İnce daneli zeminlerde drenajlı kayma direnci parametrelerinin tayini

Abstract

Kayma direnci parametreleri toplam (drenajsız) ve efektif (drenajlı) parametreler olmak üzere ikiye ayrılır. Yükleme sonrası suyun sistemden hemen çıkabileceği (drene olabileceği) iri daneli zeminlerde gerçekleştirilen analizlerde drenajlı parametrelerin kullanılması uygundur. Drenajsız kayma direnci parametreleri; ince daneli (killi-siltli) zeminlerin yükleme sonrası kısa sürede drene olamayacağı durum için geçerlidir. Bununla birlikte ince daneli zeminlerinde uzun süreli stabilite analizlerinde, suyun sistemden bu uzun süre zarfında çıkabileceği varsayımı yapılarak, drenajlı parametrelerin kullanılması gerekmektedir. Zeminlerin kayma mukavemetini laboratuvarda ölçmek için kullanılan ekipmanların başında Kesme Kutusu deneyi gelir. Kesme Kutusu deneyi iki rijit plaka arasına yerleştirilen numunenin üzerine normal gerilme uygulandıktan ve bu yük altında sıkışması (konsolidasyonu) tamamlandıktan sonra önceden belirlenmiş bir düzlem boyunca yanal olarak kesilmesi için gerekli maksimum kesme gerilmesinin bulunması şeklinde gerçekleştirilir. Mevcut kesme kutusu düzeneklerinde suyun numune içinden çıkmasına (drenaja) engel olmak imkânsız olduğundan bu deney yöntemi ile bulunan parametrelerin drenajlı olduğu kabul edilir. Bu sebepten dolayı kesme kutusunda kesme hızının numune içinde boşluk suyu basıncı oluşmasına müsaade etmeyecek bir hızda kesilmesi gerekmektedir. Dolayısı ile iri daneli zeminlerin yüksek permeabilitesi (geçirgenliği) nedeni ile kesme hızı yüksek iken, ince daneli zeminlerde düşük permeabiliteden dolayı kesme hızı oldukça yavaş olmaktadır. Literatürde kesme kutusu ile yapılan deneylerde kesme hızının tahmini için geliştirilmiş konsolidasyon hızına bağlı birtakım ampirik formülasyonlar mevcuttur. Bu durum kesme kutusu deneyine başlamadan önce numunenin konsolidasyon hızının tayinine yönelik, zaman ve işgücü kaybına yol açan, ön işlemlerin yapılmasını zorunlu hale getirmektedir. Bu çalışmanın amacı siltli numunelerin drenajlı ve drenajsız kayma direnci parametrelerinin kesme kutusu deney aleti ile ölçmeye yönelik olacaktır. Literatürde kabul gören kesme hızı yaklaşımlarının bir karşılaştırılması yapılacaktır. Anahtar kelimeler: Direkt Kesme Deneyi, kesme hızı, drenajlı şartlar, siltli zeminler

Shear strength parameters of soils can be divided as drainedand undrained conditions. Drained parameters are proper to be used for the conditions, where pore water can drain out of the soil easily, under external loading. There is no change in pore water pressure due to external loading. Drained parameters are valid for coarse grained soils and fine grained soils if the rate of the load is slow enough not to generate excess pore pressure in the system. On the other hand, undrained condition occurs when the pore water cannot drain out of the soil. The rate of the load is much quicker in undrained loading than the rate at which pore water can drain out.In undrained conditions, a large part of the load is carried by the pore water, as a result pore pressures increase. For long term stability analysis in fine grained soils, drained parameters can be used accepting the pore water can drain out of the soil. For dynamic conditions, if the rate of the loading is fast enough as in the earthquakes, even coarse grained soils can experience undrained loading. Direct shear test is one of the most commonly used laboratory tests to determine the shear strength of soils. In direct shear test, the test sample is placed in a rigid box which is divided horizontally into two halves. After the sample is consolidated by a constant vertical compressive force, a horizontal force is applied to the upper half of the box. The maximum shear stress can be obtained by plotting shear stress values versus horizontal displacements. The tests are run several times for various vertical stresses and shear strength parameters are determined by using related plots. It is not possible to prevent completely the drainage of the water out of the sample in available shear box test systems. To ensure the drained condition, the rate of the shearing should be selected as slow as not to allow the occurrence of excess pore water pressure. This results a faster rate for coarse grained soils and much slower rate for fine grained soils with low permeability. Some empirical correlations, which use consolidation characteristics of the soils, are available in the literature, regarding the rate of the shearing. Keywords: Direct shear test, shearing rate, drained condition, silty soil