NİĞDE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
INS3003 ZEMİN MEKANİĞİ-I
LABORATUVAR DENEYLERİ
Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Osman SİVRİKAYA
RAPOR 1
Hazırlayan: Öğrencinin Numarası ve Adı Soyadı
13 Ağustos 2014
NİĞDE
İÇİNDEKİLER
ÖZET
1 – GİRİŞ
2 – ELEK ANALİZİ
2.1 – KONU
2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
2.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
2.4 – YORUM
2.5 – SONUÇ
3 – HİDROMETRE ANALİZİ
3.1 – KONU
3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
3.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
3.4 – YORUM
3.5 – SONUÇ
4 – ATTERBERG (KIVAM) LİMİTLERİ
4.1 – KONU
4.2 – DENEYİN YAPILIŞI
4.2.1 - DOĞAL SU MUHTEVASI
4.2.2 – LİKİT LİMİT
4.2.3 – PLASTİK LİMİT
4.2.4 – RÖTRE LİMİT
4.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
4.4 – YORUM
4.5 – SONUÇ
5 – DANE BİRİM HACİM AĞIRLIĞI
5.1 – KONU
5.2 – DENEYİN YAPILIŞI
5.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
6 – RELATİF SIKILIK
6.1 – KONU
6.2 – DENEYİN YAPILIŞI
6.3 – BULGULAR / HESAPLAMALAR
6.4 – YORUM - SONUÇ
7 - SONUÇ
KAYNAKLAR
EKLER (TABLOLAR, ŞEKİLLER, ABAKLAR ve FÖYLER)
ÖZET
Bu çalışmada zeminlerin kabaca mühendislik ve fiziksel özelliklerinin belirlenmesi
ve bir sınıflandırmaya gidilebilmesi için numuneler üzerinde endeks deneyleri yapılmıştır.
Bu deneyler; elek analizi (kaba daneli numunelerde), hidrometre deneyi (ince daneli
numunelerde), kıvam limitleri (likit, plastik ve lineer rötre limitleri) deneyleri, su
muhtevasının ve kuru birim hacim ağırlığının belirlenmesi için yapılan deneylerdir.
Deneylerin tamamında aynı zemin numunesi kullanılmadığı için elde edilen
somuçlar
bir
bütün
olarak
değerlendirilememiş,
her
numune
kendi
içinde
değerlendirilmiştir.
1 - GİRİŞ
Zemin olarak nitelendirilen malzeme, birleşimi bakımından farklı birçok
malzemeyi bünyesinde bulundurur.
Bu yüzden zeminlerin arazideki yüklemeler
(mühendislik yapıları) altındaki davranışlarını analiz etmek, mühendislik tasarımı için
gerekli parametreleri bulmak ve tüm zeminler için geçerli bir davranış modeli kurmak son
derece güçtür. Bu nedenle zemini belirli standart sistemlere göre sınıflandırmak gerekir.
Zeminleri sınıflandırmanın amacı, zeminleri özelliklerine göre gruplandırmaktır.
Belli tür zeminlerin belli özelliklerinin olacağı aşikârdır.
Zeminin sınıfı bilindiğinde,
özellikleri de genel olarak belli olur. Bilindiği üzere; zemin, hem zemin altında taşıyıcı
ortamdır, hemde örneğin toprak barajlarda olduğu gibi malzeme olarak kullanılır. Ayrıca
geoteknik alanında yapılan çalışmalar, araştırmalar, zeminin sınıfı (zeminin cinsi)
belirtilerek yayınlanmaktadır.
Zeminin sınıfı belirtilmezse, bilgilerin birikimi veya
geleceğe aktarılması imkânsız hale gelir (Uzuner, 1998).
Zeminler genel olarak; dane, su ve hava olmak üzere üç fazlı bir yapıdadır. Bu üç
unsurun birbirleriyle olan ilişkileri ve bu ilişkilerin hem hacimsel hemde ağırlıksal olarak
belirlenmesi zeminlerin tanımlanması ve sınıflandırılmasında önemli yer tutar. Zeminler
oluşumları açısından iki gruba ayrılır. Bunlar mekanik ve kimyasal aşınmadır. Mekanik
aşınma; fiziksel kuvvetler sonucu ana kayanın ufalanması, Kimyasal aşınma ise suların,
asitlerin, alkali malzemelerin ana kaya ile reaksiyona ana kayayı ufalamasıdır.
Zeminin içyapısı, zemin içinde organik madde miktarı, bağlayıcı madde
(çimentolaşma) varlığı, zeminin endeks özelliklerini etkiler. Zeminler, en genel olarak
doğada ince daneli ve iri daneli zeminler olmak üzere ikiye ayrılabilir.
İri daneli
zeminlerde yerçekim kuvvetleri etken olurken ince daneli zeminlerde ise, zeminin bir
parçası olarak içini ve çevresini saran su tabakasından dolayı çekim kuvvetleri etkendir.
Bundan dolayı; daneleri birbirinden ayrık şekli, boyutları ve miktarları önem teşkil eden iri
daneli zeminleri sınıflandırmak için, elek analizi kullanılır. Bunun yanında, ince daneli
zeminleri sınıflandırrmak için, ince daneli zeminde önemlilik arzeden su muhtevası
miktarları belirlenerek ve sedimantasyon deneyi (Hidrometre veya Pipet analizi) yapılarak
sınıflandırılır. İnce daneli zeminlerden olan fakat yapısı ve davranışı farklı olan ayrıca alt
bir sınıf olarak tanımlanabilir olan Organik Zeminler söylenebilir.
En çok kullanilan endeks özellikleri; daneye bağlı olarak su muhtevası (w), boşluk
oranı (e), kuru birim hacim ağırlığı (k), dane birim hacim ağırlığı (s), doygunluk derecesi
(Sr), relatif sıkılık (Dr) ve dane dağılımı, suya bağlı olarak da likit limit (wL), plastik limit
(wp), rötre limiti (ws), yapışma limiti, lineer rötre (Ls), şişme kapasitesi gibi özelliklerdir
(Şekil 1).
Kaba daneli zeminlerin dane dağılımının belirlenebilmesi için etüvde kurutulan
zemin farkli çaplardaki eleklerden (3/4, 3/8, 4, 10, 40, 70, 100, 200 No’lu) elenerek, her
elek üzerinde kalan malzeme tartılıp bulunan degerlerin, yatay ekseni dane çapı (elek çapı),
düşey
eksende
elekten
geçen
malzeme
yüzdesini
gösteren
eksen
takımında
isaretlenmesiyle zeminin dane dağılımı (Granülometri Egrisi) elde edilir. Bu eğri 200
No’lu eleğe kadar devam eder. 200 No’lu elekten geçen malzeme için Hidrometre deneyi
yapilir. Bu deneyde dereceli silindir kapta hazırlanan solüsyon içine numune konur ve
çalkalanir. 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1saat, 2 saat, 4 saat ve 8 saat icin hidrometri
aleti daldirilarak ölçüm yapılır. Bu hidrometre analizi sonucunda zemin icindeki kil ve silt
oranının belirlenmesi mümkün olmaktadır.
İnce daneli zeminlerin kıvam limitlerinin bulunmasi için zemin 40 No’lu (0.42 mm
çaplı) elekten elenir ve alta geçen malzemede deneyler yapılır. Bu çalışmada likit limit ve
plastik limit deneyleri yapılmıştır.
Bunun için elekten alta geçen malzemeye farklı
oranlarda su katılarak, iyice karıştırılıp Casagrande aletinin pirinç yuvasina 1 cm kalınlık
olacak şekilde yerleştirilip aletin kolunu saniyede 2 kere çevirip zemin numunesinde açılan
yarığın kapandığı vuruş (düşüş) sayısı belirlenir.
Numune, darası belli kaplarda
kurutularak su muhtevası saptanır. Bu işlem en az üç kez tekrarlanir. Elde edilen değerler
su muhtevası-vuruş sayısı eksen takımında işaretlenerek, bu noktalardan geçen en uygun
doğru çizilir. 25 vuruş sayısına denk gelen su muhtevası bizim likit limit değerini verir.
