir miktar su ile karıştırılıp ufak parçalar alınır. Avuç içi ile düz
bir yüzey üzerinde zemin çapı 3 mm olana kadar devam edilir ve bu noktada çatlaklar
gözlenir. Bu işlem diğer küçük parçalar içinde tekrarlanır. 3 mm çapında kırılmış
numuneler etüvde kurutulup su muhtevaları bulunur. Bulunan su muhtevası, plastik
limit değeridir.
Kumların önemli özelliklerinden biri de “Rölatif Sıkılık” (Dr) larıdır. Dr yi
bulmak için çok farklı metodlar geliştirilmiştir. Bu metodların hemen hemen hepsinde
hata payları vardır. ASTM yöntemi standart sapmaların az olması nedeni ile tercih
edilebilir. Dr kumların derecelenmesi (sıkılığı) hakkında bilgi verir.
“Dane Birim Hacim Ağırlığı” (s) da malzemelerin özellikle kumların önemli
özelliklerindendir. Zemin davranışının incelenmesinde önemlidir.
Zeminlerin tabii ve karmaşık malzeme olmaları nedeni ile fiziksel özelliklerinin doğru
değerlendirilmemesi, temel kavramların anlaşılmaması ve yeterli tecrübeye sahip
olmadan güvenli ve ekonomik mühendislik çözümleri elde etmek zordur. Bu nedenle
zeminlerin endeks özelliklerinin doğru bulunması ve yorumlanması son derece
önemlidir.
2 – ELEK ANALİZİ
2.1 – KONU
Çeşitli özelliklerdeki zeminlerin sınıflandırılmasını sağlayan ve mühendislik
özellikleri hakkında bazı önemli ipuçları veren zemin özelliklerine endeks özellikleri adı
verilir. Granülometri analizi, zemin dane büyüklüklerini ve toplam kütle içerisindeki
ağırlıkça miktarlarını yüzde cinsinden hesaplayıp zeminlerin önemli bir endeks özelliği
olan dane büyüklüğü dağılımının ve çakıl, kum, silt ve kil yüzdelerinin belirlenmesi
amacıyla yapılır.
Deney Ekipmanları

Çeşitli açıklıkta tel örgülü kare gözlü ASTM’ ye uygun elekler (19mm, 9.53mm,
4.75mm, 2.00mm, 0.85mm, 0.425mm, 0.25mm, 0.15mm, 0.075mm) (Şekil 3.8)

Terazi (0.01 g duyarlıklı)

Etüv (110 ± 5 º C’de sabit kalabilen termostat kontrollü ve hava dolaşımlı)
5
2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Dane büyüklüğü dağılımı belirlenecek olan zeminden yaklaşık 500 g kadar kuru
numune alınır ve bu miktar deney föyüne toplam ağırlık ( W ) olarak kaydedilir.
(4.75mm’den büyük çapa sahip daneler yoksa bu miktar yeterlidir) Numunenin ince
dane ( 0.0075mm’den küçük çapa sahip ) yüzdesini belirlemek amacıyla numune 200
no’lu elekten yıkanarak elenir (elenen malzemenin eleğin altına koyulacak bir kapta
toplanması gerekmektedir). Eleğin üstünde kalan malzeme darası daha önceden
belirlenmiş olan bir kap içinde etüve koyularak kurutulur ve daha sonra bu malzemenin
kuru ağırlığı tartılarak (W1) deney föyüne kaydedilir. Bulunan değer toplam ağırlıktan
çıkarıldığı takdirde 200 nolu eleğin altına geçen malzeme ağırlığı (W2) elde edilmiş
olur. Buradan zeminin ince dane yüzdesi belirlenmiş olur. İnce daneli malzemenin
dağılımını belirlemek üzere 3.2.3’te açıklanan hidrometre analizi için numunenin 200
nolu elekten geçen kısmı saklanır.
200 nolu elek üzerinde kalan kaba daneli malzemenin dane dağılımını belirlemek üzere
malzeme, en küçük açıklıklı elekten en büyük açıklıklı eleğe kadar sırayla bir dizi
elekten geçirilir. Elek takımından açılıkları logaritmik eksen üzerine üniform aralıklarla
düşen ve numunenin içerdiği dane boyutlarını kapsayan az sayıda elek seçilir. ( Olası bir
sıralama ASTM elek numaralarına göre küçükten büyüğe doğru: 200, 100, 70, 40, 20,
10, 4 şeklinde olur ) Kaba daneli kuru numune her bir elekte 5-10 dakika kadar sallanır.
Sallama işleminden sonra her bir eleğin üstünde kalan malzeme tartı aletinde tartılır ve
belirlenen ağırlıklar deney föyünde 3. sütuna işlenir. Burada unutulmaması gereken
nokta her sallama işleminden sonra elek açıklıkları arasında sıkışmış malzeme kalması
ihtimalinin göz önünde bulundurularak Şekil 3.9’da görüldüğü üzere bir fırça ile
yavaşça eleğin üstünün temizlenmesidir.
Şekil 2.1- Elek Analizi Deneyinde Kullanılan Çeşitli Elekler
6
Şekil 2.2- Elek Açıklıkları Arasında Kalmış Malzemenin Temizlenmesi
(http://www.soiltest.com.tr)
2.3 – HESAPLAMALAR
Elek takımında en küçük çaplı elekten en büyük çaplı eleğe doğru i no’lu elekten geçen
malzeme miktarı
(3.13)
eşitliği ile belirlenir.
i no’lu elekten geçen malzeme yüzdesi ise;
(3.14)
eşitliği ile hesaplanır.
Granülometri Eğrisi
Logaritmik yatay eksende dane çapı ( elek açıklığı), düşey eksende ise bu çapa karşı
gelen elekten geçen malzeme yüzdesinin bulunduğu granülometri föyleri üzerinde, elde
edilen sonuçlar kullanılarak granülometri (dane çapı dağılımı) eğrisi çizilir.
Granülometri eğrisi üzerinde malzemenin sırasıyla %60, %30 ve %10’unun geçtiği elek
çaplarına karşılık gelen D60, D30 ve D10 değerleri belirlenerek zeminin üniformluluk ve
derecelenme katsayıları bulunur. Dağılımı belirlemek için bazı işlemler yapılır. Efektif
çap %10 ‘ dan küçük danelerin en büyük çapıdır ve D10 ile gösterilir. D50 ortalama dane
çapını verir. Üniformluk katsayısı Cu ile gösterilir ve Cu ‘nun 1’e yakın olduğu dane
dağılımları “uniform” olarak nitelendirilirken, 4’ten yüksek olduğu dağılımlar “iyi
derecelenmiş” olarak nitelendirilir. Diğer bir dane dağılım kriteri de derecelenme
katsayısıdır ve Cc ile gösterilir. Bu katsayı, uniform veya düzgün granülometrili bir
7
zeminde bazı boyutların eksikliğini veya fazlalığını gösteren, kabaca dane dağılım
eğrisinin yarıçapını yansıtan bir katsayıdır. İyi derecelenmiş kumlarda 1< Cc <3
şartı aranır ve bunu sağlamayan karışımlara “süreksiz dane dağılımı” denir. Dane
dağılımın sürekli olması danelerin daha düzenli dizilerek yüksek sıkışma olanağı
sağlaması sonucunu verir.
u
(3.15)
c
(3.16)
2.4 – YORUM – SONUÇ
Dane Çapı Dağılımının Mühendislikte Önemi
Dane çapı dağılımı özellikle kaba daneli zeminlerde birçok mühendislik özelliğini
etkilemektedir. Bunlar arasında başlıcaları aşağıda verilmiştir.

