Düşük ve yüksek plastisiteli doygun olmayan kil zeminlerin mühendislik özelliklerinin deneysel olarak araştırılması ve sonuçlarının istatistiksel olarak değerlendirilmesi
Experimental investigation of the engineering properties of low and high plasticity unsaturated clay soils and statistical evaluation of the results
- Tez No: 978500
- Danışmanlar: PROF. DR. SIDDIKA NİLAY KESKİN, PROF. DR. ŞEMSETTİN KILINÇARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geleneksel mühendislik yaklaşımlarında zeminler genellikle tamamen suya doygun kabul edilmekte; bu durum ise gerçekçi saha koşullarını yansıtmamaktadır. Bu yüzden, doygun olmayan zemin mekaniği hem akademik araştırmaların hem de saha uygulamalarının merkezinde yer almaktadır. Özellikle iklim değişikliğinin neden olduğu ekstrem hava olayları ve kuraklık dönemleri, doygun olmayan zemin davranışlarının mühendislik önemini artırmakta ve bu alandaki çalışmaların sürekliliğini zorunlu kılmaktadır. Bu tez çalışmasında, düşük ve yüksek plastisiteli doygun olmayan kil zeminlerin mühendislik özelliklerini laboratuvar deneyleri ile inceleyerek, elde edilen verileri istatistiksel analizler ışığında değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Farklı plastisite özelliklerine sahip kil zeminlerde, doygun olmayan koşulların kesme dayanımı ve deformasyon davranışı üzerindeki etkilerinin deneysel olarak ortaya konulması, deneysel verilerin istatistiksel yöntemlerle değerlendirilerek daha güvenilir ve genellenebilir sonuçların elde edilmesi, elde edilen sonuçların, mühendislik tasarımlarında kullanılabilecek öngörücü modellerin geliştirilmesine katkı sağlayarak, doygun olmayan zemin mekaniğinin mühendislik pratiğine entegrasyonuna yönelik bilimsel veri seti sunulmuştur. Bu çalışmada, öncelikle düşük ve yüksek plastisiteli doygun olmayan kil zeminlerin temel indeks özelliklerini belirlemek amacıyla elek analizi, hidrometre deneyi, kıvam limitleri, piknometre testi ve standart proktor deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonra düşük ve yüksek plastisiteli doygun olmayan zeminlerin mühendislik davranışlarını doğru tanımlamak için kuruma yöntemi ile zeminin farklı emme değerleri altında su içeriği () - doygunluk derecesi (S) ilişkileri tanımlanarak zemin-su karakteristik eğrileri (SWCC) çizilmiştir. Bununla birlikte, standart proktor deneyi sonuçlarından elde edilen optimum su içeriği (opt) ve maksimum kuru birim hacim ağırlığına (kmax) bağlı olarak; düşük plastisiteli doygun olmayan kil zemin numuneleri optimum sıkılıkta olmak üzere S = %71, bu sıkılığın ±5 (%66, %76) ve ±10 (%61, %81), yüksek plastisiteli doygun olmayan kil zemin örnekleri de optimum sıkılıkta olmak üzere S = %87 , bu sıkılığın ±5 (%82, %92) ve ±10 (%77, %97) olmak üzere her iki doygun olmayan zemin kil numuneleri beş farklı doygunluk derecesinde, üç tekrarda hazırlanmıştır. Hazırlanan numuneler, doğrudan kesme deneyi, serbest basınç deneyi ve üç eksenli basınç deneyi olmak üzere üç farklı laboratuvar testine tabi tutulmuştur. Her bir zemin grubu için 60 adet (toplamda 120) doğrudan kesme deneyi (DKD), 15 adet (toplamda 30) serbest basınç deneyi (SBD) ve 60 adet (toplamda 120) üç eksenli basınç deneyi (UEBD) gerçekleştirilmiştir. Deneyler, 1 mm/dk sabit yükleme hızıyla uygulanmış ve doğrudan kesme deneyinden kayma gerilmeleri ile kesme dayanımı () parametreleri olan; kohezyon (c) ve içsel sürtünme açısı (φ) değerleri, serbest basınç deneyinden; serbest basınç dayanımı (qu) ile kohezyon değerleri, üç eksenli basınç deneyinden; deviatorik gerilme (1–3), büyük asal gerilme (1), kayma gerilmeleri ile kohezyon ve içsel sürtünme açısı değerleri elde edilmiştir. Daha sonra üç eksenli basınç deneyinden elde edilen deneysel veriler kullanılarak geliştirilen Yapay Sinir Ağı (YSA) modellerinde giriş değişkenleri olarak hücre basıncı (3), doygunluk derecesi ve emme değerleri; çıkış değişkenleri olarak ise deviatorik gerilme tanımlanmıştır. Ayrıca modellerin performanslarını belirleyebilmek için regresyon katsayısı (R²) gibi istatistiksel hata kriterleri hesaplanmıştır. İstatistiksel parametreler değerlendirilmiş ve yüksek doğrulukla sonuçlar elde edilmiştir. Bu çalışma, doygun olmayan zeminlerin mühendislik davranışlarının anlaşılması ve tahmin edilmesinde deneysel yöntemlerin ve yapay zekâ modelleme yöntemlerinin etkin bir şekilde kullanılabileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In conventional engineering approaches, soils are commonly assumed to be fully saturated; however, this assumption does not reflect realistic field conditions. Therefore, unsaturated