Plastik limit değeri için yine 40 No’lu elekten geçen malzemeden 40 gr numune alınarak
bir miktar su ile karıştırılıp ufak parçalar alınır. Avuç içi ile düz bir yüzey üzerinde zemin
çapı 3 mm olana kadar devam edilir ve bu noktada çatlaklar gözlenir. Bu işlem diğer
küçük parçalar içinde tekrarlanır. 3 mm çapında kırılmış numuneler etüvde kurutulup su
muhtevaları bulunur. Bulunan su muhtevası, plastik limit değeridir.
Kumların önemli özelliklerinden biri de “Rölatif Sıkılık” (Dr) larıdır. Dr yi bulmak
için çok farklı metodlar geliştirilmiştir. Bu metodların hemen hemen hepsinde hata payları
vardır.
ASTM yöntemi standart sapmaların az olması nedeni ile tercih edilebilir. Dr
kumların derecelenmesi (sıkılığı) hakkında bilgi verir.
“Dane Birim Hacim Ağırlığı” (s) da malzemelerin özellikle kumların önemli
özelliklerindendir. Zemin davranışının incelenmesinde önemlidir.
Zeminlerin tabii ve karmaşık malzeme olmaları nedeni ile fiziksel özelliklerinin
doğru değerlendirilmemesi, temel kavramların anlaşılmaması ve yeterli tecrübeye sahip
olmadan güvenli ve ekonomik mühendislik çözümleri elde etmek zordur. Bu nedenle
zeminlerin endeks özelliklerinin doğru bulunması ve yorumlanması son derece önemlidir.
2 – ELEK ANALİZİ
2.1 - KONU
Doğal zeminleri oluşturan katı daneler çok değişik ve çeşitli boyutlardadır. Fakat
aynı zemin içinde birbirlerinden çok farklı boyutlarda daneler bulunabilmektedir. Dane
çapının önemi bakımından, belirli çap sınırları arasında bulunan daneleri kapsayan ve
tanımlayan bir isimlendirme sistemine gerek vardır.
Ana sınıflandırma sınırlarını
belirleyen çaplardaki değişiklikler sebebiyle birbirlerinden farklı sınıflandırma sistemleri
geliştirilmiştir.
Bunlardan en çok kullanılanlar:
Birleşik zemin sınıflandırması,
Karayolları zemin sınıflandırması ve Üçgen sınıflandırma sistemlerini sayabiliriz (Uzuner,
1998).
Deneyde
kullanılan
malzeme
birleşik
zemin
sınıflandırmasına
göre
sınıflandırılmıştır.
Zeminlerin, dane çaplarına göre sınıflandırılmasında en çok kabul gören sınır
değerleri Tablo 2.1 de gösterilmiştir. Tablo 2.1 de; çakıllar ve kumlar iri daneli, siltler ve
killer ince daneli zemin olarak nitelendirilmektedir. İri daneli zeminlerde kendi aralarında
kaba, orta ve ince olarak alt gruplara ayrılmaktadır (Özaydın, 1989).
Doğal zeminler farklı boyuttaki danelerin karışımından meydana geldiği için dane
boyutlarının dağılımını ve zeminin esas olarak hangi gruba girdiğini deneysel olarak
yapılan çalışmalar sonucunda saptamak gerekir.
Deneylerde dane şekli küresel kabul edilmiştir. Gerçekte daneler küresel olmadığı
için tek bir dane çapının, onların üç boyutlu büyüklüklerini tanımlamakta yeterli olmadığı
açıktır. İri daneli zeminlerde dane çapı danenin en büyük boyutuna ince daneli zeminlerde
ise eşdeğer kürenin çapına eşit olarak kabul edilmektedir (Özaydın, 1989).
Tablo 2.1 Zeminlerin Dane Boyutlarına Göre Sınıflandırılması
Zemin Cinsi
Dane Boyutları (mm)
Çakıl
75 > D >4,76
Kum
4,76 > D > 0,074
Silt
0,074 > D > 0,002
Kil
D < 0,002
Sınıflandırma sistemlerinin hepsinde dane büyüklüğü ile bunların kuru ağırlık
olarak zemindeki yüzde değerlerinin bilinmesi esastır. Bu bilgiler, mekanik analiz denilen
elek analizi ve ıslak analiz veya hidrometre deneyi ile bulunur. Elek analizi numunenin iri
daneli kısmına, ıslak analizi de ince daneli kısmına yöneliktir. Bu çalişmada elek analizi
ve hidrometre deneyi yapılmıştır.
Elek analizinde numune delik çapı farklı eleklerden elenerek elek üstünde kalan ve
alta geçen malzeme yüzdesi olarak dane dağılımı bulunur. Dane dağılımı, özellikle
kumların özelliklerinin saptanmasında önemlidir.
Elek analizi sonucunda zeminin 200 No’lu eleğe kadar olan granülometri eğrisi
elde edilir.
Eğrinin genel eğimi, zeminin bileşimindeki dane çaplarının sıralanışının
belirtisidir. Bir mühendis için iyi derecelenmiş zemin, değişik boyutlardaki dane çaplarını
kapsar.
Böyle bir zemin, dane boyutlarının üniform olduğu kötü derecelenmiş bir
zeminden daha kuvvetli ve sağlamdır (Kumbassar ve Kip, 1992).
Zeminlerin granülometri özellikleri, granülometri eğrisinden sağlanan kriterlerle
belirlenebilir. Bunlar Efektif Dane Çapı (D10 ), yani zemin numunesinde ağırlıkça % 10
dan küçük danelerin en büyük çapıdır. Üniformluluk Sayısı (Cu), Derecelenme Katsayısı
(Cc) ise
Cu = ( D60 / D10 ) ………………………………(2.1)
D230
Cc =
D60 * D10
olarak ifade edilir.
…………………………(2.2)
Mühendislik
pratiği
açısından
elek
analizi
sonuçları,
zeminleri
kabaca
sınıflandırmak ve zeminin özelliklerini anlamak açısından önemli verilerdir.
2.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Deneyde kullanılacak numune, öncelikle 500 gr alınarak yıkanıp, etüvde 105 – 110
C sıcaklık altında kurutulup daha sonra bu numune sırasıyla 4, 10, 20, 40, 70, 100 ve 200
No’lu eleklerden elenmiş ve 200 No lu elek üstü olan numune (338,52 g) elek analizine
tabi tutulmuştur.
Islak analiz için deney yapılamadığından ( 3 lü gruplar halinde
yapıldığından) deneye tabi tutalan toplam ağırlık 338,52 g olarak kabul edilmiştir. Yani
200 No lu elekten geçen dane olmadığı kabul edilmiştir. Eleklerin herbirinin üzerinde
kalan zemin tartılmıştır ve elekten geçen yüzde belirlenmiştir. Elde edilen granülometri
eğrisi Şekil 2.3.1 de gösterilmiştir.
2.3 – BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Deney sırasında elde edilen bulgular Tablo 2.3.1’te verilmiştir.
Daha detaylı veriler Ek 3’te verilmiştir.
Tablo 2.3.1 Eleme Sonucu Bulunan Değerler
Elek üstü Elekten geçen
(g)
(g)
W
Wp
0,00
338,52
5,55
332,97
4,45
328,52
4,51
324,01
14,06
309,95
151,95
158,00
158,00
0,00
0,00
0,00
Toplam kütle Wtot = 338,52 g
D10 = 0,087 mm
Cu = 1,910
D30 = 0,117 mm
Cc = 0,948
D60 = 0,166 mm
US
Elek
No
4
10
20
40
70
100
200
tava
Elek çapı
(mm)
d
4,750
2,000
0,850
0,425
0,212
0,150
0,075
Elekten geçen yüzde
(%)
p
100,00
98,36
97,05
95,71
91,56
46,67
0,00
0,00
2.4 – YORUM
Granülometri eğrisinden (Şekil 2.3.1) elde edilen sonuçlara göre:
D10 = 0,087 mm, D30 = 0,117 mm ve D60 = 0,166 mm dır. Bu değerlerden; Cu =
1,91 ve Cc = 0,948 bulunur.
