Farklı dinamik gerilme genlikleri altında ince daneli zeminlerin gerilme şekil değiştirme ve mukavemet davranışları
Stress strain and strength behavior of fine grained soils under different dynamic stress amplitudes
- Tez No: 126631
- Danışmanlar: PROF. DR. ATİLLA M. ANSAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2002
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 202
Özet
FARKLI DİNAMİK GERİLME GENLİKLERİ ALTINDA İNCE DANELİ ZEMİNLERİN GERİLME ŞEKİL DEĞİŞTİRME VE MUKAVEMET DAVRANIŞLARI ÖZET Zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışı, zemin dinamiğinin önemli konularından birisini oluşturmaktadır. Depremler, dalga ve trafik yükleri gibi dinamik yükler sonucu meydana gelen hasarların büyüklüğü ve dağılımı, zeminlerin tekrarlı yükler karşısındaki davranışından etkilenmektedir. Zeminlerin bu tür yükler altındaki davranışları mekanik özellikleri tarafından kontrol edilmektedir. Farklı problemler için zemin davranışı farklı zemin özelliklerinden etkilenmektedir, örneğin, dalga yayılımı gibi problemlerde zemini küçük birim kayma genlikleri etkilerken, depremler gibi daha önemli problemlerde büyük birim kayma genlikleri zemini etkilemektedir. Zemin davranışının tekrarlı yükler altında modellenmesi, gerçek arazi koşullan göz önüne alınarak yapılmalıdır. Zeminler, İO^-IO“1 aralığında değişen tekrarlı birim kayma genliklerine maruz kalabilirler. İO^-IO”5 gibi çok küçük birim kayma genliklerinde, zeminlerde meydana gelen şekil değiştirmeler elastik seviyede olup tamamıyla geri dönebilir özelliktedir. İO^-IO“2 gibi orta büyüklükteki birim kayma genliklerinde zemin artık elastoplastik bir malzeme gibi davranmaktadır. Bu aralıkta oluşan şekil değiştirmeler kalıcı özelliktedir. Aynı zamanda zemin, tekrarlı yüklemeler sonucu oluşan enerjiyi de sönümlemeye başlamıştır. Daha büyük birim kayma genliklerinde ise zeminde akma meydana gelir. Suya doygun ince daneli zeminler depremler, dalga yükü, makine temel titreşimleri gibi drenaj sız koşullarda tekrarlı yüklere maruz kalabilmektedir. Zeminlerin bu tür yükler altındaki davranışı, dinamik gerilme şekil değiştirme özelliklerine bağlıdır. Bu özellikler, i) Maksimum dinamik kayma modülü Gmaks ii) Dinamik kayma modülü oram G/G maks ve tekrarlı birim kayma genliği, yarasındaki ilişki, iii) Sönüm oram D ve tekrarlı birim kayma genliği ya arasındaki ilişki, olarak tanımlanabilir. Bu özelliklere etkiyen faktörlerin bulunabilmesi amacıyla literatürde bir çok laboratuvar ve arazi deneyleri yapılmıştır. Bu çalışmalar, kullanılan deney sitemi ve birim kayma genliği aralığına göre iki gruba ayrılabilir. Birinci gruptaki araştırmalar, dinamik analizlerde temel parametrelerden biri olan, maksimum dinamik kayma xiimodülüyle ilgilidir. Bu çalışmalarda boşluk oranı, çevre basıncı, aşırı konsolidasyon oranı ve zaman etkileri incelenmiştir. Boşluk oram, efektif çevre basıncı ve diğer faktörler de göz önüne alınarak maksimum dinamik kayma modülü için çeşitli ampirik bağıntılar geliştirilmiştir. Temel olarak bağıntılar, Gmaks-AF(e)(a\T (1) formundadır. A ve n sabit sayılar olup, F(e) boşluk oranının bir fonksiyonu, Q'm efektif ortalama çevre gerilmesi olarak tanımlanmıştır. İkinci gruptaki çalışmalar kayma modülü ve sönüm oranının birim kayma genliği ile olan ilişkisi ve bunlara etkiyen çevre basıncı, boşluk oram, jeolojik yaş, aşın konsolidasyon oram, plastisite indisi, tekrarlı birim kayma genliği, frekans ve çevrim sayısı gibi faktörlere odaklanmıştır. Bu çalışmalar sonucu plastisite indisinin, suya doygun ince daneli zeminlerde davranışı etkileyen ana faktör olduğu görülmüştür. Plastisite indisi arttıkça kayma modülü oram artmakta ve sönüm oram azalmaktadır. Zeminin plastistesi arttıkça lineer davranış aralığı da artacaktır. Kil zeminlerle ilgili literatürde yeterli sayıda araştırma bulunmakla beraber, bu araştırmaların çoğunluğunu Kaolin ve Bentonit gibi ticari killer kullanılarak yapılan deneyler oluşturmaktadır. Bu nedenle arazide, doğal ortamda bulunan killerin dinamik özellikleri üzerinde