Siltli ve killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışı

The cyclic behavior of silty and clayey soils under cyclic loads

Tez No: 154689
Yazar: MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
Danışmanlar: DOÇ. DR. AYFER ERKEN
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2004
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 338

Özet

Yurdumuzun geçirdiği en büyük deprem felaketlerinden biri olan Kocaeli (1999) depreminin zeminde neden olduğu taşıma gücü kayıpları ve sıvılaşma nedeniyle önemli yapısal hasarlar ortaya çıkmış ve büyük ölçüde can ve mal kayıpları meydana gelmiştir. Dolayısıyla tarihte böyle büyük depremler geçirmiş veya geçirme ihtimali olan bölgelerdeki, özellikle temel altı zeminlerinin tekrarlı yükler altındaki davranış özelliklerinin bilinmesi gerekir. Bu yüzden zemin tabakalarının deprem yükleri altındaki gerilme-şekil değiştirme ilişkileri ve dinamik mukavemet özellikleri farklı konsolidasyon ve gerilme koşulları altında yapılacak dinamik ve statik laboratuvar deneyleriyle belirlenmelidir. Tekrarlı yükler altında zeminlerin davranışı araştırılırken arazideki mevcut zemin koşullarının aynen laboratuvarda modellenmesi alışılagelmiştir. Bu açıdan laboratuvar ortamında, doğadaki zemin tabakalarının durumunu en ideal biçimde modellemek üzere farklı numune hazırlama yöntemleri kullanılmaktadır. Bununla birlikte doğadaki mevcut zemin tabakalarının danesel ve boşluklu iç yapısının temsili olarak oluşturulması oldukça zordur. Bu nedenle laboratuvar çalışmalarında genellikle örselenmiş zeminlerden yerinde hazırlanan numunelerle, araziden sondajlarla alman örselenmemiş zemin numunelerinde farklı konsolidasyon ve yükleme koşullarında deneyler yapılarak, sonuçlar karşılaştırmalı olarak yorumlanır. Zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışları, gerilme şekil değiştirme ve mukavemet özelliklerinin tayinine bağlıdır. Tekrarlı yükleme altındaki gerilme şekil değiştirme özelliklerinin belirlenmesinde birim şekil değiştirmelere bağlı dinamik kayma modülü ve sönüm oranının, mukavemet özellikleri için de, tekrarlı kayma gerilmesi oranı ve çevrim sayısının bilinmesi gereklidir. Bu çalışmada değişik plastisitelerdeki sütü ve killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışı, dinamik burulmalı kesme deney aletinde, farklı koşullarda yapılan dinamik ve statik deneylerle araştırılmıştır. Dinamik deneyler gerilme kontrollü, statik deneyler ise deformasyon kontrollü olarak gerçekleştirilmiştir. XXIVDeneyler, JICA projesi kapsamında İstanbul Teknik Üniversitesi Zemin Mekaniği Laboratuvarına getirilen dinamik burulmak kesme deney aletiyle gerçekleştirilmiştir. Deney sistemi, düşey eksenel kuvvet Fz, burulma momenti T, iç hücre basıncı Pj ve dış hücre basıncı Po dış kuvvetlerinin otomatik olarak ölçülüp kaydedilmesinin yanı sıra; düşey eksenel yer değiştirme AH, burulma açısı A0, iç hücre hacim değişimi AVj ve numune hacim değişimi AVs'nin belirlenmesine olanak tanır. Burulma momenti istenilen değer ve hızda tekrarlı olarak veya bir doğrultuda uygulanmaktadır. Düşey yük ve ters basınç ise hem dışarıdan elle hem de otomatik olarak kontrol edilebilmektedir. Bu deney aleti ile içi boş, silindirik numuneye drenaj lı veya drenaj sız şartlarda, izotropik ve anizotropik üç eksenli gerilme koşullarında, 0.01-10.00 Hz yükleme frekansı aralığında yük uygulanarak, zeminlerin gerilme-şekil değiştirme ile kayma mukavemeti özellikleri belirlenmektedir. Deneylerde içi boş silindirik zemin numuneleri kullanılmıştır. Laboratuarda kuru yağmurlama yöntemiyle hazırlanan numunelerin iç yarıçapı rj= 3.0 cm, dış yarıçapı ra= 5.0 cm ve yüksekliği yaklaşık Hj=20.0 cm dir. Örselenmemiş numunelerin ise iç yarıçapı rf= 1.5 cm, dış yarıçapı ra= 3.5 cm ve yüksekliği yaklaşık Hj=14.0 cm dir. Numuneyi içten ve dıştan çevreleyen lastik membranların kalınlığı 