Cyclic behavior and liquefaction resistance of unreinforced and polypropylene fiber-reinforced loose sands
Polipropilen fiber katkılı- katkısız gevşek kumların tekrarlı yükler altındaki davranışı ve sııvılaşma durumu
- Tez No: 315300
- Danışmanlar: PROF. DR. AYFER ERKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Zeminlerin daneli, boşluklu ve izotropik olmayan yapısı mühendislik uygulamalarında karşılaşılan problemlerin esas nedenlerinin başında gelmektedir. Herhangi bir mühendislik projesinin tasarım aşamasında geoteknik mühendisleri zemin etüd raporlarından faydalanarak,uğraştıkları zemini tanımaya dolayısı ile üstyapıdan gelecek olan yükleri güvenle aktarabilecekleri zemininin olup olmadığını anlamaya çalışırlar. Tasarım aşamasında doğru parametreleri zeminin bulunduğu koşulları da göz önüne alarak seçmek çok önemlidir. Ancak, günümüzde gelişen teknoloji ve buna bağlı olarak nüfusun belli başlı lokasyonlarda toplanması, mühendisleri yüksek katlı, masif betonarme veya çelik yapılar tasarlamaya zorlamaktadır. Bu nedenle, inşaat sahalarında karşılaşılan zeminler genellikle bu tip yapılardan gelecek yükleri güvenle taşıyacak kapasitede olamamaktadır. Bu noktada mühendisler iki genel çözüme başvurmaktadır. Bunlardan birincisi daha sağlam zemin veya kayaçların olduğu daha derin tabakalara derin temellere vasıtası ile yükü doğrudan aktarma veya derin kazılarla bu tabakaların oluduğu derinliklere inip sığ temeller ile bu yükleri sağlam zemine iletmektir. Ancak sıkışık ve çarpışık şehir düzeninde çevre binaların, elektrik, su, doğalgaz ve hatta yer altı tünnellerinin hasar görebilecek olması; ekonomik endişeler bu çözümü her zaman mümkün kılmamaktadır. Bu tip durumlarda başvurulan diğer bir çözüm yolu zemin iyileştirmesidir. Genel anlamda zemin iyileştirmesi, zeminlerinin sıkışabilirlik, kayma mukavemeti ve permabilite gibi mühendislik özelliklerinin daha elverişli duruma getirilmesi olarak tanımlanabilir. Burada elverişlilik ile anlatılmak istenen, üzerine yapı yapılacak zeminin amaca uygun bir duruma getirilmesidir. Zemin iyileştirmesinin yapılma amaçlarının arasında şunlar öncelikle sayılabilir; zeminin stabilitesini arttırmak, taşıma gücünü arttırmak, oturma potansiyelini ve dolayısı ile oturmaları azaltmak, yatay deformasyonları engellemek. Günümüzde gelişen teknoloji ile beraber, farklı prensiplere dayalı birçok zemin iyileştirme methodu geoteknik mühendislerince uygulanmaktadır. Son yıllarda, önce laboratuvarda araştırılan daha sonra pratik mühendislik uygulamalarında kullanılan bir zemin iyileştirme methodu da doğal kaynaklardan veya suni olarak üretilmiş fiberlerin zeminle rastgele karıştırılarak homojen ve temiz zemine göre mühendislik özellikleri iyileşmiş zemin-fiber karışımı elde etmektir. Temel olarak, bitki liflerinin veya köklerinin zeminin stabilitesine sağladıkları katkı göz önüne alınarak geliştirilmeye çalışılan bu teknikte, fiber-zemin karışımı fiberlerin zemine göre çok yüksek olan çekme mukavemetlerinin sonucu olarak fibersiz zemine göre çok büyük kayma mukavemeti değerlerine ulaşabilmektedir. Bu nedenle özellikle efektif gerilmelerin buna bağlı olarak kayma mukavemetinin düşük olduğu yüzeye yakın zeminlerde, fiberlerin verimli olacağı düşünülmektedir.Bununla birlikte fiberlerin zemin iyileştirmedeki avantajları şöyle sıralanabilir. Fiberlerin zemin ile karıştırlması stabilizasyon için kullanılan çimento ve kireç gibi diğer malzemelerin