Çimento ve fiber katkılı kumların çekmede dayanımı

Temiz kum, çekme mukavemeti olmayan ve düşük kesme mukavemetine sahip bir malzeme olarak kabul edilir. Zeminlerin mühendislik özelliklerini geliştirmek amacıyla diğer katkı malzemeleri ile birleştirerek istenilen özellikler elde edilebilir. Dolayısıyla zeminlerin katkı malzemeleri ile özelliklerinin iyileştirilmesi, zemin iyileştirme kavramı içinde genel olarak gelişen bir yaklaşımı oluşturmaktadır. Zeminin kayma dayanımı, pik kayma mukavemeti, kalıcı kayma mukavemeti, sıkışabilirlik, kuru birim hacim ağırlığı ve hidrolik iletkenlik gibi özellikleri, katkı malzemeleri ile güçlendirilebilir. Zemin güçlendirmesi için zemin stabilitesi geliştirilmeli, taşıma kapasitesi arttırılmalı, oturma potansiyeli ve yanal deformasyonları azaltılmalıdır. Zemine doğal veya sentetik lif eklemek, zemin özelliklerini güçlendirme yöntemlerinden birisidir. Rasgele dağıtılan liflerin çimento, kireç ve değişik bağlayıcı kimyasal katkılarla kombinasyonu ile elde edilen farklı zemin güçlendirme yöntemleri vardır. Zemin özelliklerini iyileştirilme ve güçlendirme uygulamaları yaklaşık bin yıl boyunca sürdürülmektedir. Dünyada zemin stabilizasyonundan sonra inşa edilen çok sayıda tarihi bina vardır. Çimento, en sık ve başarılı şekilde kullanılan zemin stabilizasyon malzemesidir. Zemine çimento ilavesi, inşaat mühendisliği alanında uygulanmakta olan kimyasal stabilizasyon yöntemlerinden en yaygın olanıdır. Zemine eklenebilecek en uygun çimento katkısı aralığı, zemin kuru ağırlığın yüzde 3 ila 10 arasıdır. Çimento katkılı zeminlerin dayanımının, kür süresi ile arttığı bir gerçektir. 28 günlük kür süresinin ardından çimento katkısı ile kazanılan basınç mukavemeti değerleri, katkısız zemin numunesinin basınç mukavemetinin yaklaşık % 90'ı kadardır. Fiber donatılı kum zemin, kumun mühendislik özelliklerinin güçlendirilmesi amacıyla kuma rastgele eklenmiş lif katkısını ifade eder. Kumun kayma dayanımı artar ve kuma sünek davranış kazandırır. Süneklik davranışı, zemine göre yüksek çekme mukavemetine sahip lifi zemin yapısına yerleştirerek elde edilir. Kumlu zeminlere fiber eklenmesi, numuneye uygulanan yük dağılımını değiştirir. Fiber, uygulanan yüke karşı nispeten daha geniş bir kütleyi harekete geçirerek ve malzemenin mekanik tepkisini arttırarak numuneye uygulanan yükleri kavrar ve yeniden dağıtır. Bu çalışmada, fiberin etkisi, iki farklı kum zemin numunesi, Portland çimentosu ve fiber kullanılarak değerlendirildi. Fiber ile takviye edilmiş çimento katkılı zemin numunelerinin gerilme şekil değiştirme ve tekrarlı yükleme altında şekil değiştirme davranışını göstermek için dört farklı test yapılmıştır. Numuneler optimum su içeriği ile hazırlanmış ve kuru birim hacim ağırlığı Modifiye Proctor testinden elde edilen kuru birim hacim ağırlığına yakındır. Bu çalışmada kullanılan testler serbest basınç testi, konsolidasyonsuz drenajsız üç eksenli basınç testi, eğilmede çekme testi ve quasi-statik testtir. Kısmen doymuş numuneler kullanan statik testlerin sonuçları, suyun pik dayanımı azalttığını gösterir. Bununla birlikte, fiber, çimentolu örneğin pik dayanımını ve kalıcı dayanımını bir dereceye kadar arttırmıştır. Güçlendirilmiş ve güçlendirilmemiş kumlardaki azami pik kayma dayanımı ve kalıcı kayma dayanımı, 28 gün boyunca kür edilen numunelere aittir. Ek olarak, fiber üç statik testte pik mukavemetini arttırmış ve katkılı numunenin pik sonrası mukavemet kaybını azaltmıştır. Boyut etkisini anlamak için numuneyi hazırlarken farklı hacimlerde iki farklı kalıp kullanıldı. Boyut etkisi, serbest basınç testi ile değerlendirildi. Deneyler, daha büyük hacimdeki numunenin daha yüksek serbest basınç mukavemetine sahip olduğunu göstermektedir, ancak %3 eksenel şekil değiştirme derecesinden sonra gerçekleşen yenilme sonrasında her iki numunenin kalıcı mukavemeti aynıdır. Tüm testlerde, fiber katkısı, numunenin davranışını gevrekten sünek hale değiştirmiştir. Fibersiz çimentolu zemin aşırı kırılgan davranış sergiler ve yenilme mekanizması görünür haldeki çekme çatlaklarının oluşmasıyla tetiklenir. Yükleme sırasında çekme çatlakları ortaya çıkmaya başladığında, lifler "köprü" görevi yaparak numuneyi etkin bir şekilde tutar ve numunelerin tamamen dağılmasını önler. Son grup deneyler, quasi-statik yulemeli deneylerdir. Tekrarli deneyler, gerilme kontrollü bir şekilde yapilmiştür. Tekrarli yükleme pik gerilmenin belli oranlarinin sagliyacak şekilde 500, 1000 ve 1500 kPa'lık tekrarli gerilme altında gerçekleştirilmiştir. Tekrarli deneyler sonuçları, 500 ve 1000 kPa gerilme altında, fibersiz ve %0.1 fiber oranı olan numunelerin aynı şekil değiştirme seviyesine sahip olduğunu, ancak % 0.2 fiber oranı olan numunelerde daha yüksek eksenel şekil değiştirme seviyesine ulaşıldığını göstermektedir. Bununla birlikte, 1500 kpa'lık tekrarli deneylerde, fibersiz numune en yüksek çevrim sayısına sahip olanı, ikinci olarak fiber oranı %0.1 olan numune ve en düşük çevrim sayısına sahip olanı % 0.2 fiber oranı olan numune olmuştur.