Ek 1 ve 2 de verilen birleştirilmiş zemin sınıflandırmasına göre;
Danelerin % 50 den fazlası 200 No’lu eleğin üzerinde kaldı: İRİ DANELİ ZEMİN
dir.
İri daneli zeminin % 50 den fazlası 4 No’lu elekten alta geçiyor: KUM dur. Ayrıca,
dane çapı 0,01 ve 0,02 arasında olan numunenin, % si 90 dan fazla bulunduğundan, İNCE
KUM sınıfına girmektedir. Cu < 2 olduğundan ÜNİFORM İNCE KUM olup, 1< Cc <3 ve
Cu > 6 şartını sağlamadığından KÖTÜ DERECELENMİŞ ÜNİFORM İNCE KUM dur
(SP).
Geçen Yüzde (%)
100
80
60
40
20
0
0,01
0,1
1
10
Dane Çapı (mm)
Şekil 2.3.1 Granülometri Eğrisi
2.5 – SONUÇ
Elek analizi sonuçlarının hidrometre deney sonuçları ile birlikte değerlendirilmesi
gerekir. Ancak elek analizi, hidrometre deneyinde ve kıvam limitlerini belirlemede farklı
numuneler kullanılması nedeni ile her numune için farklı yorum yapılmıştır.
Deneye tabi tutulan numune, kötü derecelenmiş üniform ince kum olarak
bulunmuştur. Bu tip zeminlerde özellikle “sıvılaşma” olayına dikkat edilmelidir.
3 - HİDROMETRE ANALİZİ
3.1 - KONU
İnce daneli zeminlerin dane çapı dağılımını belirlemek için hidrometre deneyi veya
pipet deneyi yapılır. Bu çalışmada hidrometre deneyi yapılmıştır. Hidrometre analizi
süspansiyon içindeki küresel katı maddelerin çökelme hızlarını, onların dane çaplarına
bağlı olarak değiştiğini gösteren Stokes Kanununa dayanır (Uzuner, 1998). Ağırlığı belli
zemin numunesi mekanik bir karıştırıcı ile karıştırılarak suda bir süspansiyon haline
getirilir ve çökelmeye bırakılır. Değişik zaman sürelerinde 15”, 30”, 1`, 2`, 4`, 8`, 15`, 30`,
1 sa, 2 sa, 4 sa ve 8 saat`lik süreler için hidrometre okuması yapılır. Stokes Yasasına göre:
V=
D2 * (s - w)
………...………………………(3.1)
18 * n
formülünde D = çöken dane çapı (cm), V = çökme hızı (cm/sn), s = çöken danenin birim
hacim ağırlığı, w = suyun birim hacim ağırlığı, n = sıvının vizkozitesi dir.
(3.1)
formülünden hareketle çöken dane çapı;
D=
1800 * n * V
…………………………………..(3.2)
(s - 1)
elde edilir.
Zemin daneleri su içinde süspansiyon hale getirilirken danelerin birbirine
yapışmasını engelleyen veya daneleri birbirinden ayıran ayrıştırıcılar gibi kimyasal
maddeler kullanmak gerekir. Stokes Kanununun küresel daneler için geçerli olduğunu,
buna karşılık zeminler içindeki ince danelerin plaka şeklinde olmaları nedeniyle
hidrometre analizinin ancak yaklaşık sonuçlar verdiği unutulmamalıdır. Daha az zaman
alıcı, pratik ve çabuk yöntem geliştirilmiştir (Bardet J.B., 1997). Fakat TS 1500 de mevcut
olup en çok yaygın olarak kullanılmaya devam edilen hidrometre analizidir Şekil (3.1.1).
Deneyden elde edilen hidrometre okumaları için bir takım düzeltmeler yapmak
gerekir. Bu düzeltmeleri; menisküs düzeltmesi (Cm), sıcaklık düzeltmesi (Ct) ve ayrıştırıcı
madde düzeltmeleri (Ca) olarak sıralayabiliriz.
Menisküs düzeltmesi (Cm), süspansiyonun yoğun olması nedeni ile okumalar
menisküsün tepesinden yapılır.
Suyun yüzey gerilim kuvvetleri nedeniyle hidrometre
üzerinde eğri bir su yüzeyi (menisküs) oluşturur. Yapılacak düzeltme, sıvı seviyesi ile
menisküsün tepe okuması arasındaki farktır. Düzeltme doğal olarak okumaya eklenerek
yapılır.
Şekil 3.1.1 Hidrometre Deney Aletleri
Ayrıştırıcı düzeltmesi (Ca), eklenen kimyasal maddenin sıvının özgül ağırlığını
arttırması nedeni ile çıkartılarak yapılır.
Sıcaklık düzeltmesi (Ct), deneyin yapıldığı süspansiyon sıcaklığı ile ilgilidir.
Hidrometreler genellikle 20 C ye göre ayarlanır. Eğer süspansiyon bu sıcaklıkta değilse,
sıvının yoğunluğunda bir değişiklik yapmak gerekir. Bu düzeltme sıcaklık 20 C nin
üstünde ise eklenerek, altında ise çıkartılarak yapılır (Uzuner, 1998).
Tüm bunlardan sonra nihai hidrometre okuması;
R = Rh  Ct + Cm - Ca …………………………………(3.3)
3.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Daha önceden belirtildiği gibi kullanılan numune, elek analizinden elde edilen
numune olmadığı için, önceden hazırlanan 50 gr numune hidrometre deneyinde kullanıldı.
Etüvde kurutularak hazırlanan malzeme, 100 – 150 ml kadar sodyumhegzametafosfat
(NaPO3)6, içinde 8 – 12 saat bekletilerek danelerin birbirlerinden ayrılması sağlandı.
Ayrıştırıcı içinde bekletilen numune iyice karıştırıldıktan sonra hidrometre kabına koyuldu
ve kabın 2/3 ü doluncaya kadar damıtık su eklendi. Bu işlemlerden sonra süspansiyon
karıştırıcı ile yaklaşık 2 dakika boyunca karıştırıldı.
Karıştırıldıktan sonra zemin-su
süspansiyonunun bulunduğu hidrometre kabına 1000 cl yi tamamlayacak şekilde damıtık
su eklendi ve ağzı bir tıkaç ile kapatılarak iyice çalkalandı.
Daneciklerin tamamının birbirlerinden ayrılması için numunenin çok iyi
çalkalanması gerekir.
Bu çalkalamadan sonra hidrometre kabına, hidrometre aletini
daldırarak 15”, 30”, 1`, 2` değerleri okundu ve hidrometre aleti süspansiyon aleti
içerisinden çıkartılarak su dolu kaba daldırılır.
Bunun nedeni ise zemin danelerinin
hidrometre aletine yapışmasını engellemektir. Daha sonra aynı işlemler 4`, 8`, 15`, 30`, 1
sa, 2 sa, 4 sa ve 8 saat`lik sürelerde yapılır ve deney föyüne işlenir. Hidrometre her
okumada yaklaşık 30 sn önceden daldırılmştır. Bu işlem okuma anında hidrometre aletinin
düz ve durgun olması sağlanmıştır. Süspansiyonun sıcaklığını ölçemediğimiz için 19 ile
22,5 arasında değerler alındı.
3.3 – BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Deneyin tamamlanmasıyla elde edilen datalar üzerinde gerekli düzeltmeler
yapılmıştır. Bu düzeltmeler için değerler ve hidrometre ile ilgili bilgiler Tablo 3.3.1 de
verilmiştir.
Tüm bunlarla birlikte gerçek hidrometre okuma değeri;
Rh = Rh1  Ct + Cm - Ca ………………………...…….(3.3.1)
Efektif derinlik, numunenin dane çapının bulunmasında kullanılmıştır.
Bu da
aşağıdaki bağıntıyla bulunur:
He = 16,3 – (0,1625 * Rh) ……………………………(3.3.2)
Tablo 3.3.2 de hidrometre aletinin kalibrasyonu yani He ile Rh arasındaki ilişki verilmiştir.