karıştırlması kadar kolaydır. Ayrıca, homojen karışım sağlandığında, fiberler zemin içinde izotropik mukavemet sağlarlar.Diğer malzemeler ile maliyet açısından karşılaştırıldığında; diğer stabilizasyon malzmeleri ile birim fiyatta yarışabilir hale gelmiştir. Ancak fiber ile iyileştirilmiş bir zemin, çimneto veya kireç ile iyileştirilmiş bir zemine göre ortam koşullarından (Y.A.S.S gibi) çok daha az etkilenmektedir.Fiberli zemin iyileştirmesi için kullanılacak malzeme yelpazesi oldukça geniştir. Doğal fiberler (bitki kök ve lifleri) ile sentetik fiberler (polietilen, polipropilen) yanında geri dönüşümden elde edilen atıkların bir kısmı yine fiber olarak kullanılabilmektedir.Tüm bunların yanında fiberler mekanik olarak zeminde çekme gerilmelerinden oluşabilecek çatlakların göçme mekanizmalarını değişime uğratıp, zeminde ciddi mukavement kaybını engellerler. Ayrıca drenajsız tekrarlı yükleme durumunda; laboratuvarda yapılan araştırmalar fiberlerin zeminlerin sıvılaşma mukavemetini arttırıcı yönde ekisi olduğunu göstermiştir.Zeminler, çok çeşitli yüklere maruz kalabilmektedir. Bu yükleme durumları basitçe statik yükler ve dinamik yükler adı altında iki alt başlıkta sınıflandırılabilir. Statik yükler bazen üstyapıdan gelen yükler; bazen hidrostatik kuvetler ve bazen de iksa ve istinat yapılarında olduğu gibi zeminin kendi ağırlığından dolayı oluşan yanal yükler olmaktadır. Diğer taraftan zeminler; deniz kenarına yakın bölgelerde dalga yükleri; fabrika veya büyük imalathanelerin temel altı zemindeki makine titreşim yükleri; patlamalar ve en önemlisi de deprem yükleri gibi dinamik etkilere maruz kalmaktadırlar. Depremler esnasında üstyapılarda zemin kaynaklı birçok hasar görülmektedir. Bu hasarlara neden olan en önemli olaylardan biri sıvılaşmadır. Bu tez kapsamında sıvılaşma genel olarak ele incelenmiştir. Mekanizması, hangi durumlarda gözlenebileceği ve etkileyen faktörler detaylı bir biçimde anlatılmıştır.Ayrıca, sıvılaşmayı engellemede yararlı olabilecek ve pratikte uygulanan zemin iyileştirme yöntemleri aktarılmıştır.Bu tez çalışması kapsamında, gevşek kum zeminler üzerinde yapılan dinamik ve statik üç eksenli deneyler ile fiberlerin zeminin sıvılaşma mukavemetine etkisinin olup olmadığı araştırılımıştır. Ayrıca, ülkemizde 23 Ekim 2011 tarihinde gerçekleşen ve yüzlerce insanın vefatına neden olan Van depreimnde; sıvılaşarak zemin yüzeyinde kum konisi olarak beliren, Van'ın Topaktaş mevkiine ait bir kum zeminin sıvılaşma davranışı fiber katkılı veya katkısız olarak incelenmiştir. Bununla birlikte Van'ın diğer bölgelerinden alınmış numuneler üzerinde elek analizi yapılmış; bu zeminlerin dane dağılımlarının literatürde zeminler için belirlenmiş sıvılaşmaya müsait dane dağılımı aralığında olup olmadıkları gözlemlenmiştir. Çalışma kapsamında 2 çeşit kum zemin kullanılmıştır. Bunlardan birincisi yukarıda bahsedilen Topaktaş kumu; diğeri ise İstanbul'un Kilyos bölgesinin Akpınar mevkiinden getirilen kum zemindir.Dinamik üç eksenli deney sisteminde ilk olarak Topaktaş kumu fiber katkısız olarak farklı dinamik genlik oranlarlarında konsolidasyonlu drenajsız olarak test edilmiştir. Daha sonra kumun kuru ağırlığının % 0.1'i ağırlığında fiber karıştırılarak zemin aynı koşullarda test edilmiştir. Numune hazırlama ve deney boyunca değişken parametreler (çevre basıncı, relatif sıkılık, numune boyu ve çapı) sabit tutulmaya çalışılmıştır. Ayrıca bu numunelerin bir kısmı üzerinde zeminin