Temiz kaba daneli zeminler ince daneli zeminlerden daha yüksek su
geçirgenliğine sahip olmaktadırlar.

İyi derecelenmiş zeminler daha yüksek mukavemete ve taşıma gücüne sahip
olmaktadırlar.

Zeminlerin dondan etkilenme oranı ve zemin içinde kapiler su yükselmesi dane
çapı dağılımına bağımlı olmaktadır.

Zeminin su geçirgenliğine bağlı olarak yük altında sıkışma hızı, yükleme
esnasında içersindeki suyun dışarı çıkabilme kolaylığı gene dane çapından
etkilenmektedir.
Elek no
mm
No. 4
4.65
Tablo 2.1-Elek Standartları
No. 10
No. 40
2.00
0.425
No.100
0.147
No. 200
0.074
3 - HİDROMETRE ANALİZİ
3.1 - KONU
Zeminin ince daneli kısmını oluşturan kil ve silt oranlarının belirlenmesi çöktürme
analizi ile mümkün olmaktadır. Çöktürme analizi, küresel danelerin bir sıvı içerisinde
çökelme hızı ile çapları arasındaki ilişkiyi veren Stokes kanuna dayanmaktadır. Stokes
8
kanununa göre farklı boyutlardaki danelerin düşüş hızları da birbirlerinden farklı
olmaktadırlar. Örneğin, zamanla daha hızlı düşenler diğerlerinden daha iri daneli
olanlardır. Buna karşın, kil ve siltler yapraksı bir yapıda olmalarına rağmen Stokes
kanununa göre yuvarlak kabul edilmektedirler ve daneler suda savrularak dibe
inmektedirler. Buradan da danelerin zamanla düşüm hızlarından dane boyutu dağılımı
bulanabilmektedir.
Deney Ekipmanları

ASTM 152 Hidrometre aleti

Karıştırıcı

Ayrıştırıcı madde ( Sodyum polifosfat )

İki adet dereceli 1000 cl. Silindir kap (mezür)

