Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 856927
  2. Yazar: İSMAİL ALPASLAN CEYLAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  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: 111

Özet

Sıvılaşma sebep olduğu ciddi hasarlardan dolayı geoteknik mühendisliğinin en önemli araştırma konularından bir tanesidir. Zemin mekaniği ve geoteknik mühendisliği bağlamında sıvılaşma, tam doygun veya kısmi doygun zeminlerin deprem gibi bir ani yükleme altında aşırı boşluk suyu basıncındaki ani artışla birlikte boşluk suyu basıncının düşey efektif gerilmeye eşit olmasıyla daneler arasındaki etkileşimin kopması kaynaklı zeminin viskoz sıvı gibi davranmasıdır. Sıvılaşma, yapılarda taşıma gücü kayıpları meydana getirmekte, zeminde yüksek oturmalar ve yanal kaymalara yol açmaktadır. Dolayısıyla inşaat öncesinde veya sonrasında yapıların inşa edildiği zemindeki sıvılaşma kaynaklı olası hasarların engellenmesi için ilgili bölgenin iyileştirilmesi gerekmektedir. Günümüze kadar sıvılaşma potansiyeli olan zeminlerin iyileştirilmesi üzerine hem sahada hem de deneysel olarak pek çok farklı yöntem uygulanmış ve araştırılmaya devam etmektedir. Fakat mevcut yöntemlerin çoğu inşaat öncesinde zeminin iyileştirilmesi üzerinedir veya uygulaması halinde de maliyetlidir. Mevcut yapıların çoğunda sıvılaşma kaynaklı problemlerin çözülmesine yönelik herhangi bir zemin iyileştirmesi olmadığından dolayı özellikle günümüz mevcut yapıları için zeminin iyileştirilmesi önem arz etmektedir. Araştırmacılar kısmi doygun zeminlerin tam doygun zeminlere göre sıvılaşmaya karşı direncinin daha yüksek olduğunu keşfettikten sonra zeminlerin doygunluk derecelerini azaltarak zemin iyileştirilmesi yöntemleri geliştirmeye başlamışlardır. Bu bağlamda özellikle mevcut yapıların oturduğu zeminin iyileştirilmesinde de kullanılabilecek kısmi doyguna indirgeme (KDİ) yöntemi geliştirilmiştir. Kısmi doyguna indirgeme yöntemi mevcut halde tam doygun olan zeminin farklı metotlarla kısmi doyguna indirgenmesi yöntemidir. KDİ hem mevcut yapılara uygulanabilirliği hem de ekonomik olmasından dolayı tercih edilebilir yöntemlerden bir tanesidir. Bu tez kapsamında İstanbul Teknik Üniversitesi Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Zemin Dinamiği Laboratuvarında Hücre Basınçlı Dinamik Basit Kesme (DSS-C) cihazıyla tam doygun ve kimyasal kullanarak KDİ yöntemiyle hazırlanmış kısmi doygun numuneler üzerinde drenajsız gerilme kontrollü sıvılaşma deneyleri uygulanmıştır. DSS-C cihazı emsallerinden farklı olarak numunelerin membran içerisinde hazırlanıp dinamik üç eksenli cihazlarındaki gibi çevre basıncı uygulaması şansı tanır. Bu sayede konsolidasyon aşamasıyla da numune için cihazın karşılayabildiği basınç sınırları içerisinde istenilen derinlikteki ortam yaratılabilir. Drenajsız gerilme kontrollü çevrimsel yükleme deneyleri kötü derecelenmiş Şile (40-45) kumu üzerinde uygulanmıştır. Öncelikli olarak kısmi doygun kum numuneler üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Deney için ilk önce hazırlanan numunenin cihaza kurulumu tamamlanır. Ardından deney prosedürü olan doyurma, konsolidasyon ve sıvılaşma aşamaları uygulanarak deney tamamlanır. Kısmi doygun numuneler için önceden belirlenmiş tahmini sıkılık değerine karşılık eklenmesi gereken kum, su ve sodyum perkarbonatın miktarları belirlenerek ıslak yağmurlama yöntemiyle numuneler hazırlanır. Sodyum perkarbonat su ile tepkimeye girerek numune içerisinde hava kabarcıkları oluşturur ve aynı hacimde suyun zemin içerisinden çıkmasını sağlar. Ardından tepkimenin tamamlanması için 24 saat beklendikten sonra numune üzerindeki su alınarak geri kalan ölçümler ve kurulumlar tamamlanır. Deney prosedürü üç temel aşamadan oluşur: doyurma, konsolidasyon ve sıvılaşma. Doyurma aşamasında tam doygun numuneler elde edebilmek için yüksek geri basınç değerlerinde numune su ile beslenmiştir. Fakat kısmi doygun numuneler için içerisindeki havanın çözünmesine mahal vermeden düşük basınçlarda doyurma aşaması tamamlanır. Ardından konsolidasyon aşamasında izotropik şartlarda 100 kPa düşey efektif gerilme altında