elastik deformasyon seviyesinde kalması sağlanarak fiber katkılı veya katkısız olarak Elastisite modülü tayine edilmeye çalışılmıştır. Numune yetersizliğinden dolayı fiber katkılı işlemler kütlece % 0.1 ile sınırlı kalmıştır. Ayrıca bu numunlere statik üç eksenli , kesme hızı yüksek deneyler yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.Deneysel programın ikinci kısmında, Akpınar bölgesine ait No.10 elek ile No.200 elek arasında dane çapına sahip Akpınar kumu, konsolidasyonlu drenajsız 3 eksenli deneylere tabi tutulmuştur. Farklı fiber muhtevalarında farklı dinamik gerilme oranları ile yapılan deneyler sonucunda fiber miktarının zeminin maksimum elastik modülüne etkisi ve sıvılaşma mukavemeti üzerine etkisi incelenmiştir. Bu deney setinde de numuneler gevşek hazırlanmıştır. Bu aşamada yapılan bir diğer değişik uygulamada fiberlerin zemine yerleştirilmesi noktasında olmuştur. Literatür detaylı bir biçimde incelendiğinde; fiber zemin içerisine sürekli rastgele dağıtılmış ve çeşitli numune hazırlama yöntemleri ile homojen numune elde edilmeye çalışılmıştır. Bu durumun tam aksine; deney numunelerinin bir kısmı tabakalı olarak hazırlanmıştır. 10 cm.lik test edilen numune 2'şer cm.lik 5 tabakaya ayrılmış her iki tabaka arasına fiber yerleştirilmiştir. Sadece kütlece %1'lik numuneler üzerinde yapılan sonuçlar daha sonra aynı muhtevada fiberlerin rastgele dağıtıldığı numunelere ait sonuçlar karşılaştırılmıştır. Son olarak tabakalı hazırlanan fiber numuneler üzerinde farklı relatif sıkılığa sahip numune üzerinde yüksek kesme hızında deneyler yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.Genel olarak laboratuvar deneylerinin sonuçları fiber donatılı gevşek kum zeminlerin statik ve dinamik davranışlarının fibersiz zeminlere oranla iyileştiğini göstermektedir. Fiber miktarı arttıkça, sıvılaşma aynı dinamik genlik oranı için çok büyük çevrimlerde gözlenmiştir. Aynı şekilde sıvılaşmadan dolayı oluşan eksenel deformasyon ve boşluk suyu basıncı artışı fibersiz numunelere göre daha yavaş olmuştur. Bu tip dinamik,konsolidasyonlu-drenajsız deneylerde önemli bir karşılaştırma kriteri olan N=20 çevrime ait dinamik genlik oarnları ve boşluk suyu basınçları fiber miktarına bağlı olarak değişiklik göstermiştir. Buna göre, fiber miktarı arttıkça zeminin 20 çevrimde dinamik olarak maruz kaldığı yük artmış; bunun tam aksine boşluk suyu basıncı azalmıştır. Tabakalı olarak hazırlanan numuneler, fiberlerin rastgele dağıldığı numuneler ile karşılaştırıldığında; yüksek dinamik genlik oranlarında tabakalı fiber dağılışına sahip numunelerin daha kolay sıvılaştığı ancak düşük dinamik gerilme oranlarında her iki tip numuneye ait deney sonuçlarının çok önemli farklara sahip olamdığı gözlemlenmiştir.Statik deneylerin sonuçlarına bakıldığında; fiber oranı arttırıldıkça zeminin pik gerilme değeri de artmıştır. %0.1'lik fiber muhtevasında bu değer çok önemli ölçüde değişmesede %0.5 ve %1'lik numunelerde önemli ölçüde mukavemet artışı gözlemlenmiştir.Tüm bunların dışında tabakalı dağılaıma sahip numunelerde yapılan deney sonuçlarında pik mukavemetin; önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir. İleride yapılacak olan çalışmalar ile ,uygulamada kolaylık ve kontrol edilebilirlik açısından, tabakalı fiber yerleştirilmesine ait modellemeler kurulabilir. Modellemede tabaka sayısı ve yüksekliği, fiber tabakanın kalınlığı ve fiber boy/genişlik oranı değişken parametre olabilir.