Termometre

0,01 duyarlıkta terazi

105,00~110,00 C sıcaklıkta bir etüv

Lastik tıkaç

Kronometre
3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Granülometri analizinde 200 no’lu elek altında kalan kuru numuneden 50 gr alınır.
Yaklaşık 100-150 cl. kadar ayrıştırıcı madde hazırlanan numune üzerine dökülür ve
ıspatula ile karıştırılır. Elde edilen karışımın danelerinin birbirlerinden ayrışması için 8
ila 12 saat bekletilir. Dereceli silindir kaba (mezür) 850 cl. kadar damıtık su koyulup
üzerine 1000 cl.’yi tamamlayacak şekilde madde eklenir. Hidrometre aleti içinde suayrıştırıcı madde çözeltisi bulunan bu mezüre koyulur. Karıştırma kabında hazır olan
numune iyice karıştırıldıktan sonra hidrometre kabına aktarılır ve kabın 2/3 ‘ü
doluncaya kadar damıtık su eklendikten sonra karıştırıcı çalıştırılarak numune 2 dakika
kadar karıştırılır. Daha sonra zemin-su süspansiyonunun bulunduğu hidrometre kabına
1000 cl. tamamlayacak şekilde damıtık su eklenir ve lastik tıkaçla ağzı kapatılır. Mezür
iki tarafından tutularak alt tarafında numune kalmayana dek çalkalanır. Zemin numunesi
iyice su ile birlikte homojenleştikten sonra lastik tıkaç çıkarılır ve derhal hidrometre
aleti karışımın içerisine daldırılır ve kronometre çalıştırılır ( t=0 ). Hidrometrenin su
içerisinde gidip gelmeleri parmak uçlarıyla hafif dokunuşlarla durdurulmalıdır. (Sıfır
9
hareketsizliğe geçen zaman 15 s’den az olmalıdır). Ardından t=15’, 30’, 1”, 2”
hidrometre okumaları alınarak deney föyüne kaydedildikten sonra (her zaman
menisküsün üst seviyesi okunacaktır) hidrometre çıkarılıp diğer mezüre koyulur. t=4dk.,
8 dk., 15dk., 30 dk., 1 sa., 2 sa., 4 sa., 8 sa. ve 24 sa. okumaları ( Rh1 ) alınarak deney
föyüne kaydedilir. Hidrometre her okumadan yaklaşık 30 sn. önce hidrometre kabına
daldırılır ve Şekil 3.10’da gösterildiği gibi okuma alındıktan sonra tekrar diğer mezüre
bırakılır. Diğer mezüre bırakılması esnasında hidrometre döndürülerek üzerindeki
parçacıklar temizlenir.
Şekil 3.1- Hidrometre Deneyi
3.3 – BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Hidrometre analizi deney föyünde, 5. kolona kaydedilen okumalar üzerinde çeşitli
düzeltmeler yapılması gerekmektedir.
Menisküs Düzeltmesi: Deneyde kullanılan su için menisküs düzeltmesi Cm=1 olarak
belirlenmiştir.
Sıcaklık Düzeltmesi: T=15-28 C arasındaki sıcaklıklar için sıcaklık düzeltmesi
10
Ct= -4.85 + 0.25T
(3.17)
şeklinde belirlenir.
Ayrıştırıcı Madde Düzeltmesi: Deneyde kullanılan ayrıştırıcı madde üzerinde yapılan
deneyler sonucunda ayrıştırıcı madde düzeltmesinin Ca= 2.5 olduğu belirlenmiştir.
Deney föyünde 6. kolonu menisküs düzeltmesine göre, oluşturmak gerekmektedir.
Rh= Rh1 + Cm
(3.18)
Bu değerler efektif derinliğin bulunmasında kullanılacak olan hidrometre okumalarıdır.
Yedinci kolona menisküse göre düzeltilmiş olan hidrometre okuması üzerinde yapılması
gereken sıcaklık ve ayrıştırıcı madde düzeltmeleri kaydedilecektir.
Rh ’ = Rh + Ct - Ca
(3.19)
kolona efektif derinlik değerleri yazılacaktır. Bu amaçla aşağıda verilmiş olan ampirik
formül kullanılabilir. ( Bu değerler tablodan da okunabilir )
(3.20)
kolona çöken danelerin çapları belirlenerek yazılır. Dane çapı belirlemede aşağıdaki
formül kullanılabilir.
(3.21)
Yukarıdaki denklemde yer alan K değeri zemin numunesinin dane birim hacim
ağırlığına ve ortam sıcaklığına göre değişen boyutsuz bir katsayıdır ve tablolardan elde
edilebilir (K = 0,0134). Burada He değerleri cm, t değerleri ise dakika biriminde ifade
edilecektir. Bulunan D çapından daha küçük dane çapına sahip zeminin yüzdesi ise;
(3.22)
şeklinde belirlenir. Eşitlikte yer alan Wk deneyde kullanılan kuru numune ağırlığını
göstermektedir ( Wk = 50 gr ).
11
Kolonda yer alan alınan numuneye göre yüzde değerleri, 200 no’lu eleğin altına geçen
malzeme yüzdesi ile çarpılarak ana numuneye göre yüzde değerlerinin bulunması
mümkün olacaktır.
3.4 – YORUM - SONUÇ
Hidrometre deneyi esnasında meydana gelen hatalar dolayısıyla yukarıda hesaplamalar
kısmında da bahsedildiği üzere deney bittikten sonra birtakım düzeltmeler yapılması
gerekmektedir. Aşağıda bu hataların nelerden ötürü meydana geldiği maddeler halinde
özetlenmiştir:
a) Hidrometre, karışımın içersinden alınıp süspansiyonun içerisine yerleştirilirken
parmak uçları ile çevrilerek konulmalıdır. Bunun sebebi hidrometre üzerinde kil
daneciklerinin
kalmasıdır.
Çevrilerek
yerleştirildiğinde
kil
danelerinin
süspansiyona dağıldığı görülür.
b) Deney esnasında mezür içersinde bulunan numunenin mezürün dibinde
kalmayacak şekilde karıştırılması gerekir.
c) Karışımın içersinden çıkarılan malzemelerin yukarı aşağı sarsılarak üzerlerinde
minimum su kalması sağlanır; çünkü kullanılan mezürlerin içindeki karışımların
belli bir hacimleri ve vardır ve bu hacimler değişmemelidir.
d) İnce ve kohezyonlu bir malzeme olması kaplarda numune kalmasına sebep
olabilir. Bu nedenle minimum derecede kayıp olması için pusetle iyice
akıtılmalıdır.
e) Okumalarda menisküs düzeltmesi yapılacağı için okuma su seviyesinin en
ucundan okunur.
f) Okumalar sırasında hidrometre aletinin hareket etmediğine dikkat edilmelidir.
g) Deney sıcaklığı kalibrasyon sıcaklığından fazla ise hidrometre okumaları olması
gereken değerlerden küçük olacaktır.
4 - ATTERBERG (KIVAM) LİMİTLERİ
4.1 – KONU
Bir kili tarif ederken çoğu zaman granülometri eğrisi ve mineroloji yetersiz kalmaktadır.
Deney yöntemi her ne kadar iyi sonuç verse de zaman açısından bir kayıp doğuracağı
için Atterberg (1913) likit limit ve plastik limit deneyleri kullanılmaktadır.
12
İnce daneli zeminler su muhtevalarına bağlı olarak katı, yarı katı, sıvı kıvamda
olabilirler. İnce daneli zeminlerin çoğu tabii halde plastik kıvamda bulunur ve bu kıvam
aralığını belirleyen en yüksek ve en düşük su muhtevalarına likit limit (LL veya WL) ve
plastik limit (PL veya Ip) denir. Zeminin su muhtevasındaki değişim ile kıvamı arasında
ilişkinin belirlenebilmesi için rötre, plastik ve likit limitlerinin belirlenmesi
gerekmektedir.
4.2 - DENEYİN YAPILIŞI
4.2.1 Doğal Su Muhtevası
Bu deney, zemin örneklerinin su muhtevasının belirlenmesi amacıyla yapılmaktadır.
Zemin laboratuvar deneylerinde en çok kullanılan ve belirlenmesi en kolay olan su
muhtevası, bir zemin örneğinin içerdiği su ağırlığının aynı örneğin kuru ağırlığına oranı
olarak tanımlanır ve yüzde olarak ifade edilir.
Deney Ekipmanları

Etüv (110 ± 5 º C’de sabit kalabilen termostat kontrollü ve hava dolaşımlı)

Terazi (0.01 g duyarlıklı)