Tablo 3.3.1 Hidrometreye Ait Bilgiler
Süspansiyondaki kütle W0 =
Özgül ağırlık Gs =
Ayrıştırıcı madde düzeltmesi Ca =
Meniskus düzeltmesi Cm =
Silindirin çapı dc =
Hidrometrenin hacmi Vb=
50,00
2,70
2,50
1,00
5,95
60
g
g/L
g/L
cm
cm3
Tablo 3.3.2 Hidrometre Aletinin Kalibrasyonu
Hidrometre
Hidrometre
üzerindeki merkezindenden
derecenliş
derinliğe olan
okuma (g/L)
mesafe (cm)
Rh
He
0
16,5
10
14,8
20
13,1
30
11,5
40
9,9
50
8,4
60
6,9
Çöken danelerin çapı ise;
D=K*
He/t
…….…………………………..(3.3.3)
ifadesi ile belirlenir. K nın değeri zeminin dane birim hacim ağırlığı ve ortamın sıcaklığına
göre değişen bir katsayıdır. Bundan sonra bulunan D çapından daha küçük dane çapına
sahip zemin yüzdesi ve ana numuneye göre yüzde değerleri bulunmuştur. Tablo 3.3.3 de
bu değerler toplu halde verilmiştir.
3.4 – YORUM
Daha önceden de bahsedidiği gibi hidrometre deney sonuçları yaklaşık sonuçlardır
ve bu sonuçların doğruluğu her zaman tartışılabilir. İnce daneli zeminlerin davranışları
zeminin jeolojik geçmişine ve içyapısına bağlı olduğu için ince daneli zeminleri sadece
dane dağılımlarına göre değerlendirmek doğru olmaz.
Elde edilen deney sonuçlarına göre, numune içinde çapı 0,002 mm den küçük
daneler olduğu bulunmuştur (Şekil 3.3.1). Yani bu da numunenin içerisinde % 17,7 kil
olduğunu gösterir. Numune için çizilen granülometri eğrisi Şekil 3.3.1 de verilmiştir. Bu
sonuçlar toplam malzemeye göre yorumlanamadığı için sadece kendi içinde tutarlıdır.
3.5 – SONUÇ
Elek analizi ve hidrometre deneylerinden elde edilen dane dağılımı mühendislik
açısından son derece önemlidir. Zeminlerin bir çok mühendis özelliğini etkilemektedir.
Bunlardan başlıcaları:
Tablo 3.3.3 Hidrometre Deney Sonuçları
Zaman
Hidrometre
Sıcaklık
okuması
(dak.)
t
0,25
1
2
4
8
15
30
60
240
1440
(g/L)
Rt
51,5
47,0
42,0
36,5
32,0
28,0
23,0
20,0
14,0
9,0
Kil parçası (%) =
(oC)
Düzeltilmiş
oturma
derinliği
(cm)
Te
22,5
22,5
22,0
22,0
22,0
21,5
21,5
21,5
20,0
19,0
17,7
Rh
6,50
7,26
8,11
9,05
9,81
10,49
11,34
11,85
12,87
13,72
Elekten
Dane
geçen
çapı
yüzde
(mm)
( %)
D
0,0667
0,0353
0,0265
0,0198
0,0146
0,0111
0,0081
0,0059
0,0031
0,0013
p
99,8
90,9
80,8
70,0
61,1
53,0
43,1
37,1
24,7
14,5
Geçen Yüzde (%)
100
80
60
40
20
0
0,001
0,01
Dane Çapı
0,1
(mm)
Şekil 3.3.1 İnce Daneli Zemin İçin Granülometri Eğrisi
 Zeminin geçirgenliği. İri daneli zeminler ince daneli zeminlerden çok daha fazla
geçirgendir.
 İyi derecelenmiş zeminler daha yüksek mukavemete sahiptir.
 İyi derecelenmiş zeminler daha az sıkışma gösterir.
 Kapiler su yükselmesi dane çapına doğrudan bağlıdır ve ince kumlarda ve siltlerde
don olayında etkendir.
 Zeminlerin standart sistemlere göre sınıflandırılması ancak granülometri eğrilerinin
saptanması ile mümkündür.
Elek analizi sonucunda ince dane oranı % 12 büyük olduğu bulunmuştur. Bu
numuneden numune azlığından dolayı kıvam limitleri belirlenemediğinden, elek analizi
sonucunda kullanılan numunenin, Siltli Kil (SM), Killi Kum (SC) veya Siltli Killi Kum
(SC-SM) olabileceği bulunmuştur. Böyle bir tür zeminde efektif davranış gösteren ince
daneli zeminlerdir.
Hidrometre deneyi ile elek analizi farklı malzemeler üzerinde yapıldığı için sadece
kil (% 17,7)ve silt (% 82,3) oranları belirlenmiş ve buna ait granülometri eğrisi Şekil 3.1 de
verildiği gibi bulunmuştur.
4 - ATTERBERG (KIVAM) LİMİTLERİ
4.1 – KONU
Dane dağılım eğrileri birbirine çok benzeyen fakat tamamen farklı mühendislik
özellikleri gösteren ince daneli zeminlere rastlamak mümkündür.
Bu farklılık zemin
içindeki kil minerallerinin özelliklerinin farklı olması ve su muhtevasının değişmesi ile
ortaya çıkar. Bu bakımdan ince daneli zeminler için ikinci bir alt sınıflandırma yapılması
gerekmektedir (Kip ve Kumbasar, 1984 ).
Kıvam ile ince daneli zeminlerde, zeminin sertlik – yumuşaklık durumu belirtilir.
Zeminin su muhtevasına bağlı olan bu durumlar; kabaca, yumuşak, orta sert, sert gibi adlar
alırlar. İnce daneli (kohezyonlu) zeminler, su katılıp yoğrulduklarında, plastik özelliği
gösterirler. Plastik veya plastisite, ince daneli zeminlerin bir özelliği olup; kırılmadan şekil
verilebilmeyi ifade eder (Uzuner, 1998).
Killi bir zeminin kıvamı, sadece su miktarı artırılarak çok katı bir kıvamdan
oldukça vizkoz hale kadar geniş bir yelpaze arasında değiştirilebilmektedir. Bu değişimde
zeminin mukavemetini, sıkışma özelliklerini, yük altında şekil değiştirme gibi mühendislik
özelliklerini etkiler (Özaydın, 1989).
İnce daneli zeminlerin kıvam durumunu tanımlamak için doğal su muhtevasını
bilmek yeterli değildir. İnce daneli zeminler, su muhtevalarına göre, çeşitli durumlarda
olabilirler.
Böyle kuru bir zemine, gittikçe artan su katıldığında, zemin, sırasıyla şu
durumlara sahip olur ve hacmi bir miktar artar: Katı durum, yarı katı durum, plastik durum,
likit (süspansiyon, sıvı) durum. Likit durumda zemin bir sıvı gibi yavaşca akabilir. Plastik
durumda; kırılma, çatlama olmaksızın zemine istenilen şekil kolayca verilebilir. Yarı katı
durumda, zemine istenilen şekil zorlukla verilir ve zemin çatlar. Katı durumda, zemine
şekil verilemez, şekil verilmek istenildiğinde kırılır.
Tersine, likit durumdaki zemin,
tedrici olarak kurutulursa, zemin sırasıyla; plastik, yarı katı ve katı durumlara sahip olur ve
gittikçe hacmi bir miktar azalır.
İsveçli arştırmacı Atterberg (1911) bu durumları
birbirinden ayıran sınır değerlerini belirleyip “Kıvam (Atterberg) Limitleri” adı verilen
“Likit Limit”, “Plastik Limit”, “Rötre (Büzülme) Limiti”, “Yapışma Limiti” leri
tanımlamıştır (Tablo 4.1.1). Atterberg limitlerin tesbiti için basit labaratuvar deneyleri de
geliştirilmiştir (Ansal A., 1998).