daha fazla araştırma gereği vardır. Yukarıda sıralanan dinamik gerilme şekil değiştirme özelliklerinin doğru olarak ölçülebilmesi, zemin dinamiği problemleri çözümünde önemli bir yer tutmaktadır. Bu amaçla, her birinin sınır koşullan ve birbirlerine göre üstünlükleri farklı olan çeşitli laboratuvar deney sistemleri geliştirilmiştir. Çalışmada dinamik üç eksenli deney sistemi kullanılmıştır. Sistemde, numune üst başlığı üzerine yerleştirilmiş hassas deformasyon ölçerler de bulunmaktadır. Deney sırasında meydana gelebilecek mekanik sürtünmeleri ortadan kaldırmak için, yük hücresi üç eksenli hücrenin içine yerleştirilmiştir. Hassas deformasyon ölçerler, birbirine temas etmeyen, elektromanyetik bobinle kaplanmış iki metal diskten oluşmaktadır. Diskler arasındaki en ufak yer değiştirme elektrik akımı cinsinden okunabilmektedir. Bu hassas deformasyon ölçerler sayesinde, İO^-IO”5 seviyelerinde meydana gelen deformasyonlar ölçülebilmektedir. İnce daneli zeminler, büyük deformasyonlara da uğrayabildiği için ayrıca, hücre dışında, büyük deformasyonları ölçebilmek için deformasyon ölçerler bulunmaktadır. Deneyler Ceyhan, Silivri, Yalova, İzmit, İzmir ve Gölcük bölgelerinde yapılmış olan sondajlardan elde edilmiş örselenmemiş numuneler üzerinde yapılmıştır. Numunelerin su muhtevaları, kıvam limitleri ve konsolidasyon basınçlan derinliklere göre farklılıklar göstermektedir. Numunelerin plastisite indisi, PI=% 9-40, su muhtevası, w0=% 25-51 ve dane birim hacim ağırlığı Gs=2.68-2.71 arasında değişmektedir. Numunelerin büyük bir bölümü normal konsolide, bir bölümü ise hafif aşın konsolide (AKO=l.5-2) yüksek ve düşük plastisiteli kil-silt zeminlerden oluşmaktadır. Numuneler, 75 mm çapında tüplerle alınmış ve örselenmeyi en aza indirmek için tüpler kesilerek çıkarılmıştır. Numuneler, Japon Geoteknik Komitesi standartları JGS T 520-1990'na göre hazırlanmıştır. Numuneler 50 mm çapında ve 100 mm boyunda hazırlanıp, konsolidasyon basınçlan, numune hazırlama sırasındaki örselenmeleri en aza indirmek amacıyla, ön konsolidasyon basıncının %20 ile % 40 fazlası şeklinde seçilmiştir. Konsolidasyonun çabuk tamamlanması ve deney sırasında oluşacak boşluk suyu basınçlarının doğru olarak ölçülebilmesi için numunenin etrafına şerit drenaj kağıtlar yerleştirilmiştir. Numuneler izotropik X111koşullarda konsolide edilmiş olup, suya doygunluğun sağlanabilmesi için uygulanan ters basınç değerleri 200-300 kPa arasında değişmektedir. Deney öncesi numunelerin B değerleri % 98-100 aralığındadır. Deneyler 0.1 Hz frekansında gerçekleştirilmiştir. Numune sayısının kısıtlı olduğu durumlarda çok aşamalı yükleme yapılarak gerilme şekil değiştirme davranışlarını incelemek yararlı olabilir. Bu tür uygulamada, konsolide edilen bir numune, önceden belirlenmiş çevrim sayılarında küçük genliklerden başlayan tekrarlı gerilmeler uygulanır. Bu sırada numune de deformasyonlar oluşmaya başlar. Belirlenmiş çevrim sayısına ulaşıldığında genlik bir miktar daha arttırılarak deneye bu şekilde devam edilir. Bu koşullar altında yapılan deneyler sırasında, her beş çevrimden üçüncü çevrim, analizler ve gerilme şekil değiştirme davranışlarını elde etmek için kullanılmıştır. Yükleme ve drenaj koşullarına göre deneyler üç grupta ele alınabilir. Birinci grupta numuneler konsolide edilmiş ve drenaj sız koşullarda yukarıda anlatıldığı gibi, artan gerilme genliklerinde yüklenmişlerdir. Deneyler, önceden tanımlanmış birim kayma genliği ± % 2.5-3 değerlerine ulaşıldığında durdurulmuştur. Numunelerin incelenen gerilme şekil değiştirme davranışı, birim kayma genliğinin yaklaşık %10'Mo1 aralığındadır. Sonuçlar literatürdeki çalışmalarla uyum içindedir. Plastisite indisinin, ince daneli suya doygun zeminlerde davranışı etkileyen en önemli parametre olduğu görülmektedir. Bu noktadan hareketle, plastiste inidisi ile kayma modülü oranı arasında hiperbolik model kullanılarak bir korelasyon araştırılmış ve regresyon analizi sonucu normal konsolide zeminler için, ° 35'°? (2) Gmaks.