Örnek kapları

Fırından örnek çıkartmak için ısıya dayanıklı eldiven

Desikatör veya nem kabı

Karıştırma spatulası, bölgeç
Yaş numuneden yeterli miktarda alındıktan sonra, numunenin koyulacağı kuru ve
temizlenmiş kap tartılarak ağırlığı deney föyüne not edilir (m1). (Şekil 3.1) Yaş numune,
örnek kabının içine koyulduktan sonra kapla birlikte tartılır (Şekil 3.1) ve elde edilen
değer deney föyüne not edilir (m2). Numunenin derinliği, ait olduğu proje vb. bilgileri
de bir etiket üzerine yazılıp kap içine konur. Numune etüve konur ve etüvün sıcaklığı
110 ± 5 º C ‘ ye ayarlanarak çalıştırılır. Yaklaşık 24 saat sonra numune etüvden çıkarılır
ve soğumak üzere bir kenara alınır ve numune çıplak elle tutulur sıcaklığa gelinceye
kadar beklenir. Numune soğuduktan sonra yine aynı kapla birlikte tartılarak föye not
edilir (m3).
13
Şekil 4.1- Su Muhtevasının Bulunması
(http://www.soiltest.com.tr)
IV. Sonuçlar
Su muhtevası değerleri zeminin kıvam limitleri hakkında da bilgi vermektedir. (Şekil
3.3)
Şekil 4.2- Zeminlerde Su Muhtevası-Hacim Değişimi Davranışı ve Kıvam Limitlerinin
Tanımlanması
4.2.2 Likit Limit
Atterberg’e göre likit limit şöyle tanımlanmıştır: Likit limit öyle bir su muhtevasıdır ki,
yoğrulmuş durumdaki bir kil, bu su muhtevasından daha büyük su muhtevalarında bir
akışkan gibi hareket etmesine karşın bunun altındaki su muhtevası değerlerinde plastik
bir madde gibi davranır.
Likit limit olarak tanımlanan; zeminin viskoz bir sıvı kıvamından plastik kıvama geçtiği
su muhtevası değerinin belirlenmesi için, Casagrande (1932) tarafından bir deney şekli
14
belirlenmiş ve bu deney günümüzde uluslararası bir standart haline gelmiştir. Skempton
ve Northey tarafından likit limit su muhtevasındaki yoğrulmuş kil zeminlerin akışkan
gibi hareket etmesine rağmen aslında düşük viskozite ve kayma mukavemeti gösteren
plastik madde davranışına eğilimli oldukları belirlenmiştir (1952). Öyle ki likit limit su
muhtevasındaki bazı killerde kayma mukavemetinin 0.007~0.014 kg/cm² civarında
olduğu yapılan deneylerle gösterilmiştir.
Likit limit deneyi Casagrande likit limit aleti ile tayin edilir. Bu deneyi yapmak için
önceden kurumamış kil zemin numunesi damıtık su ile bir kapta spatula yardımı ile
karıştırılır. Plastik kıvama gelen numune daha sonra Casagrande aletinin pirinçten
üretilmiş çanak kısmına konur. Çanağa koyulmuş kil içersinde açılan belli ölçüdeki bir
yarığın kapanması için gereken vuruş sayısı, kabı belli bir yükseklikten düşürmek
kaydıyla bulunur. Su muhtevaları değiştirilerek her yeni durum için vuruş sayıları
yeniden tespit edilir ve bu şekilde en az 3 nokta bulunduktan sonra enterpolasyon
yöntemi ile N=25 vuruş sayısına denk gelen su muhtevası değeri hesaplanır ve bu su
muhtevası likit limit olarak tanımlanır. Casagrande aletinde pirinçten mamul çanağının
şekli ve ağırlığı, özel kaşıkla açılan yarığın (çentiğin) şekli ve miktarı, düşüşün
yüksekliği vb. bir takım standartlarla belirlenmiş olup alet, zemin mekaniği
laboratuarlarında bu standartlara uygun bir biçimde konulmuş olarak bulunmaktadır
(Skempton ve Bishop, 1967).
Deney Ekipmanları
Casagrande likit limit aleti ( Casagrande likit limit aleti, bir kol vasıtasıyla 1 cm
yüksekliğe kaldırılıp sert kauçuk bir blok üzerine serbestçe düşürülen pirinç bir tastan
oluşmaktadır )

Oluk açma bıçağı (Likit limit kaşığı) ( Likit limit kaşığı iki türdür. Üçgen
şeklinde olanı kil zeminler, diğeri ise siltli zeminler için uygundur )

Karıştırma spatulası (yaklaşık 10 cm boyunda ve 2 cm genişliğinde)

Karıştırma kapları

Etüv, 60 º C ve 110 ± 5 º C ‘ de sabit kalabilen termostat kontrollü ve hava
dolaşımlı
15

Terazi (0.01 g duyarlıklı)