0.3 mm dir. Numunelerin doygunluğa ulaşmasını sağlamak amacıyla alt başlıktan itibaren üst yüzeye kadar su geçirmek için zeminin plastisite indisine bağlı olarak belli bir süre beklenmiştir. Suya doyurma aşamasında ise numuneler ters basınç altında bırakılmıştır. Doygunluğun sağlanmasının ardından iç ve dış çevre basınçları istenen efektif konsolidasyon basıncına eş zamanlı olarak getirilmiş ve numune izotropik olarak konsolidasyona bırakılmıştır. Deneylerde konsolidasyon basıncı olarak 100 kPa uygulanmıştır. Konsolidasyonun tamamlanmasının ardından dinamik deneylerde farklı kayma gerilmesi oranlarında zemin numuneleri göçmeye ulaşıncaya kadar yüklenmiş, numunelerde oluşan kalıcı deformasyonlar ve boşluk suyu basıncının değişimi deney boyunca izlenmiştir. Statik deneyler ise 0.35- 0.50 -0.75 mm/dk deformasyon hızında gerçekleştirilmiştir. Bir doğrultuda sabit hızda uygulanan burulma momenti ile statik olarak yüklenen içi boş silindirik zemin numunelerinde akmanın meydana geldiği andaki kayma gerilmesi değeri belirlenmiştir. Bu çalışma kapsamında altı farklı türde deney serileri uygulanmıştır. Bunlar, laboratuvarda hazırlanan numunelerde ve araziden alınan örselenmemiş numunelerde yapılmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Muayene çukurlarından alınan örselenmiş zeminler kullanılarak hazırlanan laboratuar numuneleri üzerinde öncelikle göçme seviyesi olarak belirlenen çift genlikli % 5 birim kayma deformasyonu seviyesine kadar yapılan tekrarlı yükleme deneyleri, ilk deneyserisini oluşturmaktadır. Bu deneylerde İstanbul Gümüşdere Köyü'nde açılan muayene çukurlarından alınan ve % 18 plastisite indisine sahip siltli kil numunesi kullanılmıştır. Deneylerde izotropik konsolidasyonun tamamlanmasının ardından farklı gerilme oranlarında sinüzoidal yüklemeyle, zemin numunelerinde göçme oluşması için gerekli çevrim sayıları belirlenmiştir. İkinci deney serisinde aynı şekilde hazırlanan numunelerle sabit gerilme oranında artan çevrim sayılarında bir dizi dinamik deney yapılmış, deney devam ederken belirli çevrim sayılarından sonra durdurularak statik yüklemeye geçilmiştir. Bu deney serisinde dinamik deneyler, ilk deney serisinden elde edilen dinamik mukavemet eğrisinden N=20 çevrim sayısına karşı gelen dinamik gerilme oranında yapılmıştır. Bu deneylerde siltli kil zemin, 5, 8, 12, 15 çevrimde tekrarlı burulma momentine maruz bırakılmış, ardından 0.50 mm/dak sabit deformasyon hızında statik olarak yüklenmişlerdir. Dinamik gerilme oranı-çevrim sayısı ilişkisinde kritik akma eğrisi olarak belirtilen eğri ile bu deney sonuçları karşılaştırılarak, akma durumundan önceki ve numunede kalıcı deformasyonlar oluştuktan sonraki statik mukavemetler hakkında bilgi sahibi olunmuştur. Böylelikle aynı plastisitedeki numuneler farklı koşullar altında tekrarlı yüke maruz bırakılmış ve ardından statik olarak yüklenmişlerdir. Üçüncü deney serisinde plastisite indisi %2-33 arasında olan ve Adapazarı 'ndan getirilen siltli laboratuvar numunelerinde göçme seviyesine kadar dinamik deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde laboratuvarda kuru yağmurlama yöntemiyle farklı kuru birim hacim ağırlığında hazırlanan numunelere tekrarlı yükleme, drenaj sız durumda uygulanmıştır. Laboratuvarda hazırlanan numunelerde yapılan son deney serisinde ise % 2 ve % 1 1 plastisite indisine sahip silt numunelerine önce tekrarlı yükleme, numunede göçme seviyesi oluşuncaya kadar uygulanmış, ardından 0.50 mm/dk deformasyon hızında %10 birim kayma oluşuncaya kadar statik deney yapılmıştır. Örselenmemiş numuneler, ortası dikkatlice oyulduktan sonra burulmak kesme deneylerine tabi tutulmuştur. Bu numunelerde yapılan ilk seri deneyde önce düşük deformasyonlarda belirli tekrarlı kayma gerilmesi oranında dinamik yükleme uygulanmış, numunenin kalıcı deformasyona uğramasına izin verilmeden ve drenajlar açılmadan 