% _ Xa. __ ~ +3474 \-0.99Qxp^\S.97.Prul) şeklinde bir ilişki tanımlanmıştır. Bağıntıda PI ve ya yüzde cinsinden kullanılmalıdır, önerilen bu bağıntı gerçek deney sonuçlarıyla tam uyum göstermektedir. Çeşitli araştırmalarda, zeminlerde meydana gelen sönümün viskoz yapıda olmayıp histeritik olduğu kabul edilmektedir. Enerjinin büyük kısmı, zeminin içsel sürtünmesinden meydan gelmekte ve bu da frekanslar farklı olsa bile sönüm değerini değiştirmemesine yol açmaktadır. Bir çok araştırmada da, sönümün birim kayma genliğine bağlı değiştiği görülmektedir. Deney sonuçlarından, birim kayma genliğine bağlı sönüm oram ve plastisite indisi arasında D=2L 05x 0.90* x{l. 1 7-exp{-12. 75x Q.99*1. ya)) (3) şeklinde bir bağıntı önerilmiştir. PI ve ya yüzde cinsindendir. (3) bağıntısı küçük ve orta büyüklükteki birim kayma genliklerinde deney sonuçlan ile uyum göstermekte, ancak % 0.2'den büyük birim kayma genliklerinde, %10-20 büyük değerler vermektedir. Bu noktanın açıklığa kavuşabilmesi için daha çok veriye ihtiyaç vardır. (1) bağıntısı kullanılarak maksimum dinamik kayma modülü için C^=2.35^^(0087 (4) ilişkisi önerilmiştir. (4) bağıntısı, diğer araştırmacıların önerdiği bağıntılarla da karşılaştırılmıştır. xivBirim kayma genliğim ile beraber rijitlikte meydana gelen azalma, efektif çevre basıncı, çevrim sayısı gibi bir çok faktöre bağlıdır. Eğer, efektif çevre basıncı küçük bir değerde ise kayma modülü oram G/Gmaks ve sönüm oram D düşük seviyedeki birim kayma genliklerinde değişmeye başlayacaktır. Suya doygun ince daneli zeminlerde yapılan çalışmalarda, zeminde yumuşamanın meydana gelmediği alt bir sınır olduğu ve bu sınırın ancak boşluk suyu basınçlarındaki artış sonucu aşıldığı görülmüştür. Boşluk suyu basınçlarının oluşmadığı bölgede, ince daneli zeminlerde, çevrim sayısı artsa bile deformasyon meydana gelmemektedir. İkinci grup deneylerde, adı geçen elastik ve elasto-plastik sınırın daha iyi anlaşılabilmesi amacıyla numuneler, düzensiz tekrarlı gerilme genliklerinde yüklenmişlerdir. Numuneler, önceki deneylerde olduğu gibi konsolide edilmiş ve daha sonra küçük gerilme genliklerinden başlayan ve her beş çevrimde arttırılan tekrarlı gerilme genlikleri uygulanmıştır. Boşluk suyu basınçları oluşmaya başladığı anda gerilme seviyesi başlangıç değerine düşürülmüş ve numune tekrar yüklenmeye başlamıştır. Bu tür gerilme genliklerinin arttırılıp azaltılması sonucu, elastik sınırın kayma modülü oranının %90 değerine denk düştüğü görülmektedir. Bu noktadan önce gerilme genliği azaltıldığında, kayma modülü değeri de başlangıç seviyesine dönmekte, ancak bu noktadan sonra gerçekleştirilen gerilme boşaltmalarında, numunede kalıcı deformasyonlar meydana geldiği görülmektedir. Bu sınırın altında zemin mikro yapısı ve mühendislik özellikleri pratik olarak bir değişime uğramamaktadır. Plastisite indisi ve elastik birim kayma genliği arasında 0.035 Y = (5),e l + 11.92.exp(-0.1i>/) şeklinde bir korelasyon önerilmektedir. PI ve ye değerleri yüzde cinsindedir. Benzer şekilde gerilme şekil değiştirme eğrilerinden plastik sınır için, v = l Ö5T (6) p 1.39-0.33P7 şeklinde bir korelasyon önerilmektedir. Yapılan dinamik üç eksenli deney sonuçlarından plastisite indisinin normal konsolide zeminlerde davranışı kontrol eden ana faktör olduğu sonucuna varılmıştır. Plastisite indisi laboratuvarda kolayca bulunan bir parametre olduğundan (2), (3), (4), (5) ve (6) numaralı bağıntıların, sismik davranış analizlerinde pratik amaçlar için kullanılabileceği düşünülmektedir. SPT deney sonuçlan kullanılarak arazi koşullan ile bir korelasyon, (Gmaks)arazi=2.67K(Gmaks)lab (0,95) şeklinde önerilmektedir. (Gmaks)arazi 10“M0”5 seviyelerinde ölçülen arazi maksimum dinamik kayma modülü değeridir. Üçüncü grup deneylerde, numunelerin dinamik mukavemet parametrelerini araştırmak amacıyla, bir önceki grupta elde edilen gerilme şekil değiştirme ilişkileri kullanılmış ve ek olarak sabit gerilme genliklerinde drenaj sız deneyler yapılmıştır. İlk bölümlerde anlatılan deneyler sonucu ±%2.5 deformasyon seviyesindeki tekrarlı gerilme oranı hesaplanmış ve boşluk oram, plastisite indisi ve kaba dane oranı gibi faktörlerin etkileri incelenmiştir. XV