numune konsolide edilir. Düşey efektif gerilmenin 100 kPa seçilmesinin sebebi sıvılaşma direncinin belirlenmesinde kullanılan basitleştirilmiş yöntem için %75 doygunluk derecesindeki kısmi doygunluk direnç faktörü geliştirilmesinin amaçlanmasıdır. Doyurma ve konsolidasyon aşamalarında numune elastik membran içerisinde hazırlanmış olduğu için hacim değişimine ve aşamalardaki su giriş çıkışı kaynaklı da doygunluk derecesinde değişikliğe maruz kalmaktadır. Dolayısıyla numunenin nihai rölatif sıkılık ve doygunluk derecesi için konsolidasyon aşaması sonundaki değerleri göz önüne alınmıştır. Sıvılaşma aşamasında numune 1 Hz frekansında sinüzoidal dalga formunda drenajsız gerilme kontrollü yüklemeye maruz bırakılmıştır. Bu çalışma kapsamında numunede aşırı boşluk suyu basıncının düşey efektif gerilmeye eşit olduğu anda yani aşırı boşluk suyu basıncı oranının bire eşit (ru=1) olduğu ana kadar çevrimsel yüklemeye devam edilmiş ve sıvılaşma başlangıç kriteri olarak kabul edilmiştir. Toplamda 46 adet kısmi doygun ve 10 adet tam doygun numune üzerinde deneyler gerçekleştirilmiş fakat deney aleti kaynaklı meydana gelen problemler nedeniyle bütün deneylerden güvenilir veriler elde edilememiştir. Dolayısıyla bu çalışmada 25 kısmi, 4 adet de tam doygun numune üzerinde yapılan deneylerin sonuçları sunulabilmiştir. Kısmi doygun numuneler ortalama %40, %50 ve %60 rölatif sıkılık (Dr) değerlerinde ve ortalama %75 doygunluk derecesinde (S), ayrıca tam doygun numuneler ortalama %60 rölatif sıkılık değerinde elde edilmiştir. Tezin öncelikli amaçlarından bir tanesi S=%75 doygunluk derecesi ve Dr=%40, %50 ve %60 sıkılık değerleri altında uygulanan belirli çevrimsel gerilme oranlarıyla sıvılaşma direnç eğrilerinin elde edilmesidir. Elde edilen değerler ile doygunluk derecesi, rölatif sıkılık ve çevrimsel gerilme oranının kısmi doygun zeminlerde sıvılaşma direncine olan etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak rölatif sıkılık değerinin artması veya doygunluk derecesinin azalmasıyla sıvılaşma direncinin arttığı gözlemlenmiştir. Rölatif sıkılık derecenin yükselmesi veya doygunluk derecesinin azalmasıyla sıvılaşma için gerekli çevrimsel gerilme oranı artmıştır. Sabit rölatif sıkılık ve doygunluk derecelerinde çevrimsel gerilme oranı arttığı taktirde aşırı boşluk suyu basıncı oluşumunun hızlandığı ve sıvılaşma çevrim sayılarının düştüğü görülmüştür. Bunun yanında aynı rölatif sıkılık değerine sahip farklı doygunluk derecelerindeki eğrilerden tüm sıvılaşma çevrim sayıları oranlanarak normalize sıvılaşma direnç eğrileri çıkarılmıştır. Çıkarılan normalize sıvılaşma direnç eğrilerine bakılarak da sıkılık derecesinin etkisi gözlemlenmiştir. Elde edilen verilerin yardımıyla kısmi doyguna indirgeme yöntemiyle iyileştirilmiş bir kum zeminin sıvılaşma potansiyelinin değerlendirilebilmesi için nihayetinde TBDY 2018'de kullanılan basitleştirilmiş yöntemde uygulanabilmesi amacıyla S=%75 doygunluk seviyesi için kısmi doygunluk direnç faktörü (KPS) geliştirilmiştir. Ayrıca bu çalışma kapsamında, kısmi doyguna indirgenmiş kum zeminlerin DSS-C cihazı ile uygulanan drenajsız gerilme kontrollü çevrimsel yüklemeler altındaki birim kayma deformasyon davranışı incelenmiştir. Bu bağlamda kısmi doygun zeminlerde çevrimsel gerilme oranının arttıkça ru=1'e ulaştığı andaki çevrim sayısına denk gelen birim kayma deformasyonunun da rölatif sıkılıktan bağımsız arttığı gözlemlenmiştir. Özellikle kısmi doygun numunelerin sıvılaşma dirençleri arttığı için tam doygun numunelerin aksine sıvılaşmaya ulaşabilmek amacıyla yüksek çevrimsel gerilme oranları uygulanmıştır. Dolayısıyla ru=1 değerine ulaşana kadar numuneye uygulanan yüksek çevrimsel gerilmelerden kaynaklı birim kayma deformasyon grafiğinde referans ekseninden kaymalar gözlemlenmiştir. Bu çalışma kapsamında %75 doygunluk seviyesi için kısmi doygunluk direnç faktörü (KPS) basitleştirilmiş yöntemde kullanılmak üzere geliştirilmiş ve kısmi doygun kum zeminlerin yüksek çevrimsel kayma gerilmeleri altındaki birim kayma deformasyon davranışı incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