Su içeriği tayini için metal örnek kapları

Desikatör

Fırından örnek çıkartmak için ısıya dayanıklı eldiven

No.40 (0.425 mm) elek

Plastik su kabı (piset)
Deneyde kullanılacak kapların darasını belirlenir. Daha önce su muhtevası alınan kuru
numune, taneleri fazla kırılmayacak şekilde lastik tokmak ile bir miktar ezilir. Bu
sayede topaklaşmış haldeki kütleler ufalanır ve No.40 elekten elenerek eleğin altına
geçen örnekten yaklaşık 100 – 120 gr alınır. Alınan numune karıştırma kabına konur ve
yaklaşık macun kıvamına gelene kadar damıtık su eklenerek karıştırılır (Şekil 3.6-a).
Numune macun kıvamına geldikten sonra karıştırma kabından azar azar alınarak
Casagrande kabına kenarlardan ortaya gelecek şekilde yerleştirilir (Şekil 3.6-b). Zemin
örneğini Casagrande kabına yerleştirirken içerisinde hava boşlukları bırakmadan
homojen bir sıklıkta yerleştirilmesine ve yerleştirme esnasında tasın aletin tabanlığına
oturuyor olmasına dikkat edilmelidir. Yerleştirme işleminden sonra sonra kabın içindeki
örneğin üst yüzeyi aletin tabanlığına paralel olacak şekilde ve numunenin yüzeyi 1 cm
olacak şekilde karıştırma spatulası ile düzeltilir. Oluk açma bıçağının her konumda
aletin tasına dik olmasını sağlamak amacıyla bıçağı tutan eli bilekten itibaren kıvırmak
suretiyle tek bir hamlede, kabın içerisindeki örneğin ortasında bir oluk açarak örnek iki
kısma bölünür. Düşme kolu, Casagrande kabının 10 mm yükseklikten saniyede 2 düşüş
yapmasını sağlayacak hızda, zemin örneğinin ortasında açılan oluk tabandan itibaren 13
mm boyunda kapanıncaya kadar çevrilir. Açılan oluk, 30- 40 arasında bir düşüş
uygulandıktan sonra hala kapanmadıysa örnek katı kıvamda demektir. Bu durumda
deney durdurulur ve aletin kabındaki numune karıştırma kabına alınarak bir miktar daha
su ilave edilir ve karıştırma işlemine devam edilir. Bu işlemden sonra numune tekrar
kaba yerleştirilir ve yukarıdaki işlemler tekrarlanır. Eğer açılan oluk 25’ ten daha az bir
düşüş sayısında kapandı ise numuneye çok fazla su katıldı demektir. Böyle durumda
örneğin kıvamını artırmak için kesinlikle kuru örnek karıştırılmamalıdır. Bunun yerine
numune kıvama gelinceye kadar kurumaya bırakılmalıdır. Daha sonra numune tekrar
kaba yerleştirilip aynı işlemler tekrarlanır. Oluğun 13 mm boyunda kapanması için
uygulanan düşüş sayısı deney föyüne not edilir ve oluğun kapandığı bölgeden 15 – 20
16
gr numune alınır. Boş ağırlığı ve kap numarası deney föyüne not edilmiş olan örnek
kabının içine konur ve kap + yaş numune olarak deney formuna kaydedilir.
Son olarak numune etüve konur ve kurutulur. Kurutulduktan sonra su içeriği hesaplanır.
Su içeriği için örnek alındıktan sonra Casagrande aletinde kalan örnek karıştırma
spatulası ile toplanarak karıştırma kabına alınır ve Casagrande aleti temizlenir ve kuru
bir bezle silinerek kurutulur. Karıştırma kabındaki numuneye, düşüş sayısının 25 – 30
arasında olmasını sağlayacak kadar damıtık su ilave edilir ve homojen bir karışım elde
edilinceye kadar bir kaç dakika karıştırıldıktan sonra aynı işlemler tekrarlanır. Üçüncü
tekrardaki düşüş sayısı 20 – 25, dördüncü tekrardaki düşüş sayısı ise 15 – 20 olacak
şekilde damıtık su ilave edilerek aynı işlemler tekrarlanır. Son olarak kalan numuneden
plastik limit deneyi için 30 – 35 g kadar örnek ayrılarak bir kaba konur ve plastik limit
deneyi yapılır.
Not: İlk yapılan denemede açılan oluk tesadüfen 25 düşüşte kapandı ise, oluğun
kapandığı yeri kapsayacak şekilde kaptaki örneğin yaklaşık yarısı alınarak su içeriği
belirlenir. Daha sonra karıştırma kabında kalan örnek ile bir deneme daha yapılarak elde
edilen ilk su içeriğinin ortalaması alınıp zemin örneğinin likit limit değeri olarak verilir.
Şekil 4.3- Casagrande Deneyi a) Numunenin damıtık su eklenerek spatula ile
karıştırılması b) Numunenin Casagrande kabına yerleştirilmesi
4.2.3 Plastik Limit
Plastik limit, Atterberg tarafından yine bir su muhtevası olarak tanımlanmış ve bu su
muhtevasından daha düşük değerlerde kil numunesinin artık plastik bir malzeme
olmaktan çıktığı ve kolayca ufalanan bir hal aldığı ifade edilmiştir. Plastik limitin
17
tayininde en önemli araç, deneyi yapacak olan kişinin yeteneğidir. Deneyden önce eller
temiz ve kuru olmalıdır. Plastik limit deneyi, Atterberg tarafından cam plaka veya bir
kağıt üzerinde kilin el ayası ile yuvarlanarak inceltilen zemin silindirlerinin 3 mm çapa
geldiklerinde parçalanmaya başladıkları su muhtevası olarak tarif edilir
(Skempton ve Bishop, 1967).
Deney Ekipmanları

Cam plaka

Metal veya cam çubuk

Karıştırma kabı

Karıştırma spatulası

Etüv (110 ± 5 º C’de sabit kalabilen termostat kontrollü ve hava dolaşımlı)

Terazi (0.01 g duyarlıklı)