Özet (Çeviri)
STRESS STRAIN AND STRENGTH BEHAVIOR OF FINE GRAINED SOILS UNDER DIFFERENT DYNAMIC STRESS AMPLITUDES SUMMARY Behavior of soils under cyclic loads is one of the important issues in soil dynamics. The nature and the distribution of the damage caused by earthquakes, sea waves and traffic loads is strongly influenced by the response of soils to cyclic loading. This response is controlled mostly by mechanical properties of the soil. Different soil properties influence the behavior of soils for different problems. For wave propagation problems, only low levels of strain are induced in the important soil problems. For other important problems such as earthquakes, large strains are induced in the soil layers. Soil behavior under cyclic or random loading conditions must be assesed in order to model the actual field conditions under consideration. Soils are subjected to different amplitudes of shear strain ranging in the order of İO^-IO“1. In the infinitesmal strain ranges below the order of 10, the deformations exhibited by most soils are purely elastic and recoverable. Over the intermediate ranges of strain from 10”4 to 10"2, the behavior of soils is elasto-plastic and produces irrecoverable permanent deformation. At the same time, energy dissipation occurs during cycles of load application. In the range of larger strains exceeding a few percent failure occurs in soils. Saturated, fine-grained soil deposits can be subjected to cyclic loads under undrained conditions such as earthquakes, waves, machine vibrations. Dynamic response of the soil under such loads depends to cyclic stress-strain characteristics of the soil in shear. These characteristics can be described as, i) The value of the shear modulus at small strains, Gmax ii) The relation between shear modulus ratio, G/Gmax and the cyclic shear strain amplitude iii) The relation between damping ratio, D and the cyclic shear strain amplitude Many laboratory and field studies have been carried out in order to evaluate the influencing factors on these characteristics. These studies can be divided into two groups according to strain level measured and the testing apparatus used for pursuit of their purposes. The researches in the first group that include works related to the small strain modulus, Gmax, which is one of the basic parameters for dynamic analyses. These studies were focused on the effects of void ratio, confining pressure, overconsolidation ratio, and time duration on the modulus. In addition, studies were made to establish empirical formulas to calculate the small strain modulus from the void ratio, effective confining stress and other factors. Basically, the formulas have the identical form as, xviGmarAF(e)(
Benzer Tezler
- Örselenmiş killi zeminlerin statik mukavemetine deprem yüklerinin etkisi
Effect of earthquake loading to the static strength on undisturbed clayey soils
RECEP ÖZAY
Doktora
Türkçe
2002
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYFER ERKEN
- Dinamik özellikleri belirlenen sıkıştırılmış killi kalın bir zemin tabakasının tek boyutlu sismik yer tepki analizleri
1D ground response analyses of compacted soil with dynamic properties measured in laboratory
CEREN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP İYİSAN
- Burulmalı kesme deney aleti ile zeminlerin dinamik davranış özelliklerinin belirlenmesi
The eveluation of cyclic behavior of soil with torsional shear test
SELİM ALTUN
Doktora
Türkçe
2003
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA ANSAL
- Siltli ve killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışı
The cyclic behavior of silty and clayey soils under cyclic loads
MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiZemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYFER ERKEN
- Effects of various parameters on the static and dynamic characteristics in adhesively bonded joints
Başlık çevirisi yok
ALİ KAYA