Atterberg Limitleri, bize ince daneli zeminlerin sınıflandırılmasında kullanılırken
ve ayrıca da zeminin dayanımı ve davranışı hakkında bilgi verir.
En çok kullanılan kıvam limitleri;
 Likit Limit (wL):
Zeminin vizkoz bir sıvıdan, plastik bir kıvama dönüştüğü su
muhtevası,
 Plastik Limit (wp): Zeminin plastik bir malzemeden yarı plastik malzemeye dönüştüğü
su muhtevası,
Tablo 4.1.1 Atterberg ve Zeminin Fazları (Head K. H., 1992)
Kıvam
Katı
Su
Su
Limitler
Yarı Katı
Kuru
Durum
Muhtevası
Rötre
Limiti
Akıcı
Plastik
Süspansiyon
Azalıyor
Plastik
Limit
Likit
Limiti
Plastik İndisi
Rötre
(Büzülme)
Sabit
Hacim
Katıdan
Serte
Durum
Kayma
Mukavemeti
Su
Muhtevası
Hacim
Küçülmesi
Yoğrulabilir
Yapışkan
Çamur
Kayma Mukavemetinde Artış
0
Ws
Wp
SuSüspansiyon
İhmal
Edilebilir
WL
 Rötre Limiti (ws): Zeminin yarı plastik bir malzemeden katı bir malzemeye dönüştüğü su
muhtevasıdır.
Şekil 4.1.1 de zeminin hacminde meydana gelen değişimlerin kıvam limitleri ile
ilişkisi görülmektedir (Uzuner, 1998).
Hacim
Değişimi
Yarı
Plastik
Katı
ws
Vizkoz
Plastik
wp
wL
Su Muhtevası
Şekil 4.1.1 Zeminlerde Hacim-Su Muhtevası Değişimi
Atterberg, zeminin plastik davranış gösterdiği su muhtevalar aralığını Plastisite
İndisi (Ip) olarak tanımlamıştır. Buna göre plastisite indisi;
Ip = wL – wp …………………………………(4.1.1)
Yine Atterberg, Likitide İndisi ve Kıvam İndislerini de tanımlamıştır (Uzuner,
1998). Bunlar zemin mukavemeti hakkında fikir verir.
Likitide İndisi (IL)
Kıvam İndisi (Ic )
IL = (wn – wp)/Ip …………………...…………(4.1.2)
IL < 0
katı veya yarı katı
IL > 1
çok yumuşak
Ic = (wL – wn)/Ip ………………………...……(4.1.3)
Ic < 0
çok yumuşak
Ic > 1
katı veya yarı katı
Tüm bu bağıntılardan yararlanarak Skempton (1953), killerde aktiviteyi (A) tarif
etmiştir.
Aktivite kaysayısı zemin içindeki kil minerallerinin cinsi hakkında fikir
vermektedir (Lambe ve Whitman, 1979). Aktivite katsayısı;
A = Ip / kil % …………………………………(4.1.4)
olarak tarif edilmiştir (Skempton A.W.,1953).
Daha sonra yapılan araştırmalar plastisite indisi – kil içeriği arasındaki bağıntının
doğrusal olmakla birlikte bu doğrusallığın % 40 kil içeriği üstünde geçerli olduğunu, ayrıca
aktivite doğrularının orjinden geçmediğini göstermiştir. Aktivite de bu bulgularla yeniden
tariflenerek
Ac = Ip/(kil % - n) ……………………………(4.1.5)
biçiminde gösterilmiştir (Seed ve diğ., 1964). Burada n doğal zeminlerde 5, yapay
karışımlarda 10 olarak ölçülmüştür.
Tablo 4.1.2 de değişik killer için aktivite katsayı değerleri verilmiştir.
Deneysel olarak bulunan bu kıvam limitlerinin kullanılması, ince daneli zeminlerin
sınıflandırılmasında çok yardımcı olurlar. Özellikle kohezyonlu zeminlerin likit ve plastik
limitleri ile plastisite indisleri zeminin genel karakteristiklerinin belirlenmesinde çok
önemlidir.
Bu çalışmada kıvam limitleri için likit limit ve plastik limit değerleri bulunmuş,
bunlardan plastisite indisine geçilmiştir.
Tablo 4.1.2. Killerin Aktiviteleri (Özaydın, K.)
Kil Cinsi
Aktivite Katsayısı (A)
Kaolin
0,38
İllit
0,90
Montmorillonit
7,20
Aktif olmayan kil
A < 0,75
Normal killer
0,75 < A < 1,25
Aktif killer
A > 1,25
4.2 - DENEYİN YAPILIŞI
4.2.1 Doğal Su Muhtevası
Doğal olarak meydana gelen ince daneli zeminler, nerdeyse daima kendisinin bir
parçası olarak su içeririler. Bundan dolayı özellikle ince daneli zeminlerde su muhtevasını
belirlemek önemlidir.
anlayabiliriz.
Böylece biz zeminin hangi kıvamda ve durumda olduğunu
Zeminin su muhtevası, zeminin daneleri arasındaki boşlukların içerisindeki su
miktarının kuru zemin ağırlığına oranı (yüzde) olarak kabul edilir [4.2.1.1]. Deney etüve
konulmadan önceki kap ve yaş ağırlığı tartılıp etüvden 24 saat sonra çıkartıldıktan sonra
tekrar tartılarak kap ve kuru ağırlık belirlenir. Zeminler 105-110 C de etüvde kurutularak
kuru ağırlığı bulunurken, organik zeminler için 60 C de etüvde kurutularak kuru ağırlığı
bulunurken organik malzemelerde yanarak kaybolmazken böylece belirlenebilir.
Su Muhtevası
(w)
=
Su ağırlığı
Kuru zem.
=
Wd - Ww
%……………[4.2.1.1]
Wd - Wc
ağır.
4.2.2 Likit Limit
Likit Limit (wL veya LL), plastik ve likit durumları birbirinden ayıran sınır su
muhtevasıdır. Başka bir deyişle, zeminin kendi ağırlığı altında akabildiği en düşük su
muhtevasıdır. Likit Limit, Casagrande (Şekil 4.2.2.1) veya Düşen Koni (Şekil 4.2.2.2)
aletleri kullanılarak belirlenir.
Likit Limit deneyi, daha önceden su muhtevası belirlenen ince daneli zemin etüvde
kurutulup, öğütüldükten sonra 40 No’lu elekten geçen kısmından alınarak, damıtık suyun
çeşitli miktarda ilave edilip homojen şekilde karıştırılmasıyla elde edilen numuneler
üzerinde Casagrande ve Düşen Koni aleti kullanarak yapılmıştır.
 Casagrande Aletini Kullanarak Likit Limit Belirleme:
Bir miktar numune
Casagrande aletinin tasına kalınlığı 1 cm olacak şekilde sıvandı. Casagrande kaşığı ile
pirinç tasın merkezi boyunca bir oyuk açıldı ve aletin kolu saniyede pirinç tasın 2 defa
düşmesiyle, tasın içindeki numunedeki yarığın (oyuğun) kapandığı (1,3 cm) düşüş sayısı
belirlendi. Bu numuneye ait su muhtevası belirlendi. Bu işlem değişik su miktarları
eklenerek üç kere daha tekrarlandı. Sonuçta dört adet numune ve her bir su muhtevasına
karşılık gelen düşüş sayıları belirlendi. Vuruş (düşme) sayıları logaritmik yatay eksende
ve bu sayılara karşılık gelen su muhtevaları düşey eksende olacak şekilde deney sonuçları
işaretlendi. Bulunan dört noktadan geçirilecek en uygun doğru çizilerek bu doğru üzerinde
25 düşme sayısına karşılık gelen su muhtevası değeri likit limit değeri olarak bulundu.
 Düşen Koni Kullanarak Likit Limit Belirleme: Konik uç 5 saniye süreyle bir kap
içine doldurulmuş zemine batmaya bırakılır. Her bir batmaya karşılık gelen numuneye ait
su muhtevası belirlenir. Bu 4 tez tekrarlandı. Koni ucun 20 mm lik batmaya karşılık gelen
su muhtevası Likit Limit olarak kabul edilir.
