Üç boyutlu konsolidasyon

Deneysel çalışmada 10 farklı plastisite indisli yeniden konsolide edilerek hazırlanan numunelerin yanı sıra araziden tüp yöntemi ile alınan örselenmemiş numuneler kullanılarak ta yeterli sayılarda bir ve üç boyutlu konsolidasyon deneyleri yapılmıştır. Üç boyutlu konsolidasyon deney aleti standart deney aletinin geliştirilmiş modeli olarak tanımlanabilir. Üç boyutlu konsolidasyon deney sonuçlarını standart deney aletinden temin edilen sonuçlar ile karşılaştırabilmek için üç boyutlu deneylerde merkez bölge çapı 50 mm olarak kullanılmıştır. Üç boyutlu konsolidasyon deneylerinde 120 mm çapında, 20 mm yüksekliğinde numune ilk olarak bir birine dik iki yükleme kolu yardımı ile 100 kPa eksenel gerilme değerinde 24 saat konsolide edilmektedir. Moment kollarından biri 50 mm çapındaki merkez bölgeye gerilme uygulanmasına izin verirken diğeri, merkez bölge etrafındaki çevre bölgeye gerilme uygulanmasına olanak sağlamaktadır. Üç boyutlu deneylerde 50 mm çapındaki merkez bölge etrafında numunenin yanal yönde şekil değiştirmesini engelleyen ring bulunmamaktadır ve buna bağımlı olarak üç boyutlu isimlendirilmektedir. Ancak 100 kPa eksenel gerilme etkisinde olan numune bulunmaktadır. Daha sonra standart gerilme artımı ödometre deneylerine benzer biçimde merkez bölgeye uygulanmaktadır. Çalışmada yeterli sayılarda yapılan bir ve üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarından 200 kPa~300 kPa gerilme değerinden daha büyük gerilme değerlerinde üç boyutlu oturma miktarlarının bir boyutlu oturma miktarlarından daha büyük oldukları görülmüştür. Üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarına bağımlı çizilen oturma eğrilerinin eğimlerinin 150 kPa~200 kPa gerilme değerinden büyük gerilme değerlerinde bir boyutlu oturma eğrisi eğimlerinden daha büyük oldukları bulunmuştur. Deneysel çalışmada yapılan bütün üç boyutlu konsolidasyon deneylerinde merkez bölgeye ilave gerilme artımları uygulanması aşamasında, çevre bölgede küçük miktarlarda oturmalar görülmekte, merkez bölgeye uygulanan gerilmelerin geri alınması aşamasında ise numunenin grubuna bağımlı olarak çevre oturma miktarları ya sabit kalmakta ya da küçük miktarlarda kabarma veya oturmalar görülmüştür. Bir boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarında genel olarak 200 kPa, üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarında ise 300 kPa basınç değerinden sonra oturma eğrileri yarı logaritmik eksenlerde doğrudur. Oturma eğrilerinin doğru olan bölümlerinde her iki grup deney sonucunda sıkışma modülleri hesaplanıp, karşılaştırılmıştır. 10 farklı numunenin kullanıldığı deneysel çalışma sonucuna bağımlı olarak üç boyutlu sıkışma modülünün, ödometre sıkışma modülünün 0,5~0,75 katı dolaylarında olduğu bulunmuştur. Bilindiği üzere yeniden konsolide edilerek hazırlanan numuneler arazideki zemin tabakalarının özelliklerini tam olarak bulundurmamaktadırlar. Geçen zaman süresinde oluşan daneler arası bağ kuvvetleri ve bağ kuvvetlerine bağımlı oluşan zemin yapı ve dokusu yeniden konsolide edilerek hazırlanan numunelerde görülmemektedir. Laboratuarda yeniden konsolide edildikten hemen sonra deney yapımında kullanılmaktadırlar. Oysa arazide binlerce yıl içerisinde zemin tabakaları oluşmaktadır. Benzeri nedenlerden dolayı arazideki zeminin oturma davranışı ile yeniden konsolide edilerek hazırlanan zeminin oturma davranışı farklı olacaktır. Açıklamaya bağımlı