0.50 mm/dk hızında statik deneye geçilmiştir. Hem dinamik hem de statik deneyde gerilme-şekil değiştirme ve boşluk suyu basıncı-birim kayma deformasyonu ilişkileri elde edilmiştir. XXVIİkinci deney serisinde ise içi boş, örselenmemiş numunelere göçme oluşuncaya kadar farklı gerilme genliklerinde tekrarlı yükleme uygulanmıştır. Böylece doğal numunelerin mevcut yapısı bozulmadan ve örselenme olmadan tekrarlı yükler altındaki davranışları belirlenmiştir. Deney sonuçlarına etkiyen en önemli parametreler, tekrarlı gerilme seviyesi, birim kayma genliği, çevrim sayısı, kritik birim akma deformasyonu, plastisite indisi, ince dane miktarı, kuru birim hacim ağırlığı, konsolidasyon süresi, yükleme hızı, deney sistemi, numune hazırlama yöntemi ve numune yapısı olarak belirlenmiştir. Düşük plastisiteli siltli ve killi zeminlerde yapılan dinamik deneylerde boşluk suyu basınçları sınırlı kalmakta, bunun yanında birim kayma deformasyonları hızla artmaktadır. Bundan dolayı zeminde çevrim sayılarıyla birlikte yumuşama meydana gelmekte, zemin numunesi kalıcı deformasyonlar sonucu taşıma gücünü kaybetmektedir. Örselenmiş laboratuvar numunesinde ise plastisite indisi azaldıkça boşluk suyu basınçları artarken, efektif gerilmeler azalmaktadır. Böylelikle düşük plastisiteli şiltte mukavemet kayıpları artan birim kaymaların yanında boşluk suyu basınçlarına da bağlı olmaktadır. Deney sonuçlarında yumuşak killi zeminde konsolidasyon süresiyle dinamik mukavemetin arttığı belirlenmiştir. Yapılan statik deneylerde ise yükleme hızıyla mukavemet artmaktadır. Dinamik deneylerden sonra yapılan statik deneylerde laboratuvarda hazırlanan siltli numunelerle örselenmemiş numunelerin drenaj sız statik mukavemetlerinde önemli ölçüde azalma olduğu belirlenmiştir. Buna karşın tekrarlı gerilmeler altında siltli ve killi zeminin statik mukavemeti, kritik bir akma deformasyonu seviyesine kadar fazla azalmamaktadır. Ancak bu seviyeden sonra siltli kil zemin numunesinde kalıcı deformasyonlar oluşmakta ve kayma mukavemeti % 40 'a varan oranda azalmaktadır. Laboratuvarda hazırlanan numunelerde yapılan dinamik deneylerde plastisite arttıkça belli bir seviyeden sonra dinamik mukavemet artmaktadır. Bununla birlikte artan plastisitelerde boşluk suyu basınçları aynı çevrim sayısında daha düşük seviyelerde kalmaktadır. Örselenmemiş zemin numunelerinde +- % 2.5 birim kayma deformasyonu seviyesine kadar yapılan dinamik deneylerde mukavemetin, laboratuvar numunelerinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Boşluk suyu basınçları Örselenmemiş numunelerde de çevrim sayıları arttıkça sınırlı kalmaktadır. Bununla birlikte birim kayma deformasyonları hızla artmakta, belirli bir kayma deformasyonundan sonra numunede kalıcı deformasyonlar meydana gelmektedir. XXV11Bu çalışmada ayrıca, laboratuvarda hazırlanan örselenmiş siltli numunelerle, deney tüplerinden çıkarılan örselenmemiş yumuşak killi ve kumlu silt numunelerin izotropik konsolidasyon öncesi ve konsolidasyon ve yükleme sonrası yapısal değişimleri incelemiştir. İncelemede dijital kameralı yüzeysel ışık kaynağına sahip, X330'a kadar büyütme yapabilen optik mikroskop kullanılmıştır. Görüntülerin alımı sırasında önceden hazırlanan blok numuneler mikroskop merceği altına yerleştirilip, odak uzaklığı mikroskop düzeneği aracılığıyla ayarlanmıştır. Dijital kamera aracılığıyla elde edilen görüntüler bilgisayara 640*480 piksel çözünürlükte iki boyutlu olarak aktarılarak, kamerada istenen netliğin sağlandığı bir anda dondurulup kaydedilmiştir. Zemin yapısının belirlenmesi amacıyla tabii su muhtevasını koruyan örselenmemiş numunelerden, numune yüksekliği boyunca aralarında 2 'şer cm; laboratuvar numunelerinde ise 4'er cm mesafe olacak şekilde numune üst yüzeyinden, ortasından ve altından; örselenmemiş numunelerde 3'er cm, laboratuvar numunelerinde ise 4'er cm'lik kısımdan kesitler