Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 665962
  2. Yazar: SENA BEGÜM KENDİR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA ECE BAYAT, PROF. DR. MEHMET MURAT MONKUL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 125

Özet

Kohezyonsuz zeminlerin(kum, siltli kum, silt) sıvılaşması geoteknik mühendisliğinde sıkça karşılaşılan ve ciddi hasarlara sebep olan bir zemin davranışıdır. Bu konuyla ilgili bilimsel araştırmalar ciddi bir şekilde 1960'ların başlarında meydana gelen Anchorage, Alaska ve Niigata , Japonya depremleriyle birlikte başlamıştır. Temiz kumların sıvılaşma direncini değiştiren koşulları anlamak için birçok önemli çalışma yapılmıştır. Ancak siltli ya da siltli killi kumlar ile çakıllı zeminlerin sıvılaşabilirliği konusunda ise 2000'li yıllara kadar fikir birliği sağlanamamıştır. Özellikle 1999 Adapazarı,Düzce ve Chi-Chi,Taiwan depremlerinden sonra yapılan vaka analizleri ve çalışmalar siltli zeminler içeren kumların da sıvılaştığını göstermiştir. Bu kapsamda yapılan araştırmalarda, numune hazırlama yöntemi, çevre basıncı (σ'v) , ince dane yüzdesi gibi birçok parametre ve sismik sıvılaşma dirençlerinin arazi deneyleriyle korelasyonları oldukça fazla çalışılmıştır. Zeminin dane dağılımı, çevre basıncı, dinamik yükleme koşulları vb. diğer etkenler sabit tutulduğunda, göreceli sıkılıktaki artış ile beraber sıvılaşma direncinde artış olacağı bilinmektedir. Ancak bu artışın nasıl bir fonksiyon ile ifade edilebileceği hakkında literatürde pek fazla çalışma bulunmamaktadır. Aynı şekilde dane boyutu, dane dağılımı ve farklı siltlerin varlığının siltli kumların sıvılaşma direncine etkisini inceleyen çalışmaların azlığı da dikkat çekmektedir. Bu tezin amacı geoteknik deprem mühendisliğinde dinamik yükler altında göreceli sıkılık (Dr), silt yüzdesi ve silt dane çapı dağılımının siltli kumun sıvılaşma direncini nasıl etkilediğini sorgulamaktır. Bu çalışma kapsamında, farklı dane çapı dağılımlarına sahip üç silt ve temiz Şile Kumu 20/30 kullanılmıştır. Deney programındaki siltlerden; koyu gri renkli TT( taş tozu) silt, İstanbul'un Şile bölgesindeki taş ocağından elde edilmiş ve taş tozunun 200 No'lu standart elek (0.075mm) ile ıslak elenmesiyle üretilmiştir. Beyaz renkli SI (silis) silt, Kırklareli ilinde Lüleburgaz bölgesinde bir kum ocağından elde edilmiştir. Koyu sarı renkte olan İZ (İzmir) silt, İzmir ilinden elde edilen doğal olarak oluşmuş bir zemindir. Her üç silt numunesi de Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistem(USCS)'ine göre ML,düşük plastisiteli silt olarak sınıflandırılmıştır. Plastik olmayan SI, TT ve İZ siltleri temiz Şile Kumu 20/30 içerisine kuru ağırlıkça karıştırılmıştır. Numuneler Şile Kumu 20/30'un içerisine , SI silt %10 ve %20 , TT silt %15 ve %25 , İZ silt %15 ve %20 olacak şekilde karıştırılarak hazırlanmıştır. Deney numununeleri kuru huni yöntemiyle hazırlanmış ve 100 kPa düşey gerilme altında konsolide edilmiştir. Temiz ve siltli kum numununeleriyle üç farklı çevrimsel kayma gerilmesi oranında (CSR=0.08, 0.1 ve 0.12) sabit hacim kontrollü dinamik basit kesme deneyi yapılmıştır. Tezde CSR=0.08, 0.1 ve 0.12 olmak üzere her bir çevrimsel kayma gerilmesi oranında değişik göreceli sıkılıklarda oluşturulan numunelerin sıvılaşma davranışı analiz edilmiştir. Hem temiz hem siltli kumlar için, sabit bir CSR değerinde ve100 kPa düşey gerilme altında yapılan tekrarlı yüklemeler için NL ile Dr arasındaki ilişki üstel bir fonksiyon ile ifade edilmiştir.Sabit bir Dr değerinde ise, CSR ile NL arasında kuvvet fonksiyonuyla değişen bir denklem önerilmiştir.Önerilen denklemlerdeki katsayıların zeminin birçok özelliğinden.(ör: göreceli sıkılığı, dane dağılımı, ince dane yüzdesi vs.) etkilendiği tezin bir başka bulgusudur. Kumun plastik olmayan silt muhteva ettiği durumlarda, ince dane yüzdesinin sıvılaşma davranışını nasıl etkilediği konusunda fikir birliği olmadığı yapılan literatür taraması sonuçlarında gösterilmiştir. Bu tezde, numunelerin ince dane yüzdesinin artışıyla (ince dane oranın %0 ile %25 arasında) zeminlerin sıvılaşma potansiyelinin nasıl değiştiği hem göreceli sıkılık(Dr) hem de boşluk oranları (e) baz alınarak gösterilmiştir. Seçilen sabit boşluk oranları kullanıldığında ise tüm numunelerin sıvılaşma dirençlerinin ince dane yüzdesiyle azaldığı görülmektedir. Gevşek ve orta sıkı numunelerde (Dr= % 30 ve Dr= % 45) düşük ince dane yüzdelerinde (≤%10) İZ siltli numuneler, en büyük sıvılaşma direncine sahipken, TT siltli ve SI siltli numunelerin sıvılaşma dirençleri benzerlik göstermektedir. İnce dane oranları arttıkça (= %15) İZ siltli ve TT siltli numunelerin sıvılaşma direnci artmaya devam ederken SI siltli numunlerin direnci azalış trendine girmiştir. Sıkı numunelerde (Dr=% 60), ince dane oranları arttıkça İZ siltli ve TT siltli numunelerin sıvılaşma direnci artarken SI siltli numunenin sıvılaşma direnci azalmaktadır. Dr= %75 iken ise ince dane oranları arttıkça tüm numunelerin sıvılaşma direnci azalmaktadır.Tezde savunulan bir diğer bulguda diğer koşulların değişmediği deney ortamlarında zeminlerin sıvılaşma potansiyelinin göreceli sıkılık ve ince dane oranı değişiminden kompleks bir şekilde etkilendiğidir. Kumun plastik olmayan silt muhteva ettiği durumlarda, ince dane yüzdesinin sıvılaşma davranışını nasıl etkilediğini araştıran çalışmalar oldukça fazla olmasına rağmen, aynı ince dane yüzdelerinde(aynı silt yüzdelerinde) farklı siltlerle hazırlanan numuneler kullanıldığında sıvılaşma direncinin değişimi ise bir başka araştırma konusudur ve silt boyutunun sıvılaşma davranışı üzerindeki etkisi gibi oldukça az araştırılmıştır. Bu tez çalışması, siltli kumun sıvılaşma direncinin; aynı baz kumun kullanıldığı ve göreceli sıkılık, Dr, ince dane yüzdesi, FC ve ince danelerin plastisitesi, gerilme geçmişi, yükleme koşulları gibi temel parametrelerin aynı olduğu durumlarda bile farklı siltlerden etkilendiğini kanıtlamaktadır. Siltli kumun sıvılaşma direnci, incelenen ince dane aralığı için CRRIZ siltli kum> CRRTT siltli kum> CRRSI siltli kum sırasına göre değişmiştir. Bu sonuçların arkasında yatan mekanizmanın araştırılabilmesi maksadıyla, sonuçlar ek olarak kullanılan zeminlerin boyut özellikleri üzerine irdelenmiştir. Tez çalışmasında kullanılan bütün siltli kum karışımları için, dane dağılımları gözönüne aldığında, ortalama dane çap oranı (D50kum / d50silt) ve üniformlük katsayısı (CU) gibi zeminlerin boyut özelliklerinin sıvılaşma direncini nasıl etkilediği irdelenmiştir. Ortalama dane çap oranının (D50kum / d50silt) değişimi, siltlerin üniformlük katsayıları (CUsilt) ve siltli kumların üniformlük katsayıları (CUsiltlikum) kullanılarak geliştirilen korelasyonlar ile sıvılaşma dirençleri arasındaki ilişki incelenmiştir. Bulgular değerlendirildiğinde, siltli kumlar için yapılan analizlerdede ꭓ, CU, CUsiltlikum ve sıvılaşma direnci, CRR arasında kesin bir ilişki bulunamamıştır. Çalışmalara devam edildiğinde, zeminlerin üniformlük katsayısı (CUkum ve CUsilt) ve ince dane oranının birlikte kullanıldığı bir denklem önerilmiştir. Bu denklemdeki katsayıların hem göreceli sıkılık hemde zeminlerin boyutlarından etkilendiği bilinmektedir. Bu sebeple silt şeklinin etkisinin incelenmesi tezin kapsamı dışında tutulsa da muhtemelen denklemin katsayılarının şekil etkilerini de içerdiği düşünülmektedir. Tez kapsamında son olarak ise önerilen denklemin literatür verileriyle uyumu kontrol edilmiştir. Sabit göreceli sıkılıkta [(CUkum) / (CUsilt ⅹ FC)) azaldıkça zeminlerin sıvılaşma direncinin, CRR azaldığı ve denklemin literatürdede siltli kumlar için oldukça iyi çalıştığı görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Liquefaction of the sands is a soil behavior frequently encountered in geotechnical engineering that causes crucial damage. Geotechnical research on this topic has started with the Anchorage and Niigata earthquakes in the early 1960s. Much important research has been conducted to understand the conditions that change the liquefaction resistance of clean sands. However, there has been no consensus until the 2000s on the liquefaction of silty or silty clay sands. Especially after the Adapazarı and Chi-Chi earthquakes, case studies and researches have shown that the sands containing silt have also become liquefied. In this context, the effect of some parameters such as sample preparation method, confining pressure (σ'v), and fines content on the liquefaction resistance have been analyzed in detail. Besides, correlations between seismic liquefaction resistances and in-situ tests have also been investigated. When grain size distribution of the soil, confining pressure, and dynamic loading conditions are kept constant, the liquefaction resistance of the soil will increase with the increase in the relative density. However, the function of this increasing trend has not been investigated in the literature. Likewise, a few researches examined the effect of grain size, grain size distribution, and different silts on the liquefaction resistance of silty sands. This thesis aims to investigate the effect of the relative density (Dr), silt content, and silt size on the liquefaction resistance of sand under dynamic loads in geotechnical earthquake engineering. Within the thesis, non-plastic SI, TT, and IZ silts with different grain distributions were mixed by dry weight into clean Sile Sand 20/30. Test samples have been prepared by the dry funnel method and consolidated under 100 kPa. Clean sands and silty sand samples were tested with cyclic direct simple shear test with constant volume control at three different cyclic shear stress ratios (CSR = 0.08, 0.1, and 0.12). In the thesis, the liquefaction behavior of the samples was analyzed for different relative densities in each cyclic shear stress ratio. NL and Dr's relationship was expressed with an exponential function for a constant CSR for clean sand and silty sands. At a constant Dr, an equation was proposed between CSR and NL with a power function. Another finding of the thesis was that the coefficients of the proposed equations were affected by the properties of the soils (e.g., relative density, grain distribution, fines content, etc.). It is known that there is no consensus about the effect of fines content on the liquefaction behavior in cases where sand contains silt. The liquefaction potential of silty sands when different silts are used in the same fines content is another research topic. It has not been researched widely, like the effect of silt size on the liquefaction behavior. In this thesis, the changes of liquefaction potential of the soil with the increase of the fines content (between 0% and 25% of the fines content) were shown based on relative density (Dr) and void ratio (e). When the comparison basis was the void ratio, the liquefaction resistance of the samples has decreased with the fines content. In the loose and medium dense samples (Dr = 30% and Dr = 45%) and at the low fines content (≤10%), IZ silty samples have the greatest liquefaction resistance, whereas the liquefaction resistance of the TT and SI silty samples are similar. As fines content increased (= 15%), the liquefaction resistance of IZ silty and TT silty samples continued to increase, while the resistance of SI silty samples had a decreasing trend. In dense samples (Dr = 60%), as the fines content increase, the liquefaction resistance of the IZ silty and TT silty samples increase. In contrast, the liquefaction resistance of the SI silty sample decreases. At Dr = 75%, the liquefaction resistance of the samples decreases as fines content increases. According to the findings advocated in this thesis, when the other conditions are kept constant, the liquefaction potential of the soils has been affected together by the relative density and fines content. Finally, the effect of the grain properties of soils, such as average grain diameter ratio (D50sand / d50silt) and coefficient of uniformity (CU), on all silty sand's liquefaction resistance mixtures was investigated. The correlations from the mean grain diameter ratio (D50sand / d50silt), the coefficients of uniformities of the silts (CUsilt), and the coefficients of uniformity of the silty sands (CUoverall) were used. Thus, the relationship between liquefaction resistance and soils' grain size properties was investigated. The findings of the experimental results were evaluated. According to the results, an equation was proposed. In this equation, the coefficient of uniformity (CU) and fines content was used together. This equation's compatibility has been checked with data obtained from specific literature findings.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    321622

