Doygun olmayan ince daneli zeminlerde kayma direncinin belirlenmesi = Determination of shear strength in unsaturated fine-grained soils

Abstract

Boşluklarının tamamının su ile dolu olmayan zeminler için doygun olmayan zemin ismi kullanılmaktadır. Doygun olmayan zeminler için deney yapmak uzun zamanlar almakta ve bu zeminler için geoteknik problemlerinin çözümü daha zor olmaktadır. Bu çalışmada Adapazarı formasyonuna ait zeminlerin doygun olmayan durumdaki mekanik davranışları incelenmiştir. Çalışmada 4 farklı içeriğe sahip numune kullanılmıştır. Öncelikle, numunelere ait fiziksel özellikler belirlenerek zemin sınıfları tespit edilmiştir. Yapılan sınıflandırma deneyleri sonucunda en çok kil içeriğine (%22) ve en az kum içeriğine (%1) sahip numuneye N1, sırası ile kil içeriği azalan numunelere ise N2, N3 ve N4 isimleri verilmiştir. Geleneksel üç eksenli hücre kesme deney cihazı modifiye edilerek doygun olmayan deney yöntemine uygun hale getirilmiştir. Mekanik davranışların incelenebilmesi için Konsolidasyonlu-Drenajlı (CD) üç eksenli hücre kesme deney yöntemi tercih edilmiştir. Yapılan tüm üç eksenli deneylerde az sayıdaki numuneden daha fazla veri elde edebilmek için numuneler çok aşamalı olarak kesilmiştir. Çok aşamalı deney yönteminde 3 farklı efektif gerilmede veya net normal gerilmede tek bir deney numunesi üzerinde deney yapılmaktadır. Çalışmada filtre kağıdı ve basınç plakası yöntemleri kullanılarak emme ölçümleri gerçekleştirilmiş ve zemin-su karakteristik eğrileri (SWCC) oluşturulmuştur. Çizilen SWC eğrilerinden üç eksenli hücre kesme deneyinde kullanılan parametre olan kılcal gerilme değerleri belirlenmiştir. 1 seri (4 adet) doygun zemin, 5 seri (20 adet) doygun olmayan zeminler için Konsolidasyonlu-Drenajlı üç eksenli hücre kesme deneyleri yapılmıştır. Doygun olmayan zemin sonuçları için, kılcal gerilme değerinin artması ile N-1, N-2 ve N-3 numaralı numunelere ait kırılma zarflarının çizimi doğrusal elde edilmiştir. N-4 numaralı numunenin kırılma zarfı ise SWC eğrisi sonucu elde edilen hava giriş değerinden sonra doğrusal devam etmemekte ve non-linear olarak çizilmektedir. Numune içerisinde bulunan kum miktarının artması ile numunelerden elde edilen kılcal gerilmenin etkisi ile ortaya çıkan ( bb) açının arttığı sonucuna ulaşılmıştır. Yöntem 1 (1. Seri ve 2. Seri) ve Yöntem 2 (3. , 4. Ve 5. Seri deneyler) ile yapılan tüm deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar ile numunelerin kayma yüzeyleri 3 boyutlu olarak çizilmiş ve kırılma zarfları bu 3 boyutlu yüzeylerden de elde edilmiştir. Hem yöntem 1 ile hem de yöntem 2 ile yapılan deneysel çalışmalar sonucunda en küçük kohezyon değeri N-1 numaralı numuneden elde edilmiştir. En yüksek kohezyon değeri ise N-4 numaralı numuneden elde edilmiştir.

Unsaturated soil is used for soils where the voids are not completely filled with water. Experimenting for unsaturated soils takes a long time and geotechnical problems for these soils are more difficult to solve. In this study, the unsaturated mechanical behavior of the soils of the Adapazarı formation was investigated. Samples with four different contents were used in the study. First of all, soil classes were determined by determining the physical properties of the samples. The conventional triaxial cell shear test device was modified and made suitable for the unsaturated test method. Consolidated-Drained (CD) triaxial cell shear test method was preferred in order to examine the mechanical behavior. In all triaxial cell shearing experiments, samples were shearing in multistages in order to obtain more data from a small number of samples. In the study, suction measurements were performed using filter paper and pressure plate methods and soil-water characteristic curves (SWCC) were created. Matric suction values, which are the parameters used in the triaxial cell shear test, were determined from the drawn SWC curves. Consolidated-Drained triaxial cell shear tests were carried out for 1 series (4 samples) of saturated soils and 5 series (20 samples) for unsaturated soils. For the unsaturated soil results, the plot of the failure envelopes of the N-1, N-2 and N-3 samples was obtained linear with the increase of capillary suction value. The failure envelope of the N-4 sample, on the other hand, does not continue linearly after the air entry value obtained as a result of the SWC curve and is drawn non-linearly. It was concluded that the b angle obtained from the samples increased with the increase in the amount of sand in the sample. With the results obtained from all experimental studies with Method 1 and Method 2, the slip surfaces of the samples were drawn in 3D and the failure envelopes were also obtained from these 3D surfaces. As a result of the experimental studies carried out with both method 1 and method 2, the smallest cohesion value was obtained from sample N-1. The highest cohesion value was obtained from sample N-4.