alınmıştır. Daha sonra bu kesitlerden yaklaşık lxlxl cm boyutlarında, ilk aşamada 5'er adet blok numune çıkarılmıştır. Bunun için kesitler önce sıvı azota batırılıp 5-15 dakika arasında bekletilmiştir. Donmanın sağlanmasından sonra numunelerin birbirine dik üç kesitinden, blok örnekler çıkarılmıştır. Böylece numunelerin mevcut yapısı korunarak, incelenecek kesitlerin rastgele kırılmayla elde edilmesi sağlanmıştır. Daha sonra bu örnekler, 30 kPa basınçta vakum uygulanan desikatörde 1-7 gün bekletilmişlerdir. Bekleme süresi numune boyutlarına bağlı olarak belirlenmiştir. Böylece numune boşluklarındaki suyun katı fazdan direkt olarak gaz fazına geçişi sağlanmıştır. Havada veya etüvde sağlanan kuruma sırasında oluşan kapiler gerilmeler etkisiyle, mevcut danesel yapıda değişikler olacağından, sıvı azotla dondurduktan sonra vakum uygulanarak boşluk suyu alınan örselenmemiş zeminin doğal danesel ve boşluklu yapısını koruduğu düşünülmektedir. Desikatörden çıkarılan blok numunelerin birbirine dik üç kesiti plastik bantla stabilize edilmiştir. Mümkün olduğunca düz bir yüzey elde edilmesine çalışılmış, görüntülerdeki topografık etkilerin en düşük seviyede tutulması sağlanmıştır. Bu işlemden sonra numuneler mikroskop altına yerleştirilmiştir ve her üç yüzeyden birbirini takip eden görüntüler alınmıştır. Mikrografık analizler, dijital görüntü analiz programı“Image J”, kullanılarak yapılmıştır. Bu program yardımıyla, farklı büyütmelerle elde edilen mikrografiklere göre ince kum ve silt boyutundaki danelerin şekil, boyut ve dağılımları belirlenip ölçülebilmektedir. Ayrıca danelerin birbirleriyle ve boşluklarla aralarındaki sınırlar belirlenebilmektedir. Dane sınırlarıbelirlendikten sonra,“Dışbükey Kabuk”yöntemiyle kum ve silt danelerinin oriyantasyonları ve boşluk ve çatlakların uzanım doğrultuları ve açıları hesaplanabilmektedir. Dane oriyantasyonlarının belirlenmesiyle açısal histogramları da çizilmektedir. Bu çalışmada, incelenen zeminlerin izotropik konsolidasyon ve tekrarlı yükleme sonrası dane şekil ve boyutlarıyla, oriyantasyonlarında değişiklik olup olmadığı belirlenmeye çalışılmıştır. Konsolidasyon sonrası zeminin boşluklarındaki azalma ve danelerin paralel ve yatay doğrultudaki oriyantasyonları araştırılmıştır. Laboratuvarda hazırlanan siltli numunelerin oluşturduğu üniforma yakın izotropik yapı ile, örselenmemiş numunelerin doğada oluşturdukları anizotropik yapı karşılaştırılmıştır. Bu iki farklı zemine ait mikroyapının tekrarlı burulma momenti altında oluşan kayma deformasyonları etkisiyle uğradığı değişim belirlenmeye çalışılırken, özellikle silt ve ince kum boyutundaki danelerin, zeminin maruz kaldığı kayma deformasyonlarının bir göstergesi olup olmadığı araştırılmıştır. Sonuçlarda, izotropik konsolidasyonla birlikte hem laboratuvarda hazırlanan örselenmiş ince kumlu ve killi silt numunelerde, hem de örselenmemiş killi silt numunelerde, kaba danelerarası büyük ve ince danelerarası küçük boşluklarda belirgin bir azalma olduğu belirlenmiştir. Bu azalma, örselenmemiş zeminde daha fazladır. Laboratuvarda hazırlanan örselenmiş siltli numunede ise konsolidasyon öncesi porozite örselenmemiş numuneye göre daha büyüktür. Laboratuvar siltli numunelere ait görüntülerden çoğunlukla boşlukların birbiriyle bağlantılı olarak dağıldığı, örselenmemiş yumuşak siltli zeminde ise boşlukların, laboratuvarda hazırlanan siltli numuneye kıyasla daha rastgele bir dağılıma sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca çapları 0.1 mm'den büyük boşluklara rastlanmış, numune yüksekliği boyunca bu boşluklarda artış olduğu tespit edilmiştir. Ancak yine de, plastisite indisi % 18 olan örselenmiş numunelerin konsolidasyon öncesi boşluk oranları, düşük frekanslı titreşimle sıkıştırmaya da bağlı olarak daha düşük hesaplanmıştır. Bir başka sonuç ise tekrarlı yükleme sonrası plastisitesi % 11 olan