olarak örselenmemiş numuneler kullanılarak yapılan bir boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçları aynı numunelerin yeniden konsolide edilerek hazırlanan örnekleri ile yapılan bir boyutlu deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Oturma-logaritma düşey gerilme eksenlerinde çizilen oturma eğrileri karşılaştırıldığında örselenmemiş numunelerin oturma eğrilerinin diğerlerinin sağ tarafında bulundukları görülmüştür. Yeniden hazırlanan numunelerin sıkışma indislerinin, örselenmemiş numunelerin sıkışma indislerinden daha büyük oldukları gözlenmiştir. Ayrıca yeniden konsolide edilerek hazırlanan numunenin kabarma indisinin, örselenmemiş numunenin kabarma indisine oranı kabarma hassaslığı olarak tanımlanmaktadır. Kabarma hassaslığı arazideki zeminin daneleri arasındaki bağ kuvvetleri hakkında önemli bilgi vermektedir. İlgili oran bu çalışmada her iki deney sonucunda hesaplanmış ve her iki numune içinde 0,5 den büyük bulunmuştur. Ön konsolidasyon basıncının gerçek değerine yakın belirlenebilmesi, oturma miktarlarının arazi değerlerine daha uygun hesaplanabilmesinde oldukça önemlidir. Ön konsolidasyon basıncını; numunenin örselenmesi, gerilme artım oranı, uygulanan gerilmelerin bulunma süresi, numune alma yöntemleri, konsolidasyon deney yöntemleri ve ön konsolidasyon basıncını belirlemekte kullanılan hesap yöntemlerinin etkilediği bilinmektedir. Numunede örselenme miktarı arttıkça Casagrande yöntemi ile ön konsolidasyon basıncının belirlenebilmesi kolay değildir. Böyle durumlarda deney sonuçlarının Ln(1+e)- logaritma düşey gerilme eksenlerinde çizilmesi önerilmektedir. Konsolidasyon deney sonuçları Ln(1+e)-logaritma düşey gerilme eksenlerinde çizildiğinde oturma eğrileri iki doğrudur. İki doğrunun kesim noktası ön konsolidasyon basıncı olarak tanımlanmaktadır. Ancak yöntem oturma eğrisinin iyileştirilmesine dolayısıyla ön konsolidasyon basıncının düzeltilmesine olanak sağlamamaktadır. Deneysel çalışmada da gerek standart deney aleti gerekse üç boyutlu deney aleti kullanılarak yapılan bir ve üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarında Casagrande ve Ln(1+e)-logaritma düşey gerilme yöntemleri ile ön konsolidasyon basınçları hesaplanmıştır. 10 farklı numunenin kullanıldığı bir boyutlu deney sonuçlarında Ln(1+e)-logaritma düşey gerilme yöntemine göre ön konsolidasyon basınçları genel olarak 125 kPa~150 kPa olarak bulunurken aynı deney grubunda Casagrande yöntemine göre 130 kPa~180 kPa olarak bulunmuştur. Üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarında ise Casagrande yöntemi ile ön konsolidasyon basınçları 160 kPa~200 kPa olarak bulunmuştur. Ön konsolidasyon basıncının belirlenmesinde kullanılan diğer bir yöntem deney sonuçlarının 1/mv- logaritma düşey gerilme eksenlerinde çizilmesidir. Sıkışma modülü-logaritma düşey gerilme eksenlerinde çizilen grafikte en küçük modül değerine karşılık gelen eksenel gerilme ön konsolidasyon basıncı olarak tanımlanmaktadır. Standart deney aleti kullanılarak yapılan bir boyutlu deney sonuçlarında ön konsolidasyon basıncı konu yönteme dayalı 125 kPa~180 kPa olarak bulunurken üç boyutlu deney aleti kullanılarak yapılan aynı grup deney sonuçlarında 160 kPa~200 kPa olarak bulunmuştur. Üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçlarında ise 200 kPa~280 kPa olarak Casagrande ve Ln(1+e)-logaritma düşey gerilme yöntemlerinden bulunan değerlerinden daha büyük