Sentetik fiber ve çimento katkılı kumların mukavemet özellikleri

Tez kapsamında, bir zemin iyileştirme yöntemi olarak, kumlu zeminlerde fiber kullanımı araştırılmıştır. Fiber katkılı zeminlerin mukavemet parametrelerin bulunması ve gerilme şekil değiştirme ilişkilerinin incelenmesi için, İstanbul Teknik Üniversitesi, Hamdi Peynircioğlu Zemin Mekaniği ve Geoteknik laboratuvarlarında bir dizi laboratuvar deneyi yapılmıştır. Deneylerde, öncelikler kullanılacak malzemelerin fiziksel özellikleri tayin edilmiş, sonrasında kayma mukavemeti özellikleriyle ilgili mekanik deneylerden kesme kutusu ve serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Deneylerde kullanılan ana malzemeler kum, fiber ve çimentodan oluşmaktadır. Bu malzemeler İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı Malzemeleri laboratuvarlarından elde edilmiştir. Yapılan çalışmalarda iki farklı kum ve fiber tipi denenmiştir. İlk setlerde temiz silika kum ve cam fiber kullanılmış olup, ardından Akpınar kumu ve BASF firmasının ürünü olan Masterfiber 15 MF kodlu polypropylene fiber seçilmiştir. Sözü edilen malzemeler kullanılarak yapılan kesme kutusu deneylerinin ardından, Akpınar kumu ve PP fiberle hazırlanan karışımlar üzerinde serbest basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Serbest basınç deneyi numunelerine, fiber lifleri ve kum daneleri arasında aderans sağlanması bakımından çimento da eklenmiştir. Çalışmalarda CEM II tipindeki çimento kullanılmıştır. Kesme kutusu deneylerinde, numuneler, gevşek ve sıkı durumları temsil etmesi açısından, %20 ve %60 rölatif sıkılıkta hazırlanmıştır. Kullanılan fiber katkı, kuru kumun ağırlığına oranla karışımlara katılmıştır. Fiber oranı %0,25 - %1,00 arasında değişmektedir. Serbest basınç deneylerinde, kesme kutusu deney sonuçlarına göre belirlenen iki fiber oranının kullanımı tercih edilmiştir. Çimento oranı ise, literatürde mevcut bulunan çalışmaların ve uygulama projelerinin ışığında belirlenmiştir. Fiber oranı ağırlıkça %0.50 ve 1.00 iken, çimento oranları yine kuru kum ağırlığınca %5,00, 10,00 ve 15,00 olarak seçilmiştir. Tüm karışımların su/çimento oranı sabit tutulmuş ve yeterli işlenebilirlik, kum ve fiber yüzey alanının büyüklüğü düşünülerek %65 olarak belirlenmiştir. Numuneler, kalıptan çıkarıldıktan sonra, nemlendirilmiş ve oda sıcaklığında sabit nemde bekletilmiştir. Deneyler 7. Ve 28. günlerde gerçekleştirilmiştir. Tezin ilk bölümünde, fiber malzemelere ait genel bilgiler verilmiş, kullanım amaçları ve kullanım alanlarına değinilmiştir. İkinci bölümde, kısaca, sıkça kullanılan zemin iyileştirme yöntemlerinden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, literatür araştırması sırasında elde edilen bilgilere yer verilmiş, zeminlerin kayma gerilmeleri altındaki davranışı açıklanmış, tez konusuyla ilgili yapılan benzer çalışmalar incelenmiştir. Sonraki kısımda, deneylerde kullanılan malzemeler hakkında bilgi verilmiş ve yapılan deneysel sonuçlardan, uygulama aşamalarından ve karşılaşılan güçlüklerden bahsedilmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen veriler de bu bölümde paylaşılmıştır. Sonuç bölümünde, deney sonrası alınan veriler incelenmiş ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Fiber ve çimento katkının, bir zemin iyileştirme yöntemi olarak kullanımı irdelenmiş, sonraki çalışmalar ve olası uygulamalar için önermelerde bulunulmuştur. Çalışma içeriği incelendiğinde, yalnız fiber katkılı numuneler üzerinde gerçekleştirilen kesme kutusu sonuçları, fiber katkılı zeminlerin pik içsel sürtünme açısının yükseldiğini göstermektedir. Ayrıca, kırılma sonrası mukavemet düşüşü azalmaktadır. Gerilme – şekil değiştirme davranışı incelendiğinde, katkılı karışımların daha plastik bir davranış gösterdiği ve sünekliğin arttığı gözlemlenmiştir. Sözü edilen mukavemet özelliklerindeki gelişim, gevşek numunelerde daha fazla öne çıkmaktadır. Fakat, söz konusu değişimler, silika kum ve cam fiber kullanılarak hazırlanan karışımlarda, Akpınar kumu ve PP fiber içeren karışımlara göre daha az gözle görülür seviyelerdedir. Bu sebepten, çimento içeren karışımların hazırlanışında dane boyu daha büyük ve lif çapı daha küçük olan Akpınar kumu ile PP fiber kullanılmış olup, bu numuneler üzerinde serbest basınç deneyi yapılmıştır. Serbest basınç deneylerinden elde edilen sonuçlar incelendiğinde, fiber bulunmayan, yalnız çimento katkılı karışımların dayanımının, fiber ve çimentonun beraber kullanıldığı karışımların üzerinde kaldığı görülmektedir ve dayanım çimento dozajıyla artmaktadır. Bununla birlikte, fiber katkı önceden gevrek olarak nitelendirilebilen davranışı plastik davranışa dönüştürmüş ve numuneler, maksimum basınç değerinin ulaşılmasının ardından da dayanımlarının bir kısmını korumuşlardır.