siltli zeminden elde edilmiştir. Buna göre yükleme öncesinde her üç doğrultudan alınan görüntülerin analizinden, büyük çaptaki boşlukların heterojen bir dağılıma sahip olduğu görülmüştür. Kum ve silt daneleri arasındaki bu boşluklarda tekrarlı yükleme de yeniden bir dane dağılımı ve yapısına sahip olan numunede, boşluk çaplarının da yeni yerleşime bağlı olarak değiştiği ve her üç düzlemde yapılan ölçümlerde bu çap değerlerinin birbirine yaklaştığı belirlenmiştir. XXIXAdapazarı örselenmemiş siltli numuneden alman görüntülerde ortalama dane şeklinin birbirine dik üç kesitteki dağılımı birbirine yakındır. R oranı l'e yakın olan dane sayısı % 50 dır. Böylece örselenmemiş zeminde kesme öncesi danelerin yaklaşık yuvarlak dağıldıkları söylenebilir. Konsolidasyon ve tekrarlı yükleme sonrasında yuvarlağa yakın danelerin dağılımında biraz azalma görülürken uzun doğrultularında belirli bir yönlenmeye sahip oldukları söylenebilir. Ancak tekrarlı yüklemede çift genlikli % 5 birim kayma deformasyonuna uğrayan zeminde böyle bir dane şekli değişiminin olduğunu söylemek için daha fazla sayıda deneyden alınan blok ve ince kesitlere ve ilave elektron mikroskobu incelemesine ihtiyaç vardır. İzotropik konsolidasyon ve tekrarlı yükleme sonrası laboratuvarda hazırlanan ve örselenmemiş zemin numunelerinde boşlukların çapı ve dağılımıyla, ince kum ve silt dane oriyantasyonlarına ilave olarak anizotropik yapı özelliği de önem kazanmaktadır. Bu çalışmada anizotropi, öne sürülen bir bağıntıyla ve dijital mikrografıklere ait gri renk histogramlarının değişiminden belirlenmiştir. Buna göre laboratuvarda hazırlanan siltli zemin numunesinden alınan çok sayıda görüntüde anizotropinin değişmediği belirlenmiştir. Bunun yanında örselenmemiş numunelerde ise konsolidasyon ve tekrarlı yüklemeyle anizotropide bir miktar artış olduğu söylenebilir. Yapı incelemesinde çok sayıda görüntünün analiziyle belirlenen bu sonuçlar bize ancak tahmini bir fikir vermekte, konsolidasyon ve tekrarlı yükleme sonrası çift genlikli % 5 birim kayma genliğine ulaşan zemin numunesinde danelerin ve boşlukların şekil, boyut, dağılım ve oriyantasyonlarında meydana gelen değişimin belirlenmesi için kapsamlı ve detaylı bir araştırma gerekmektedir. Son olarak, bu çalışmada yapılan dinamik ve statik deneylerle siltli ve killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranış özellikleri araştırılmış, numunelerin danesel ve boşluklu yapısı optik mikroskop incelemeleri ve görüntü analizleriyle belirlenmeye çalışılmıştır. Bütün bu çalışmalar bu tezin konusunu oluşturmaktadır.

Özet (Çeviri)

SUMMARY Due to the loss of bearing capacity and liquefaction that resulted from the Kocaeli (1999) earthquake which is one of the biggest disasters that our country has experienced, there had been occured many structural damages and lots of casualties. So, especially the cyclic behavior of foundation soils should be determined in those regions which has experienced huge earthquakes and has a potential in the near future. In this respect, the stress-strain relationships and cyclic shear strength properties of soil stratums should be determined by conducting static and dynamic soil laboratory tests under distinct consolidation and stress conditions. It's been accustomed to model the in-situ soil conditions exactly in the laboratory while researching the behavior of soils under cyclic loadings. From this point of view, in order to model the in-situ soil conditions in the laboratory, many specimen preparation methods are used. However, it is extremely hard to constitute the exact fabric of natural soils. Therefore, the soil tests are performed under different consolidation and loading conditions by using reconstituted and undisturbed soil specimens together and the results are interpreted with the comparison between them. The cyclic behavior of soils depend