Batma miktarı yatay eksende ve bu
miktarlara karşılık gelen su muhtevaları düşey eksende olacak şekilde deney sonuçları
işaretlendi. Bulunan dört noktadan geçirilecek en uygun doğru çizilerek bu doğru üzerinde
20 mm batma miktarına karşılık gelen su muhtevası değeri likit limit değeri olarak
bulundu. (Ansal A., 1998)
Şekil 4.2.2.1 Casagrande Deney Aleti
Ayrıca da arştırmacılar yeni tip düşen koni aletleri geliştirerek ve yeni metodlar
kullanarak likit limit değerlerini belirlemişlerdir (Leroueil, S., ve Le Bihan, J.P., 1995).
Şekil 4.2.2.2 Düşen Koni Penatrasyon Aleti
4.2.3 Plastik Limit
Plastik limit (wP veya PL), plastik ve yarı katı durumları birbirinden ayıran
sınır su muhtevası olup zeminin plastik özelliğini koruduğu en küçük su muhtevası o
zeminin plastik limitini verir. İnce daneli bir zemine, kırılmalara yol açmadan yoğrularak
istenilen şekil verilebiliyorsa o zeminin plastik kıvamda olduğu kabul edilir.
Plastik limit deneyi için 40 No lu elekten geçirilmiş malzemeye su verilip
karıştırılır. Bu nemli karışımdan bir miktar numune alınıp numunenin, el altında pürüzsüz
ve düz bir yüzey üzerinde, yuvarlanarak çapları yaklaşık 3 mm olan zemin çubukları haline
getirildi. Bu noktada kırılmalar gözlenir. Eğer zeminin su muhtevası tam plastik limit
değerinde ise zemin çubuğu 3 mm kalınlığa ulaştığı zaman kırılmalar oluşacaktır. Bu
değere deneme yanılma yoluyla ulaşılmalıdır.
3 mm kalınlıktaki çubukta kırılmalar
saptandıktan sonra zemin çubuğu parçaları darası bilinen cam kaplar içinde etüve konarak
su muhtevaları belirlenir. Bu işlem bir kez daha tekrarlanıp bulunan su muhtevalarının
aritmetik ortalaması alınıp plastik limit değeri bulunur
4.2.4 Lineer Rötre
Rötre (büzülme) limiti (wS veya SL) daha fazla su kaybının, zeminin hacminde
artık bir azalma meydana getirmediği en büyük su muhtevasıdır.
Diğer bir tanımla,
zeminin suya tam doygun olabildiği en düşük su muhtevasıdır.
Lineer Rötre deneyi yapılarak lineer rötre limiti belirlenmiştir. Likit limit deneyi
yapılırken vuruş sayısının yaklaşık 25 olduğu durumdaki numuneden alınıp lineer rötre
kabına konularak lineer rötre deneyi yapılmıştır. Likit limit kıvamındaki numune yarım
silindir biçimli bir boş metal kaba doldurulur (Şekil 4.2.4). Yarım silindir içindeki numune
etüve konulduğunda bel vermemesi (kabarmaması) için öncelikle 24 saat labaratuvar
şartlarında bırakıldı. Daha sonra etüve konarak kurutuldu ve kuru uzunluğu bulundu.
Lineer rötre (wS), lineer rötre kabındaki zeminin yaş uzunluğu (L1) ile zeminin kuru
uzunluğu (LK) arasındaki farkın zeminin kuru uzunluğa oranı olarak tarif edilir (Uzuner,
1998).
Ls = (L1-LK)/L1 ……………………………..(4.2.4.1)
L1 zeminin yaş uzunluğu, LK zeminin kuru uzunluğu
Lineer rötre bazende
Ls = (L1-LK)/LK …………………………..(4.2.4.1)
şeklinde tanımlanır.
Şekil 4.2.4 Lineer Rötre Kabı
4.3 BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Tablo 4.3.1 de doğal su muhtevası deney sonuçları verilmiştir.
Tablo 4.3.1 Su Muhtevasının Bulunması
Dara + yaş num.
Ww (g)
58.03
54.09
Dara
Wc (g)
23.20
21.80
Su Muhtevası (%)
Deney
No
1
2
Su muhtevası
w (%)
29.96
31.26
Dara+kuru num.
Wd (g)
50.00
46.40
35
30
25
20
0
2
4
6
Deney Sayısı
Şekil 4.3.1 Ortalama Su Muhtevası
Tablo 4.3.2a ve Tablo 4.3.2b de sırasıyla ve Koni penetrasyon Casagrende
yöntemiyle belirlenen likit limit deney sonuçları verilmiştir.
Tablo 4.3.2a. Likit Limit Deneyi Sonuçları (Koni Penatrasyon Yöntemi)
Deney
No
1
2
3
4
Likit
Kap
(g)
Kap + yaş
Num.ağır. (g)
Kap + kuru
Num.ağır. (g)
Wc
Ww
Wd
mm
w
w
41,50
43,20
44,50
44,50
17
20
22
24
62,84
66,30
69,76
74,00
62,28
67,07
70,21
73,34
23,20
25,10
24,00
24,50
limit (%) =
53,00
55,20
58,80
59,30
67,88
Batma Su Muhtevası Fit su muhtevası
Miktarıı
(%)
(%)
Tablo 4.3.2b. Likit Limit Deneyi Sonuçları (Casagrande Yöntemi)
Dara + yaş
Dara + kuru
Num.ağır. (g) Num.ağır. (g)
Dara
(g)
Deney
No
Wc
1
23.20
2
25.10
3
24.00
4
24.50
Likit
Limit (wL) =
Doğrunun Eğimi () =
Vuruş
Sayısı
Su Muhtevası
(%)
Fit su
muhtevası (%)
Ww
Wd
N
w
w
52.00
52.20
57.90
59.30
68.19
0.067
40.50
41.20
43.50
44.50
31
26
10
6
66.47
68.32
73.85
74.00
67.17
68.00
72.53
74.94
Şekil 4.3.2a ve Şekil 4.3.2b de de sırasıyla ve Koni penetrasyon ve Casagrende
yöntemiyle belirlenen likit limit deneye ait grafikler verilmiştir.
Su Muhtevası (%)
75
70
65
60
16
18
20
Batma miktarı
22
24
(mm)
Şekil 4.3.2a Su Muhtevası – Batma Miktarı İlişkisi (Düşen Koni Yöntemi)
Su Muhtevası (%)
80
75
70
LL
65
60
1
10
100
Vuruş Sayısı (N)
Şekil 4.3.2b Su Muhtevası – Vuruş Sayısı İlişkisi (Casagrande Yöntemi)
Tablo 4.3.3 de plastik limit deney sonuçları verilmiştir.
Tablo 4.3.3. Plastik limit Deneyi Sonuçları
Deney
No
Dara + yaş num.ağır.
(g)
Ww
40.40
45.30
Dara (g)
Wc
29.30
34.6
1
2
Plastik
Dara + kuru
num.ağır. (g)
Wd
38.20
43.20
Su
Muhtevası (%)
w
24.72
24.42
Limit (%) = 24.57
Su Muhtevası (%)
C
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
D
E
30
25
20
15
0
1
2
3
4
5
Deney sayısı
Tablo 4.3.3 Plastik limit Deneyi
Tablo 4.3.4 de lineer rötre ye ait bilgiler verilmiştir.
Tablo 4.3.4 Lineer Rötre Limitin Tayini
Kap
ağır.
(g)
Kap + Yaş
num.ağır.
(g)
Kap + Kuru
num. ağır.
(g)
229,9
285,37
265,6
Yaş
num. ağır.
(g)
55,47
Kuru
num. ağır.
(g)
Zeminin
yaş uzun.
(L1), mm
Zeminin
kuru uzun.
(LK), mm
Lineer
Rötre Limit
(SL), %
35,7
139
112
19,42
Tablo 4.3.5 de deneyler sonucunda elde edilen kıvam limit değerleri toplu olarak
verilmiştir.