Su içeriğini belirlemek için kullanılacak olan metal örnek kapları
Plastik limit deneyi, likit limit deneyi ile bağıntılı olarak yürütüleceğinden dolayı deney
örneği, likit limit deneyi için hazırlanan örnekten yaklaşık olarak 20 – 30 g alınarak
yapılır. Bu nedenle plastik limit deneyi için örnek hazırlama yöntemleri, likit limit
deneyi ile aynıdır. Likit limit deneyinden sonra plastik limit deneyi için bir kenara
ayrılan örnek, özellikle killi zeminlerde muhtemelen plastik limit kıvamından daha
yüksek olacaktır. Bu nedenle, örneği yaklaşık olarak plastik limit kıvamına getirmek
için açık hava ortamında bekletilir. Numune, yaklaşık olarak plastik limit kıvamına
geldiğinde iki el arasında yuvarlanarak top haline getirilir ve ikiye bölünür. Parçalardan
birisi nem kaybetmemesi için nem kabına konulur. Diğer parça iki el arasında
yuvarlanarak silindir haline getirilir. Daha sonra cam plaka üzerine yerleştirilerek Şekil
3.7’de görüldüğü üzere el ayası veya parmaklar ile belli bir miktar basınç uygulanarak
yuvarlanmak suretiyle bir çubuk haline getirilir. Parmaklar veya el ayası ile numune
üzerine uygulanması gereken basınç numune tipine göre farklılık göstermektedir.
Örneğin yüksek plastisiteli killer, plastik kıvamda iken oldukça sert olurlar. Ancak buna
karşın, kil oranı daha az olan ve bir miktar silt içeren numuneler ise nispeten daha
yumuşak olmaktadır. Bu nedenle killi zeminleri yuvarlamak için yüksek basınç
gerekirken siltli-killi zemin için daha düşük basınç yeterli olmaktadır. Yuvarlanan
numune 3 mm çapına ulaştığında yüzeylerinde çatlaklar ve yer yer kopmalar meydana
18
geliyor ise plastik limit kıvamında demektir ve kırılan parçalar toplanarak su içeriğini
belirlemek için ağırlığı ve kap numarası önceden deney föyüne kaydedilen örnek kabına
konarak birlikte tartılır (kap + yaş numune ağırlığı). Ancak su içeriğini belirlemek için
kullanılacak örneğin ağırlığı 6 g’dan az olmamalıdır. Zeminin 3 mm çapına geldiğini
anlamak için 3 mm çapındaki kıyaslama çubuğu kullanılır. Eğer numune 3 mm çapına
geldiği halde, çatlamalar ve kırılıp kopmalar meydana gelmiyor ve numune daha da
incelebiliyorsa, su içeriği plastik limitten daha yüksek demektir. Bu durumda örnek
toplanarak tekrar iki el arasında veya tek el ile bir süre sıkılarak yuvarlanır. Bu şekilde,
vücut sıcaklığından dolayı örnek bir miktar nem kaybedecektir. Bu işleme yeterli süre
devam ettikten sonra numunenin uygun kıvama geldiğine kanat getirilirse tekrar deneme
yapılır. Eğer numune 3 mm çapına gelmeden önce çatlaklar ve kırılıp kopmalar
meydana geliyorsa, su içeriği plastik limitten az demektir. Bu durumda numuneye bir
miktar su kazandırmak gerekir. Ancak ilave edilecek olan su miktarı ve deneyde
kullanılan numune miktarı az olduğundan likit limit deneyindeki gibi su katıp karıştırma
imkanı yoktur. Bu yüzden numune elle yuvarlanıp bir küre haline getirildikten sonra
ıslak
bir
sünger
üzerinde
bastırılarak
gezdirilmek
suretiyle
numuneye
su
kazandırılabilir. Bu işlemden sonra tekrar numune yuvarlanarak plastik deneye devam
edilir. Zeminin ilk parçası üzerinde plastik limit deneyi tamamlandıktan sonra
başlangıçta ayrılan ikinci parçasına da aynı işlemler yapılır ve plastik limit kopması elde
edildikten sonra yine kap numarası ve ağırlığı önceden not edilen örnek kabına konulur
ve kapla birlikte tartılarak deney föyüne not edilir. Bu deneyde de su içeriğini
belirlemek amacıyla alınan numune 6 g ‘ dan az olmamalıdır. Daha sonra alınan
örnekler etüve konularak kurutulur ve su içeriği hesaplanır.
Şekil 4.4- Plastik Limit Deneyinin Yapılışı
(http://www.soiltest.com.tr)
19
4.2.4 Lineer Rötre
Doygun bir zeminde daha fazla su kaybının daha fazla hacim değişmesine neden
olmayacağı su muhtevası olarak tanımlanır. Rötre limiti, su muhtevasındaki değişimin
büyük hacim değişikliklerine sebep olduğu zeminlerde büyük önem taşır. Burada
önemli olan nokta, düşük rötre limitine sahip zeminlerin hacim değiştirme ihtimalinin
büyük olmasıdır. Öyle ki, bu tip zeminlerde küçük bir su muhtevası değişimi dahi hacim
değişmesinin başlaması için yeterli olabilmektedir.
4.3 BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Doğal Su Muhtevası
Deney sırasında elde edilen m1, m2, m3 değerleri aşağıda verilen formülde (3.1) yerine
konularak zeminin su muhtevası yüzde cinsinden hesaplanır.
m –m
m
(3.1)
m
Bu bağıntıda ;
ω:
su muhtevası (%)
m1 :
örnek kabının ağırlığı, gr.
m2 :
örnek kabı + yaş numune ağırlığı, gr.
m3 :
örnek kabı + kuru zemin ağırlığı, gr.
olarak tanımlanmaktadır.
Zeminin su muhtevası, zemin prizması üzerinden de kolayca belirlenebilmektedir.
(Şekil3.2).
20
Şekil 4.5- Zemin prizması (Kumbasar ve Kip, 1999)
Burada, Ww su ağırlığının Ws dane ağırlığına oranı yüzde cinsinden su muhtevasını
vermektedir.
Likit Limit
Öncelikle üç noktaya ait su muhtevaları belirlenir.
(3.5)
W1
: dara
W2
: dara + ıslak numune
W3
: dara + kuru numune
Deneyde elde edilen düşüş sayısı ve buna karşılık gelen su içeriği değerleri, yatay
eksende logaritmik olarak hazırlanan düşüş sayıları, düşey eksende ise doğrusal olarak
hazırlanan su içeriği değerleri yer alan bir grafik alanda işaretlenir. Şeffaf bir cetvel
kullanılarak işaretlenen bu noktalardan geçen en iyi doğru çizilir. Bu doğruya akma