on the determination of stress-strain and strength properties. The dynamic shear modulus and damping ratio depending on strains should be known in order to determine the stress-strain properties, and the relatonship between the cyclic shear stress ratio and number of cycles should be determined in order to know the shear strength properties of soils under cyclic loadings. In this study, the cyclic behavior of silty and clayey soils have been investigated by conducting static and dynamic tests under different conditions using cyclic torsional shear loading device. The dynamic tests have been applied stress controlled and the static tests were performed strain controlled. xxxiAll the tests have been performed with the dynamic torsional shear testing apparatus brought to İ.T.U. Soil Mechanics Laboratory by the JICA project. The testing system enables the measure and the automatic record of vertical axial load Fz, torque load T, inner and outer confining pressures Pj and P0 as well as the vertical axial strain AH, angular displacement AG, change in the volume of inner cell AVj and the soil specimen AVS. The torque load can be applied in one direction or cyclically under desired speed and value. Also the vertical load and the back pressure can be controlled automatically or manually. By using this testing apparatus, the stress-strain properties and the shear strength properties of the soils can be determined with the application of the load under different isotropic and anisotropic triaxial stress conditions within a frequency range of 0.01-10.00 Hz. In the tests, hollow cylinder soil specimens were used. The inner radius of the air pluviated specimens is 3.0 cm, outer radius of them is 5.0 cm whereas the dimensions of the undisturbed soil specimens are r;= 1.5 cm, rd= 3.5 cm and Hj=14.0 cm. The rubber membranes that cover the inner and outer part of the soil specimens have a thickness of 0.3 mm. A certain amount of time was passed by to saturate the specimen by applying water diffusion from the bottom part through the whole specimen. And after that a certain value of back pressure wa applied to the specimens. After the saturation process, inner and outer confining pressures increased up to desired effective consolidation pressure simultaneously. The consolidation pressure is 100 kPa. At the end of consolidation, cyclic shear stress were applied to the specimens up to failure limit in dynamic tests and the change in the excess pore water pressure and the residual shear strains were observed during the test. Monotonic loadings were conducted under 0.35-0.5-0.75 mm/sec loading rates. The shear stress value occured in the specimen in the yielding limit was determined. In the concept of this study, there are six number of series of tests which are mainly divided into two of which the reconstituted and undisturbed specimens were used. The first series of tests were applied till the reconstituted specimens reach the failure limit of DA of 5 %. In these tests, the silty clay specimen was taken from Gümüşdere. The number of cycles of loading cause to failure of the specimen were determined in all the tests. In the second series, the constant stress ratio was applied to the specimens for various increasing numbers of cycles and after that, soils were loaded statically. This constant stress ratio was determined according to the failure curve corresponding the N=20 value. In those tests, silty clay soil was loaded cyclic torque at cycles of N=5, 8, 12, 15. The test results were XXX11compared with the curve obtained for the critical yield condition from the previous tests. And the static undrained shear strengths were also determined before and after the critical yield limit. In the third series of tests, the silty soil specimens with a plasticity range of 2-33 % taken from Adapazarı were