değerler gözlenmiştir. Örselenmemiş numuneler ile yapılan ödometre deneyi sonuçlarında da ön konsolidasyon basınçları her üç yöntem ile belirlenmiştir. Temin edilen değerler aynı numunelerin yeniden hazırlanan örneklerinden bulunan değerleri ile karşılaştırılmıştır. Üç yöntem ile örselenmemiş numunelerden bulunan ön konsolidasyon basınçlarının yeniden hazırlanan numunelerden belirlenen değerlerinden daha büyük oldukları görülmüştür. Ayrıca örselenmemiş numunelerin oturma eğrilerine Schmertmann düzeltmesi uygulanarak arazi oturma eğrisi eğimleri bulunmuştur. Arazi oturma eğrisi eğimleri laboratuar eğrisi eğimleri ile karşılaştırılmış ve laboratuar oturma eğrisi eğimlerinden oldukça büyük oldukları görülmüştür. Literatürde gerilme ekseninin logaritmik çiziminin uygun olmadığı pek çok çalışmanın konusudur. İlgili yayınlarda deney sonuçlarının sıkışma modülüne karşılık düşey gerilme eksenlerinde çizilmesi önerilmektedir. Sıkışma modülü-düşey gerilme eksenlerinde deney sonuçları çizildiğinde ön konsolidasyon basıncı gerilme aralığı olarak tanımlanmaktadır. Burada da hem bir hem de üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçları konu eksenlerde çizilerek ön konsolidasyon basıncı gerilme aralıkları belirlenmiştir. Her grup deney sonucunda üç farklı yöntem ile belirlenen ön konsolidasyon basınçlarının tanımlanan aralıkta bulundukları görülmüştür. Dolayısıyla yapılan açıklamalara bağımlı olarak, ön konsolidasyon basıncı deneylerde kullanılan numunelerin tiplerine, deney yöntemlerine ve hesaplama yöntemlerine bağımlıdır. Zeminlerin arazideki davranışlarının tahmin edilebilmesinde nümerik çözüm yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çözüm yöntemlerinden iyi sonuçların temin edilebilmesi, zemin parametrelerinin güvenilir biçimde laboratuar deneylerinden belirlenerek, çözüm yöntemlerinde kullanılmasına bağımlıdır. Çalışmada da likit limit durumunda numuneler suya doygun kabul edilerek likit limitteki boşluk oranı ile eksenel gerilme 100 kPa iken hesaplanan boşluk oranı arasında bağıntının varlığı araştırılmıştır. Ayrıca likit limitteki boşluk oranı ile sıkışma indisi, plastisite indisi ile sıkışma indisi arasında da olası bağıntılar araştırılmıştır. İlave olarak hem bir hem de üç boyutlu deney sonuçlarında zeminlerin likit limitleri ile sıkışma indisleri arasında da korelasyonların bulunup bulunmadığı araştırılmıştır. Bilindiği üzere yarı logaritmik eksenlerde oturma eğrileri genel olarak ön konsolidasyon basıncı geçildikten sonra doğrudur. Her iki deney grubunda oturma eğrilerinin doğru olan bölümlerinde sıkışma modülleri hesaplanarak, sıkışma modülleri ile plastisite indisleri arasında da olası bağıntıların varlığı incelenmiştir. Üç boyutlu konsolidasyon deneyi sonuçları ile ilgili bağıntılarda boşluk oranı yerine oturma miktarları kullanılmıştır. Her iki grup deney sonucu ile araştırılan korelâsyonlarda sıkışma modülü-plastisite indisi dışında lineer bağıntılar bulunmuştur. Bir boyutlu deney sonuçlarından gözlenen bağıntıların, üç boyutlu deney sonuçlarından temin edilenlerden daha iyi oldukları, regresyon katsayılarının 0,97 dolaylarında bulunması dolayısıyla söylenebilir. Ayrıca deney başı boşluk oranları likit limitteki boşluk oranları ile normalize edilmiştir. Likit limitteki boşluk oranı ile normalize edilen deney başı boşluk oranları ile ön konsolidasyon basınçları arasında da olası bağıntıların varlığı araştırılmıştır.