doğrusu ( ya da akış eğrisi ) adı verilir. Akma doğrusunun çiziminde pratik bir kural
olarak; doğrunun altında kalan noktalar ile üstünde kalan noktaların doğruya dik
mesafelerinin birbirine eşit olmasına dikkat edilmelidir. Akma doğrusu çizildikten
sonra, N =25 düşüşün yer aldığı noktadan yukarıya doğru dikey olarak çıkılarak akma
21
doğrusunu kestiği nokta bulunur. Bu noktadan yatay doğrultuda su içeriği eksenine
doğru gidilerek bu ekseni kestiği noktadaki su içeriği değeri okunur ve zeminin likit
limiti olarak belirlenir.
Plastik Limit
En az iki defa tekrar edilerek uygulanan plastik limit deneyinde elde edilen sonuçlar %
0.1 yakınlıkta belirlenerek aritmetik ortalama alınır. İki denemede elde edilen plastik
limit değerlerinden herhangi birisi, aritmetik ortalamada hesaplanan değerden % 0.5
‘ten daha fazla sapma göstermiyorsa, bu ortalama değer zeminin plastik limiti olarak
belirlenir. Aksi takdirde ilave deney yapılması gerekmektedir.
4.4 YORUM – SONUÇ
Kıvam (Atterberg) limitleri esas olarak ince daneli zeminlerin değişik su
muhtevalarındaki mukavemetlerinin bir göstergesi olmaktadır. Zeminin tabii su
muhtevasının kıvam limitleri ile karşılaştırılması bize o zeminin mukavemeti hakkında
bir fikir vermektedir. Bu karşılaştırmayı yaparken bazı boyutsuz katsayılar kullanmak
yararlı olmaktadır. Bunlar arasında en yaygın olarak kullanılan üç tanesi
Plastisite indisi;
(3.6)
Likitlik indisi;
(3.7)
Kıvam İndisi;
(3.8)
olmaktadır.
22
Likit limit ile plastik limit arasında kalan su muhtevalarında zemin plastik davranış
gösterdiği için, bu iki limitin farkı plastisite indisi (Ip) olarak tanımlanmaktadır.
Plastisite indisi, zeminin plastik davranış gösterdiği su muhtevaları aralığının genişliğini
göstermektedir. Likit limit ve plastisite indisinin birlikte değerlendirilmesi zeminin
plastisitesinin bir ölçüsü olarak kullanılmaktadır.
Ayrıca, kıvam limitleri zeminin plastisitesine göre sınıflandırılmasını sağlamakta, ince
daneli zeminlerin yükleme tarihçesi, su geçirgenlik özellikleri, değişik amaçlar için
inşaat malzemesi olarak seçilmesi, yükler altında sıkışması, şişme potansiyeli ile arazi
sıkıştırma ve çalışma koşulları yönünden çok yararlı ön bilgiler vermektedir. Genel
olarak zeminin plastisitesi arttıkça sıkışma ve şişme potansiyeli artmakta, su
geçirgenliği azalmakta, arazi kazı ve dolgu işlemleri sırasında ise zorluklarla
karşılaşılmaktadır. İnce daneli zeminlerin plastisite indisinsin kil yüzdesine ( 0.002
mm’den küçük daneler miktarı) oranı ise zeminin aktivite katsayısı olarak
tanımlanmaktadır.
(3.9)
Aktivite
katsayısı
zemin
içindeki
kil
minerallerinin
cinsi
hakkında
fikir
vermektedir.(Tablo 3.1) Büyük sayıdaki numuneler üzerinde yapılan deneyler
göstermiştir ki, aktivite killi zeminlerin minerolojisine ve jeolojik oluş şartlarına
bağlıdır. Aktivite katsayısı 0.75’ten küçük olan killer aktif olmayan killer, 0.75~1.25
arasında olanlar normal killer, 1.25’ten büyük olanlar ise aktif olarak kabul
edilmektedir. Montmorillonit kökenli killer aktif, kaolinit killeri ise düşük
aktivitelidirler. Kurak bölgelerde montmorillonit kökenli kil zeminler şişme özelliğine
sahip olabilirler. Killerin şişme potansiyelleri Atterberg limitlerine ve aktiviteye bağlı
olarak belirlenebilmektedirler (Özüdoğru v.d., 2001).
23
Tablo 4.1-Aktivite Yardımıyla Kil Tiplerinin Bulunması
KİL TİPLERİ
AKTİVİTE KATSAYILARI
Smektitler, Ca-montmorillonit
1,5
Smektitler, Na-montmorillonit
6
Smektitler (?) likit
0,5-1
Kaolinit
0,4-0,5
Halloysit sulu
0,1
Hallaysit susuz
0,5
Attapulgit
0,5-1,2
Alofan
0,5-1,2
Muskovit
0,3
Doğal Killerin Kıvamı ve Hassaslığı
Tabii killerin arazi koşullarındaki kıvamı yumuşak, orta katı, çok katı, sert gibi
terimlerle ifade edilmektedir. Katılık derecesinin ölçüsü olarak ise genellikle serbest
basınç mukavemeti kullanılmaktadır.
İnce daneli zeminler tabii su muhtevası değiştirilmeden yoğruldukları zaman katılık
derecesinde büyük değişiklikler meydana gelebildiği gözlenmektedir. Yoğrulma sonucu
meydana gelen yumuşamanın başlıca nedenleri arasında, danelerin yüzeyindeki adsorbe
su tabakasında yer alan moleküllerin sıralanmasının ve çökelme sırasında oluşan kilin iç
yapısının (danelerin konumları ve dane temas yüzeylerindeki çimentolanmanın)
bozulması sayılabilir. Zeminin tabii durumdaki serbest basınç mukavemetinin
yoğrulmuş durumdaki serbest basınç mukavemetine oranı hassaslık ( yoğrulmaya karşı
duyarlılık) olarak tanımlanmaktadır. Hassaslık;
(3.10)
formülü kullanılarak hesaplanmaktadır. Değişik killerin hassaslığı birbirinden farklı
olduğu gibi, kilin değişik su muhtevalarındaki hassasığı da farklı olabilmektedir.
Normal killerde 2<St<4 arasında kalırken, duyarlı killerde 4<St<8 arasında değerler
almakta, St>8 olan killer ise aşırı duyarlı killer olarak kabul edilmektedir. Örselenmiş
killer St<16 ise genellikle zamanla orijinal mukavemetlerini yeniden kazanırlar.
Zamanla mukavemetin tekrar kazanılması “titroskopi” olarak adlandırılmaktadır
(Özüdoğru v.d., 2001).
24
5 - DANE BİRİM HACİM AĞIRLIĞI
5.1 KONU
Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin dane birim hacim ağırlıkları piknometre
denilen cam kap yardımıyla belirlenir. Aşağıda zeminlerin dane birim hacim ağırlığı
için yapılan piknometre deneyi ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Deney Ekipmanları