    Çelik ve kompozit boruların çarpma davranışı ve koruyucu yapıların etkileri

    The impact behaviour of steel and composite pipes and effects of protective structures

    ONUR GEZER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR ANIL

  2. Tez No

    201263

    Gömülü borulara etkiyen düşey ve yatay yüklerin boru stabilitesine olan etkilerinin araştırılması

    Investigation of the effects of vertical and lateral loads on the stability of buried pipes

    NİYAZİ UĞUR TERZİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SÖNMEZ YILDIRIM

  3. Tez No

    55769

    Kumlarda denge durumu

    Başlık çevirisi yok

    MAHMUT DEĞERLİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. AYFER ERKEN

  4. Tez No

    571470

    An experimental investigation into the effects of high thermal mass on building performance

    Yüksek ısıl kütlenin bina başarımı üzerine etkilerinin deneysel incelenmesi

    ÖZGÜR KARATAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAHSİN BAŞARAN

    DOÇ. DR. MEHMET AKİF EZAN

  5. Tez No

    518478

    PEM yakıt hücresi performansı üzerine anizotropik elektriksel iletkenlik ve direnç etkilerinin deneysel ve sayısal araştırılması

    Experimental and numerical investigation of anisotropic electrical conductivity and resistance effects on PEM fuel cell performance

    MERT TAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    EnerjiErciyes Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞAH ELDEN

Geri Dön