soil mechanics has come to the forefront of both academic research and field applications. Extreme weather events and periods of drought driven by climate change have increased the engineering significance of unsaturated soil behavior and made sustained research in this field essential. This dissertation aims to investigate, through laboratory testing, the engineering properties of low and high-plasticity unsaturated clay soils and to evaluate the resulting data using statistical analyses. By experimentally demonstrating the effects of unsaturated conditions on the shear strength and deformation behavior of clays with different plasticity characteristics, and by assessing the experimental results using statistical methods to obtain more reliable and generalizable findings, the study provides a scientific data set that contributes to the development of predictive models for engineering design, thereby facilitating the integration of unsaturated soil mechanics into engineering practice. In this study, to determine the basic index properties of low and high‑plasticity unsaturated clay soils, sieve analysis, hydrometer analysis, Atterberg limits, pycnometer testing, and Standard Proctor compaction tests were first performed. To accurately characterize the engineering behavior of the low and high‑plasticity unsaturated soils, soil–water characteristic curves (SWCC) were plotted by establishing water content (w) / degree of saturation (S) relationships under different suction levels along a drying path. Based on the Standard Proctor results, optimum water content (opt) and maximum dry unit weight (kmax) specimens of the low‑plasticity unsaturated clay were prepared at five degrees of saturation centered on the optimum condition: S = 71% (optimum), with ±5% (66%, 76%) and ±10% (61%, 81%) variations. High‑plasticity unsaturated clay specimens were similarly prepared at five saturation levels centered on S = 87% (optimum), with ±5% (82%, 92%) and ±10% (77%, 97%). All specimens were prepared in triplicate. The prepared specimens were then subjected to three laboratory tests: direct shear test (DST), unconfined compression test (UCT), and triaxial compression test (TX). For each soil group, 60 direct shear tests (120 in total), 15 unconfined compression tests (30 in total), and 60 triaxial compression tests (120 in total) were conducted. All tests were carried out at a constant loading rate of 1 mm/min. From the direct shear tests, shear stresses and the shear strength parameters; cohesion (c) and internal friction angle (φ) were obtained; from the unconfined compression tests, unconfined compressive strength (qu) and cohesion values were determined; and from the triaxial tests, deviatoric stress (σ₁–σ₃), major principal stress (σ₁), shear stresses, and the parameters c and φ were derived. Subsequently, in the Artificial Neural Network (ANN) models developed using the experimental data obtained from the triaxial compression test, the input variables were defined as cell pressure (σ₃), degree of saturation, and suction values, while the output variable was defined as deviatoric stress. In addition, statistical error criteria such as the coefficient of determination (R²) were calculated to evaluate the performance of the models. The statistical parameters were assessed, and results with high accuracy were obtained. This study demonstrates that experimental methods and artificial intelligence modeling techniques can be effectively utilized in understanding and predicting the engineering behavior of unsaturated soils.
Benzer Tezler
- Doygun olmayan zeminlerde şev stabilite analizi
Slope stability analysis for unsaturated soils
ÖZGÜN GÖKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYKUT ŞENOL
- 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
- İnce daneli zeminlerde kil içeriğinin kayma direncine etkisi
Effect of the clay content on shear strength in fine-grained soils
İREM BAĞCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Jeoloji MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTAN BOL
- Çöp sızıntı suyunun kumların davranışları üzerindeki etkisi
The effect of leachate on the behavior of sand
AYTAÇ YAŞARGÜN
Doktora
Türkçe
2023
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER ERKEN
- Gölbaşı (Ankara) yerleşim alanı killerinin şişme potansiyelinin belirlenmesi ve kireç ile iyileştirme
Determination of the swelling potential of Gölbaşi (Ankara) region clays and stabilization with lim
YUSUF ZİYA ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. NAİL ÜNSAL