Piknometre (Şekil 3.4)

Saf su

Etüv (110 ± 5 º C’de sabit kalabilen termostat kontrollü ve hava dolaşımlı)

Vakum pompası

Terazi (0.01 g duyarlıklı)
5.2 DENEYİN YAPILIŞI
Deneye başlamadan önce cam kabın hacmi, Vc ile cam kabın ağırlığı W1 hesaplanır ve
değerler deney föyüne kaydedilir. Daha sonra 4 no’lu elekten geçen malzeme alınarak
etüve konur ve 105 º C’de kurutulur. Yaklaşık 24 saat sonra etüvden çıkarılan kuru
malzemeden; kohezyonlu zeminlerde 50 ila 75 gr. kohezyonsuz zeminlerde ise 150 gr
kadar alınır ve kalibre edilmiş piknometreye doldurulur. Kuru numune ile piknometre
birlikte tartılarak W2 ağırlığı bulunur ve deney föyüne not edilir. Daha sonra zemin
daneleri arasındaki boşluklarda birikmiş havayı çıkarmak için piknometrenin ağzından
vakum uygulanır. Bu arada havanın çıkmasını kolaylaştırmak için piknometre yavaşça
sallanır. Vakum işleminin sonuna doğru, piknometreye ince boyun kesimindeki
kalibrasyon çizgisinin yaklaşık 1 ila 15cm altına dek havası alınmış arı su eklenir.
Tamamen havası alınıncaya kadar piknometreye vakum uygulanır. Daha sonra
piknometre, içindeki süspansiyon ile birlikte tartılır ve böylece cam kap ağırlığı +
numune + su ağırlığı (W3) bulunur. Son olarak piknometredeki bütün malzeme bir
buharlaşma kabına dökülerek kuru ağırlığının saptanması amacıyla etüve konur ve 105 º
C ’de kurutulur.
25
Şekil 5.1-Dane Birim Hacim Ağırlık Tayininde Kullanılan Piknometreler
5.3 BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Zeminin dane birim hacim ağırlığı yukarıdaki işlemlerin yapılması sonucu elde edilen
değerlerin aşağıdaki formüle yerleştirilmesi ile hesaplanmaktadır.
(3.2)
Burada,
Vc :Cam kap hacmi
W1 :Cam kap ağırlığı
W2 :Cam kap ağırlığı+Numune
W3 :Cam kap ağırlığı+Numune+Su
olarak tanımlanmaktadır (Özüdoğru, v.d., 2001).
6 – RELATİF SIKILIK
6.1 – KONU
İzafi sıkılık, ayrık daneli zeminlerin sıkılık derecelerini gösteren bir değer olup,
laboratuvarda standart deneylerle bulunmaktadır.
6.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Ağırlığı 1272,7 (W) gr ve hacmi (V) 196,35 cm3 (D:5 cm, H:10 cm) olan
silindirik kaba (Şekil 6.2) numune üç safhada huniden akıtılarak konur ve tartılır. Bu
işlem üç kere tekrarlanır. Bunun sonucunda emaks a ulaşılacak değerler elde edilir.
26
Bulunan üç değerin ortalaması alınarak kap+maksimum boşluklu numune ağırlığı elde
edilir (W1). Aynı işlemler bu sefer numune, kaba yandan vurularak sıkıştırılır ve
kap+minimum boşluklu numune ağırlığı elde edilir (W2).
Yaka
Metal
Silindi
Şekil 6.1 Relatif Sıkılığın Belirlenmesinde Kullanılan Alet
Kap ağırlığı çıkarılarak dane ağırlığı belirlenir ve bu değer hacme bölünerek emaks için
kmin, emin için kmaks bulunur.
kmin,maks=(W1,2–W)/ V ………………...….(6.2.1)
s değeri dane birim hacim ağırlığı deneyinden bulunmuştu (Tablo 5.3.1). Kuru birim
hacim ağırlığı ile boşluk oranı arasındaki (6.2.2) bağıntısından emaks ve emin değerleri
bulunur.
emin,maks=(s/ kmaks,min) - 1 …………………(6.2.2)
6.3 – BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Kohezyonsuz zeminlerde izafi sıkılık;
(3.11)
olarak tanımlanmaktadır. Burada:
emax : Zeminin en gevşek durumdaki boşluk oranı
emin : Zeminin en sıkı durumdaki boşluk oranı
e
: Zeminin doğal durumdaki boşluk oranıdır.
İzafi sıkılık aynı zamanda zeminin maksimum, minimum kuru birim hacim ağırlıkları
ve kuru birim hacim ağırlıkları cinsinden de ifade edilebilmektedir:
27
(3.12)
6.4 – YORUM - SONUÇ
İzafi sıkılık Dr’nin çeşitli değerlerine göre kohezyonsuz zeminin sıkılık durum ifadeleri
Tablo 3.2’de verilmektedir.
Tablo 6.1 Zeminlerin Dr Değerlerine Göre Sınıflandırılması (Özüdoğru v.d., 2001)
İzafi Sıkılık, Dr (%)
Sıkılık Derecesi
0-15
Çok gevşek
15-35
Gevşek
35-65
Orta
65-85
Sıkı
85-100
Çok sıkı
7 - SONUÇLAR
Labaratuvarda tespit edilen zeminin endeks özellikleri mühendise o zemin ile ilgili basit
ama önemli bilgiler verir. Basitçe yapılan sınıflandırma bile zeminin bileşimi hakkında
kabaca fikir sahibi olmamızı sağlar.
Zeminlerin dane çapı dağılımının, kuru birim hacim ağırlıklarının, kıvam limitlerinin
bilinmesi zeminlerin mukavemeti, geçirgenliği, sıkışabilirliği, dondan etkilenme
durumu hakkında bilgi verir ve zeminlerin standart sistemlere göre sınıflandırılmasını
sağlar.
Yapılan deneylerde farklı numuneler kullanıldığı için ortak bir sonuca
ulaşılamamıştır. Bu nedenle her deney kendi kendi içinde değerlendirilmiştir.
Elek analizi sonucunda kötü derecelenmiş kum, kıvam limitleri deneyleri
sonucunda da numune yüksek plastisiteli (yağlı) kil (CH) olarak değerlendirilmiştir. Bu
da, oturmaların uzun zamanda ve ikincil oturmanında önemli olacağını, numunenin
plastik kıvam konumunda olduğunu gösterir. Oturma ve diğer mukavemet özellikleri
için Mühendislik Özellikleri Deneyleri yapılmalıdır. Bunlardan örnek olarak, proktor
deneyi, konsolidasyon deneyi, kesme kutusu deneyi ve üç eksenli basınç deneyleri
sayılabilir
28
KAYNAKLAR
29
EKLER
30

Download Report