Tablo 4.3.5 Plastisite Değerleri
Doğal Su Muh.
Likit Limit
Plastik Limit
Plastik İndisi
(wn) %
(wL) %
(wp) %
(IP) %
31
68
25
43
Zemin Cinsi
CH
4.4 YORUM
Deney için seçilen numuneler, 15.00 – 15.45 m derinlikten 15.01.1998 yılında SPT
için alınan numunelerdi. Hem çıplak gözle gözlemlendiği ve hemde ellede incelendiğinde
sıkı sertlikte, çok ince kumlu kil görünümündeydi. Su muhtevasını belirlemek için iki ayrı
deney yapılmıştır (Tablo 4.3.1 ve Şekil 4.3.1).
Su muhtevası iki deneyin aritmetik
ortalaması olup wn 30.61 % bulundu. Daha sonra yapılan kıvam limit deneylerinden wL:68
% ve wP:25 % bulunmuştur (Tablo 4.3.2a-b ve Tablo 4.3.3). Ayrıca da IP:43 % olarak
bulunmuştur (Tablo 4.3.5). Zeminin arazideki durumu, plastik ile likit durumu arasında
(IP:43 %) davranış gösteren zemin olduğu söylenir.
IL : 0,14 ve Ic : 1 bulundu. 0 < IL : 0,14 < 1 ve 0 < Ic : 1 olduğu için plastik
kıvamında bir zemindir (Tablo 4.1.1 ve Şekil 4.1.1). Yani plastisite kartından (Ek 2) likit
limit (wL) % : 68>50 olduğundan dolayı bu zemin numunesi için YÜKSEK
PLASTİSİTELİ olduğunu söyleyebiliriz. Ayrica da plastisite indisi (Ip) : 43 olduğu için
numunemiz KİL dir. O halde deneye tabi tutulan numunemiz YÜKSEK PLASTİSİTELİ
(YAĞLI) KİL dir. Yani CH dir. Sıkışma ve şişme potansiyeli önemli derecede etkilidir.
Ancak kesin şekilde aktivite (A) yi bulabilirsek sıkışma ve şişme potansiyeli hakkında
kesin hüküm verebiliriz.
Kesin hüküm bu numuneye ait hidrometre deneyinin
yapılamayişindan kaynaklanmaktadır.
Dikkat çekici bir nokta da, Casagrande ve Düşen Koni deneylerinde bulunan likit limitlerin
oldukça birbirine yakın çıkması idi. Bir çok araştırmacı, bu yaklaşıklık belli bir değerden
sonra farklılıkların başgösterdiğini gösterdiler (Wasti, 1988 ve Arsalan-Usta, 1994).
4.5 SONUÇ
Kıvam limitleri esas olarak ince daneli zeminlerin, değişik su muhtevalarındaki
mukavemetlerinin bir göstergesidir (Tablo 4.1.1).
Ayrıca kıvam limitleri zeminin
plastisitesine göre sınıflandırılmasını sağlamakta, ince daneli zeminlerin yüklenme
tarihçesi, geçirgenlik özellikleri, şişme potansiyeli gibi yararlı bilgiler verir. Genel olarak
zeminin plastisitesi arttıkça sıkışma ve şişme potansiyeli artmakta ve geçirgenliği
azalmaktadır.
5 - DANE BİRİM HACİM AĞIRLIĞI
5.1 KONU
Zeminler esas itibarı ile dane, su ve havadan oluşmaktadır. Bir zemin numunesinin
fiziksel durumunu anlamak için
dane, su ve havanın herbirinin ağırlığı, hacmi ve birim hacim ağırlığı belirlenmelidir.
Suyun birim hacim ağırlığı w : 1 kg / cm2 alınabilir. O halde kullanılan ölçü birimlerinden
bağımsız olan dane özgül ağırlığı,
Gs = s / w ……………………………………(5.1.1)
Burada s dane birim hacim ağırlığıdır.
5.2 DENEYİN YAPILIŞI
Zemin danelerinin birim hacim ağırlığı, bir piknometre (Şekil 5.2) veya hacim
ölçekli kab yardımı ile belirlenir. Deney için etüvde kurutulmuş çok ince kumdan küçük
bir miktar numune (W1) (50 gr) alınıp tartıldı. 50 cm3 lük bir ölçekli piknometre içine
damıtık su konularak tartıldı (W2). Daha sonra zemin piknometrenin içine kayıpsız bir
şekilde konulup, numune içindeki havanın dışarı çıkarılması için vakum uygulanır. Sonra
kabın geri kalan kısmıda tamamen damıtık su ile doldurularak tekrar tartılır (W3). Ortamın
nem durumundaki değişime dane birim hacim ağırlığını direkt etkileyeceği için, buna
dikkat etmek gerekir. Bundan meydana gelebilecek hataların ortadan kalkması için kap
ısınısının devamlı 20 C de olduğu ortamda bulundurulması gerekir. Dane birim hacim
ağırlığı (s) aşağıdaki gibi hesaplanır.
s = W1 / (W1 – W3 + W2) …….……………..(5.2.1)
Bu işlemler iki kez tekrarlanıp ortalama alınarak dane birim hacim ağırlığı, s,
bulunur.
Şekil 5.2.1 Deneyde Kullanılan Piknometre Tipi
5.3 BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Birim hacim ağırlığı deneyinden elde edilen sonuçlar Tablo 5.3.1 de verilmiştir.
Tablo 5.3.1 Dane Birim Hacım Ağırlığı Deney Sonuçları
Numune No
1
Piknometre No
1
2
50
50
Su+Piknometre Ağırlığı (W2), gr
392,6
392,1
Su+Piknometre+Zem. Ağır. (W3), gr
423,6
423,4
s = W1 / (W1 – W3 + W2), gr/cm3
2,63
2,67
Kuru Zemin Ağırlığı (W1), gr
Ortalama s, (gr/cm3)
2,65
Bulunan ortalama dane birim hacim ağırlığı (s) kumlar için oldukça yakın bir
değer çıkmıştır.
6 – RELATİF SIKILIK
6.1 – KONU
Relatif Sıkılık özellikle kumların derecelenmesi açısından son derece önemli olup
zemin sıkılık durumunu yansıtır. Relatif Sıkılık (Dr),
Dr = (emaks – en) / ( emaks – emin) ………………………(6.1.1)
olarak tanımlanır (Holtz, W.G.,1973 “The relative density approach-uses, testing
requirements, reliability and shortcomings”, ASTM STP 523, 5-17). Maksimum boşluk
oranı emaks, minimum boşluk oranı emin, doğal boşluk oranı en dır.
emaks ve emin in
bulunması için çeşitli metodlar geliştirilmiştir. Bunların başlıcaları;
 Kalbuzowski Yöntemi, emaks bulunur: Burada 1000 gr lık numune 2 lt lik şişe
içerisinde sallanarak serbest hale getirilir.
Ters yüz edilerek kendi ağırlığı altında
yerleşmesi sağlanır. Son hacmi ölçülür ve altı kere tekrarlanır.
 Islak Yöntem, emaks bulunur. 1000 gr lık numune huniden şişeye akıtılır ve hacim
ölçülür. Bazan şişede su da olabilir. Bu durumda dışarıya taşan suyun hacmi ölçülür.
 Kabai Yöntemi: Huniden akıtılarak emaks bulunur. Darbeli sıkıştırma ile emin bulunur.
Relatif sıkılık deneylerin hassaslığı tartışılabilir bir konudur. Bunun nedeni emin
bulunması metodları yetersizdir. Deney tekniği ve numune özellikleri önemlidir. Darbeli
sıkıştırma ile danelerde ezilme ve kırılma olabilmektedir. Ölçüm yapılan terazi hassalığı
da sonucu etkileyebilir. Numune miktarı, numunenin bölünmesi teknikleri de etkileyen
faktörler arasındadır (Ansal A.,1998).
kmin ve kmaks için bulunan varyasyon sayıları küçüktür ama bu değerler Dr
hesabında 10 kat büyümektedir (Yoshimi Y., ve Tohno I., 1973 “Statistical significance of
the relative density). Deneyler arasında standart sapmaları az olan ASTM deneyleri tercih
edilmelidir.