Özet (Çeviri)
Soils usually combines fine and coarse materials such as silt, clay, sand and gravel with varying percentages by weight, and ground water in nature. Because of its granular and brittle structure, its tensile strength almost equals to zero, and shear strength and shear strength parameters are tend to affect easily by environmental conditions. In order to accomplish this obscureness, the soil improvement methods are used since ancient times. Nowadays, the developments in technology and increasing population force civil engineers to design giant structures. In this point, the requirement of soils, that capable of bearing loads which are transferred from these huge buildings safely, occured. Therefore, soil improvement can be defined as a technique to improve the engineering properties of soils such as shear strength,compressibilty etc. in order to bear heavy structure loads safely. The soil improvement methods which has widespread usage in today, can be categorized into several groups,mechanical improvement and chemical stabilization with admixtures can be listed firstly. Appart from these, the soil reinforcement with fibers is a kind of soil improvement technique, used in geotechnical application in last decades with an increasing demand.Mainly, fiber-reinforcing soil can be defined as mixing soil with discrete elements, fibers which are produced naturally or artificially of several materials as coir(coconut), lingo-cellulosed, palm, straw,polyester, steel and polypropylene. The soil and fiber mixture is not only combined wtih randomly distrubution, but also they can be placed in layers.In addition to fibers? contributions at improving soil properties against static loads, they are also beneficial at reducing the effects of hazards inducing dynamic loading. Many of the researchers still are dealing with understanding fibers? contribution to soils under cyclic loads with laboratory studies.In scope of this research, two types of reconstituted sand specimens which belong to different regions of Turkey are observed under cyclic loads and static loads with a high strain rate. First of all, the specimen,which is liquefied by 23rd October 2012,Van Earthquake Mw = 7.2, are subjected to cyclic triaxial tests in loose state to deterimine its cyclic behavior. And then, its maximum Young Modulus is tried to be determined in small strain level. Next, the fiber-reinforcement is applied this specimen limitedly due to insufficiency of sand specimen. Secondly, another kind of sand specimen is investigated by similar experimental approach. But this time, a series of test conducted on specimens with different conditions. The main purpose of this study is to determine the effect of fiber addition on loose state sands under cyclic loads and static loads with high strain rate. The cyclic and monotonic triaxial tests are performed on loose unreinforced or fiber-reinforced sand specimens, in order to achive this purpose. During the experimental study the remaining parameters such as confinig pressure, relative density,strain rate and aspect ratio are tried to keep constant. Apart from the literature, the fibers are mixed with the specimen in layers. In further studies, the soil-fibers mixture can be modelled in computational programs by considering the parameters such as number of fiber layers and format of fibers in soils.As a conclusion, the results obtained from laboratory work presented that fiber inclusion improves both cyclic and static behavior of loose sand. It also makes soils more resistant against to earthquake-induced liquefaction, depending on the test conditions and fiber content.
Benzer Tezler
- 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
- Experimental study on liquefaction resistance of partially saturated sands at s=70%-80% with emphasis on induced shear strain
%70-%80 doygunluğa sahip kısmi doygun kumların sıvılaşma direncinin birim kayma deformasyonları özelinde deneysel olarak incelenmesi
İSMAİL ALPASLAN CEYLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
- 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 Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA ECE BAYAT
PROF. DR. MEHMET MURAT MONKUL
- Sismik sıvılaşma deney numuneleri için otomatik huni tasarımı ve deney sonuçlarına etkisi
Development of automatic funnel system for cyclic simple shear tests on sandy soils
ŞENAY YENİGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA ECE BAYAT
DOÇ. DR. MEHMET MURAT MONKUL