Liquefaction is one of the most important research topics in geotechnical engineering due to the severe damage it causes. In soil mechanics and geotechnical engineering, liquefaction is the behavior of fully saturated granular soils, mostly sands and silty sands, as a viscous liquid due to an increase in excess pore water pressure under a dynamic loading such as an earthquake. Consequently, the soil loses the interaction between the grains when the pore water pressure is equal to the vertical effective stress. Liquefaction causes loss of bearing capacity in structures, high settlements, and lateral spreading in the soil. A range of soil improvement methods have been developed so far to increase the liquefaction resistance of soils. However, most of the common methods are based on soil remediation before construction. After researchers realized that partially saturated soils have higher liquefaction resistance than fully saturated soils, soil improvement methods by reducing the degree of saturation of soils were started to investigate. In this context, the induced partial saturation (IPS) method, which can be applied to sites with existing structures, was developed. In this study, stress-controlled undrained cyclic simple shear tests were performed with the dynamic simple shear with confining pressure (DSS-C) device in the Istanbul Technical University Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Soil Dynamics Laboratory. Experiments were conducted on fully saturated and partially saturated Sile (AFS 40-45) sand samples treated with IPS. Sodium percarbonate was used to apply the IPS method. Sodium percarbonate reacts with water to create air bubbles in the sample and causes the same volume of water to escape from the soil. After partially saturated and fully saturated samples were prepared using the wet pluviation method, the tests were processed in three stages: saturation, consolidation, and liquefaction. The final degree of saturation and relative density were determined from the values at the end of the consolidation stage. Fully and partially saturated samples were consolidated under vertical effective stress of 100 kPa, and experiments were conducted on different relative densities, degrees of saturation, and CSR values. The reason for choosing a vertical effective stress of 100 kPa is to develop a partial saturation resistance factor at 75% degree of saturation for the simplified procedure used to determine the liquefaction resistance. During the liquefaction stage, the sample was subjected to stress-controlled undrained cyclic loading in the sinusoidal waveform at 1 Hz. Within the scope of this study, cyclic loading was continued until the moment when the excess pore water pressure in the specimen was equal to the vertical effective stress, that is, when the excess pore water pressure ratio was equal to one (ru=1), and it is was accepted as the initial liquefaction. In total, 46 partially saturated and 10 fully saturated specimens were tested. Due to problems with the DSS-C testing device, reliable data could not be obtained from all experiments. Therefore, in this study, the results of the experiments on 25 partially saturated and four fully saturated samples were presented. Partially saturated specimens were obtained at an average relative density (Dr) of 40%, 50%, 60%, and an average degree of saturation (S) of 75%, and fully saturated specimens were obtained at an average relative density of 60%. One of the primary objectives of the thesis is to obtain the liquefaction resistance curves with certain cyclic stress ratios applied under S=75% degree of saturation and Dr=40%, 50%, and 60% relative density. With the tests performed, the effects of degree of saturation, relative density, and cyclic stress ratio on the liquefaction resistance of partially saturated sands were evaluated. Consequently, it is realized that the liquefaction resistance increases with the rise in the relative density or the drop in the degree of saturation. The cyclic stress ratio to reach liquefaction increased with increasing relative density or decreasing degree of saturation. It was noticed that if the cyclic stress ratio increased at constant relative density and degree of saturation, the excess pore water pressure generation accelerated; moreover, the number of cycles to liquefaction decreased. The effect of the relative density was also observed in the normalized liquefaction resistance curves. The partial saturation resistance factor (KPS) was developed for a 75% degree of saturation in order to evaluate the liquefaction potential of sand soil treated by the IPS to apply in the simplified procedure. In addition, in this study, the shear strain behavior of partially saturated sands under stress-controlled undrained cyclic loading by DSS-C device was investigated. It was observed that as the cyclic stress ratio increases, the shear strain corresponding to the number of cycles at the moment when ru=1 increases independently of the relative density. Since the liquefaction resistance of partially saturated specimens increased, high cyclic stress ratios were applied in order to reach liquefaction, unlike fully saturated specimens. Deviations in the initial reference points of some samples due to large shear strain were noticed. In this study, a partial saturation resistance factor (KPS) was developed for a 75% degree of saturation for use as a CRR curve in the simplified procedure; moreover, the shear strain behavior of partially saturated sand soils under high cyclic shear stresses was investigated.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    714800