Relatif sıkılık aynı zamanda zeminin maksimum, minimum kuru birim hacim
ağırlıkları cinsinden de ifade edilebilir (6.2).
Dr = kmaks*(kn – k min) / (k*(k maks – k min)) ………(6.1.2)
Zeminler, Dr değerlerine göre sınıflandırılabilirler (Tablo 6.1.1) (Önalp, A.1997).
Tablo 6.1.1 Relatif Sıkılığa Göre Zeminlerin Sınıflandırılması
Rölatif Sıkılık (Dr), %
Sıkılık Durumu
0 – 15
Çok gevşek
15 – 35
Gevşek
35 – 65
Orta sıkı
65 – 85
Sıkı
85 - 100
Çok sıkı
6.2 – DENEYİN YAPILIŞI
Ağırlığı 1272,7 (W) gr ve hacmi (V) 196,35 cm3 (D:5 cm, H:10 cm) olan silindirik
kaba (Şekil 6.2) numune üç safhada huniden akıtılarak konur ve tartılır. Bu işlem üç kere
tekrarlanır. Bunun sonucunda emaks a ulaşılacak değerler elde edilir. Bulunan üç değerin
ortalaması alınarak kap+maksimum boşluklu numune ağırlığı elde edilir (W1).
Aynı
işlemler bu sefer numune, kaba yandan vurularak sıkıştırılır ve kap+minimum boşluklu
numune ağırlığı elde edilir (W2).
Yaka
Metal
Silindir
Şekil 6.2.1 Relatif Sıkılığın Belirlenmesinde Kullanılan Alet
Kap ağırlığı çıkarılarak dane ağırlığı belirlenir ve bu değer hacme bölünerek emaks
için kmin, emin için kmaks bulunur.
kmin,maks = (W1,2 – W) / V ………………...….(6.2.1)
s değeri dane birim hacim ağırlığı deneyinden bulunmuştu (Tablo 5.3.1). Kuru
birim hacim ağırlığı ile boşluk oranı arasındaki (6.2.2) bağıntısından emaks ve emin değerleri
bulunur.
emin, maks = (s / kmaks,min) - 1 …………………(6.2.2)
6.3 – BULGULAR/ HESAPLAMALAR
Deney sonuçları Tablo 6.3.1 de verilmiştir.
Tablo 6.3.1 Relatif Sıkılık Deney Sonuçları
En gevşek durum
Kap + numune
(W1), gr
Ortalama
W, gr
1550,4
1551,8
maks
Kap + numune
(W1), gr
Ortalama
kmin
kmaks
W, gr
gr/cm3
gr/cm3
1595,3
1,42
1,64
e maks
emin
0,86
0,61
1591,1
1551,9
1553,6
e
En sıkı durum
1596,7
1598,2
ve emin değerleri belirlendiğine göre relatif sıkılığı belirlemek için doğal
boşluk oranının bilinmesi gerekir. Tablo 6.3.2 de en değerlerine karşın relatif sıkılık
değerleri ve bunların sıkılık dereceleri bulunmaktadır.
Tablo 6.3.2 en Değerine Karşılık Gelen Dr Değerleri
en
Dr, %
Sıkılık Derecesi
0,65
84
sıkı
0,70
64
orta sıkı
0,75
44
orta sıkı
0,80
24
gevşek
0,85
4
çok gevşek
6.4 – YORUM - SONUÇ
kmaks ve kmin, yeterli doğrulukla belirlenemeyen emaks ve emin e bağlı olduğu için Dr
hesabında sapmalar sözkonusu olup, deneylerin tekrarlılığında da sapmalarla karşılaşılır
(Tavenas ve diğ., 1973).
Yuvarlaklığa ve üniformluluğa göre tahmin yapmak büyük olasılıkla daha doğru
olacaktır (Youd T.L., 1973).
7 - SONUÇLAR
Labaratuvarda tespit edilen zeminin endeks özellikleri mühendise o zemin ile ilgili
basit ama önemli bilgiler verir.
Basitçe yapılan sınıflandırma bile zeminin bileşimi
hakkında kabaca fikir sahibi olmamızı sağlar.
Zeminlerin dane çapı dağılımının, kuru birim hacim ağırlıklarının, kıvam
limitlerinin bilinmesi zeminlerin mukavemeti, geçirgenliği, sıkışabilirliği, dondan
etkilenme durumu hakkında bilgi verir ve zeminlerin standart sistemlere göre
sınıflandırılmasını sağlar.
Yapılan deneylerde farklı numuneler kullanıldığı için ortak bir sonuca
ulaşılamamıştır. Bu nedenle her deney kendi kendi içinde değerlendirilmiştir.
Elek analizi sonucunda kötü derecelenmiş kum, kıvam limitleri deneyleri
sonucunda da numune yüksek plastisiteli (yağlı) kil (CH) olarak değerlendirilmiştir. Bu
da, oturmaların uzun zamanda ve ikincil oturmanında önemli olacağını, numunenin plastik
kıvam konumunda olduğunu gösterir.
Oturma ve diğer mukavemet özellikleri için
Mühendislik Özellikleri Deneyleri yapılmalıdır. Bunlardan örnek olarak, proktor deneyi,
konsolidasyon deneyi, kesme kutusu deneyi ve üç eksenli basınç deneyleri sayılabilir
KAYNAKLAR
ANSAL, A., (1998), “Zeminlerin Mühendislik Özellikleri”, Lisans Üstü Eğitimi Ders
Notları, İTÜ İnşaat Müh. Fak., Geoteknik Müh.,İstanbul
BARDET J.B., (1997) “Experimental Soil Mechanics”, Prentice Hall, New Jearsy, USA
HEAD, K.H., (1992), “Manual of Soil Laboratory Testing”, Pentech Press, London
ÖNALP, A., (1997), “Geoteknik Bilgisi I: Zeminler ve Mekaniği”, Sakarya Üniversitesi
Yayınları, Sakarya
KİP, F., ve KUMBASAR, V., (1984), “İnşaat Mühendisliğinde Zemin Mekaniği”,
Çağlayan Kitabevi, İstanbul
LAMBE, T.W., ve WHITMAN, R.V., (1979), “Soil Mechanics”, John Wiley&Sons,
Singapore
LEROUEİL, S., ve LE BİHAN, J.P., (1996), “Liquid Limits and Fall Cones”, Can.
Geotech. Eng. J. 33, 793-798
ÖZAYDIN, K., (1989), “Zemin Mekaniği”, Meya Yayıncılık, İstanbul
SEED, WOODWARD, LUNDGREN., (1964), “Fundemental aspects of Atterberg limits”,
Journal ASCE GT 90, SM, 75
SKEMPTON, A.W., (1953), “The Colloidal Activity of Clay”, Proc. 3 ICOSMFE,1,57
TAVENAS, F.A., LADD, R.S., and LA ROCHELLE, P., (1973), “Accuracy of relative
Density Measurements: Results of a Comparative Test Program”, ASTM STP 523, pp. 1860.
TSE 1500, (1987), “İnşaat Mühendisliğinde Zeminlerin Sınıflandırılması”, Ankara
USTA, İ., ve ARSLAN A., (1994), “Düşen Koni ve Klasik Yöntemle Bulunan Kıvam
Limitlerinin Karşılaştırılması”
UZUNER, B.A., (1998), “Temel Zemin Mekaniği”, Teknik Yayın Evi, Ankara
WASTI, Y., (1988), “Likit ve Plastik Limitlerin Koni Penetrasyon Deneyi ile Tayini”,
ZMTM II Ulusal Kongresi, Ankara
YOUD, T.L., (1973), “Factors controlling Maximum and Minimum Densities of sands”,
ASTM STP 523, pp. 98-112
EKLER
Ek 1
Ek 2
Download

RAPOR 1 - Niğde Üniversitesi