used and they were loaded till the failure limit. The undrained cyclic loading was applied to these specimens which prepared under different dry density. In the last series of tests of reconstituted soil specimens, the cyclic torque loading was applied till they reach failure limit and then they were loaded statically under 0.50 mm/sec constant loading rate. The torque loading was applied to the undisturbed soil specimens after the inner cylindrical part of them sheared carefully. In the first series of tests low amplitude shear stresses were applied to cause limited shear strains, and then in the undrained condition and preventing the soil from the residual shear strains, they were loaded statically up to reach the failure limit which is described as 5 % DA shear strain. In both parts, the stress-strain relationship was determined and the pore water pressure response was measured. In the second series, the cyclic load was applied to cause failure in the soil. As a result, the dynamic shear strengths were determined for the undisturbed specimens. The main parameters that affect the test results were obtained as the shear strain amplitude, number of cycles, cyclic shear stress ratio, critical yield strain, plasticity index, fines content, dry unit weigth, consolidation time, rate of loading, testing apparatus,specimen preparation method and soil fabric. From the results, it was also obtained as the pore water pressures stay limited but the shear strains increase rapidly due to the loading cycles in the fine grained soil resulting in softening that cause bearing failure of the specimen because of the residuel strains. The increase in plasticity index decreases the degree of pore water pressures, especially in silty soils. Yet, the pore water pressure s increase with the decrease in plasticity which reults in the reduction of effective stresses. The consolidation time significantly increases the dynamic strength in soft silty clays whereas the static strengths increase due to the increase in loading rate. xxxmIt has been observed that the static undrained shear strengths decrease with the cyclic stress history. However, up to a certain critical yielding strain limit, there wasn't a significant change in the static strengths. But after this limit, large amounts of strains started to develope and the static strengths decreased exceeding nearly 40 % although the specimen had not been reached the failure. Plasticity increases the dynamic strength, however; the pore water pressures generate through the test depends certainly on the plasticity of the silty specimen. It was also determined that the undisturbed specimens are highly much more resistant to bearing capacity failure than the reconstituted ones. The stress ratios required to cause DA of 5 % strain was determined higher than the reconstituted soil specimens at the same cycles. Also the pore water pressures stayed limited while the strains increased rapidly as well as the tests conducted on the reconstituted specimens. In this study, the microstructure and the fabric of the reconstituted and undisturbed soil specimens were determined by optical microphotometrical analyses using an optical microscope that enables up to X330 magnification equipped with a digital camera and a fiber optical illuminator. Optical micrographs were collected from each block sub-samples prepared from the three orthogonal surfaces of each testing specimens. The sub-samples were taken out from the three different surfaces of corresponding heights. They are 2cm from the top and bottom in the undisturbed ones and 4cm in reconstituted specimens. Then all the sections were put into liquid nitrogen and then the freezed sections were cut down to prepare sub-samples. Many sub-samples were prepared and they were applied 30 kPa vacuum pressure in order to come out