    Siltli zeminlerin sıvılaşma davranışının enerji temelli yöntemle incelenmesi

    Investigation of liquefaction behavior of silty soils using energy based methods

    FURKAN KUNDUZCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat MühendisliğiEge Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELİM ALTUN

  2. Tez No

    387738

    Effects of consolidation characteristics on CPT cone resistance and liquefaction resistance in silty soils

    Siltli zeminlerde konsolidasyon karakterlerinin CPT koni direncine ve sıvılaşma direncine etkisi

    MUSTAFA KARAMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Deprem Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. NURHAN ECEMİŞ

  3. Tez No

    315300

    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

    SİNAN SARĞIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYFER ERKEN

  4. Tez No

    439511

    Effects of gradation, fines content and silt shape characteristics on static liquefaction of loose sands

    Dane dağılımı, ince dane oranı ve silt dane şekil özelliklerinin kumdaki statik sıvılaşma davranışına etkisi

    EHSAN ETMINAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYKUT ŞENOL

    DOÇ. DR. MEHMET MURAT MONKUL

  5. Tez No

    780213

    Uçucu küllerin kumlu zeminlerin sıvılaşma davranışı üzerindeki etkileri

    Influence of fly ash gdsv on the liquefaction behavior of sandy soils

    MURAT EYİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Nükleer MühendislikMuş Alparslan Üniversitesi

    Nükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDÜLHAKİM ZEYBEK

Geri Dön