of the water inside the pores without disturbing the actual fabric. The digital micrographs were taken from these sub-samples after stabilizing the rough surface with a rubber band waiting after 2-7 days. They were analysed by a software called“Image J”and mainly the pore voids and the grainy parts were distinguished from each other. The silty and sandy grains were measured and their specific physical properties were determined such as orientation, circularity, area, etc. Additionally the orientations of soil grains were determined by the Convex Hull method. xxxivIn some series of micrographs were taken from the original hollow cylindrical soil specimen in pre-consolidation, post-consolidation and post shear conditions. The uniform fabric of reconstituted soil specimens were compared with the anisotropic microstructure of undisturbed specimens. The main objective is to determine the change in the pore sizes and the distributions of them after cyclic loading, the change in the orientation and the circularity and elongation of silt and sand grains and lastly the main aim is to find the anisotropic structure of the different kinds of soils having different initial fabric which were applied consolidation and cyclic shear. At the results, it was observed that the pore sizes decrease after consolidation both in reconstituted and undisturbed specimens. Yet, this reduction is more in undisturbed specimens. Their heterogenity increases at a certain amount. Also anisotropy increases in undsiturbed specimens after consolidation and cyclic shear,, but it stays constant in reconstituted specimens after loading. Another finding is, after cyclic loading, due to dilatancy in sandy grains, large amount of reoriented particles observed which forms new small pores. But with the stress reversal, these pores collapses and decreases due to the new arrangement of the particles in order to be stabil. At the end, we may say that these observations just tell us an approach to the fabric determination study of various kinds of soil types. We should have quantitative approach as well as the qualitative results. Also it can be said that the preparation of thin sections and the electron microscope analysis. XXXV

Benzer Tezler

Tez No
116311
'Cyclic behaviour of Adapazarı clayey silts'
'Adapazarı killi siltlerinin tekrarlı yükler altında davranışı'
ONUR PEKCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
İnşaat Mühendisliği Orta Doğu Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. K. ÖNDER ÇETİN
YRD. DOÇ. DR. B. SADIK BAKIR
Tez No
665962
An experimental investigation on the effects of relative density and grain size distribution on cyclic liquefaction of silty sands
Göreceli sıkılık ve dane çapı dağılımının sitli kumların sismik sıvılaşmasına etkisinin deneysel incelenmesi
SENA BEGÜM KENDİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA ECE BAYAT
PROF. DR. MEHMET MURAT MONKUL
Tez No
507423
İstanbul ili Riva bölgesi zeminlerinin sıvılaşma potansiyeli ve zeminlerin bulanık mantık metodu ile incelenmesi
Liquefaction potential of the Riva region in Istanbul and the analysis of the soil by fuzzy logic method
BURCU AZAKLAR ÇUHA
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
Tez No
152585
Behavior of soft clays under high cyclic stresses
Yumuşak killerin yüksek çevrimsel yükler altında davranışı
MUSTAFA KALAFAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
İnşaat Mühendisliği Boğaziçi Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURAN DURGUNOĞLU
Tez No
677443
Polimerlerle katkılı yüksek plastisiteli bir kilde donma-çözülme çevrimlerinin gerilme-şekil değiştirme davranışına etkisi
Effect of freeze-thaw cycles on the stress-strain behavior in a high plasticity clay treated with polymers
HALİL ARDA SARIGÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYKUT ŞENOL

Geri Dön