ún
P
üa ro
at f
M
BÖLÜM 8- ZEMøNLERøN
MÜHENDøSLøK
ÖZELLøKLERø
Giriú - øndeks özellikler Mekanik özellikler
O
úç sm
in an
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
rÖ
8.1. ZEMø1øN ÇEùøTLERø VE FAZLARI
FAZL I


KayaçlarÕn kimyasal veya fiziksel ayrÕúmasÕ
úmasÕ sonucu,
s ucu, ya yerinde
erin e yada
taúÕnarak zeminler oluúur. Zeminler dane boyutuna
utuna göre ince
e daneli
da
(kohezyonlu) ve kaba daneli (kohezyonsuz) olmak
mak üzere ikiye ayrÕOÕr.
rÕOÕr
ønce daneli zeminlerde kÕvam (su muhtevasÕ), kaba daneli zeminlerde
ze
e
ise sÕNÕOÕk (danelerin boyutu ve diziliúi) önemlidir.
Dane boyutu
Kaba daneli
Dane boyutu-çapÕ da÷ÕOÕPÕ
Danenin úekli
SIKILIK
ønce daneli

Zeminin plastisitesi
KIVAM
1

ún
Kaba daneli zeminler gözle görülebilir olup köúeli ve yuvarlak
úeklinde tanÕmlanÕr. ønce daneli zeminler ise ancak mikroskopla
görülür ve daneler levha (pulcuk) úeklindedir.
Pr
üa
o
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol ú V
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
rÖ
Zemin Danelerinin
in Boyutları
Boyut
Dane ismi
Çapı (mm)
Çap
mm)
Kaya parçaları
> 60 ( 1000+)
Çakıl : kaba - orta - ince
60 - 20
0 - 6 - 2
Kum : kaba - orta - ince
2 - 0.6 - 0.2 - 0.06
06
Çıplak gözle görme sınırı
Silt : kaba - orta - ince
0.06 - 0.02 - 0.006 - 0.002
optik mikroskop sınırı
Kil
< 0.002
X-ray diffraction tekniği
2

ún
Kaba daneli zeminlerde dane çapÕQÕ belirlemek için elek analizi
yapÕOÕr. 200 nolu ele÷in üstünde kalan zeminler kaba daneli zeminler,
200 ele÷in altÕna geçen zeminlerse ince daneli zeminlerdir. ønce
daneli zeminlerin (kil ve silt) dane da÷ÕOÕPÕ Õslak analizle (hidrometre
ve pipet yöntemi) belirlenir.
P
üa ro
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la


2 nolu
200
olu elek
– 0.074
mm
0
“No. 200” ne anlama
ama gelir...
ge
Kohezyonlu
Zeminler
Kil
200  elek
Silt
0.002 0.075
İnce Daneli
Zeminler
Granüler Zeminler veya
Kohezyonsuz Zeminler
Kum
Çakıl
2.00
Kaba Daneli
Zeminler
Blok Taş
63
200
İri Kaya
İr
Dane Çap
Çapı (mm)
Dane ÇapÕ (mm)
Cinsi
200 – 60
Taú (Moloz)
60 - 2
ÇakÕl
2 – 0,075
Kum
0,075 - 0,002
Silt
0,002 >
Kil
rÖ
3
øngiliz Elekleri
BS: 410-1962
Elek No
Çap (mm)
2”
50.80
1(1”/2)
38.10
¾”
19.05
3/8”
9.52
4
4.76
6
2.80
7
2.40
8
2.00
12
1.40
14
1.20
16
1.00
22
0.710
25
0.600
30
0.500
36
0.420
44
0.355
52
0.300
60
0.250
72
0.210
85
0.180
100
0.150
120
0.125
170
0.090
00
0.07
200
0.075
ASTM TS-1500
ÇakÕl
ÇakÕl
P
üa ro
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
Kum
Kum
100
80
% Finer
ún
Amerikan Elekleri
ASTM: E 11-1961
Elek No Çap (mm)
2”
50.80
1(1”/2)
38.10
¾”
19.00
3/8”
9.51
4
4.76
7
2.83
8
2.38
10
2.00
14
1.41
16
1.19
18
1.00
25
0.707
300
0.590
35
0.500
40
0.420
0.3
45
0.354
550
0.297
0.250
60
0.210
70
0
177
80
0.177
100
0.149
120
0.125
170
0.088
074
200
0.074
60
40
20
0
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
Particle size (mm)
10
100
rÖ
4

ún

Pr
Zeminlerin genel ayırımı; kil, silt (ince daneli-kohezyonlu)
ile kum ve çakıl (kaba daneli-kohezyonsuz) gibi isimler
kullanılarak yapılmaktadır ve tanımlama için aşağıdaki
kriterler göz önüne alınır.
Tüm zeminler
* Renk
* Homojenlik
üa
o
at f
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
rÖ

Kaba daneli zeminler

İnce
ce daneli
aneli zeminler
* Dane büyüklüğü
* Dane şekli
* Dane büyüklüklerinin ortamda dağılımı
* İnce danelerin varlığı
* Sıkılık (dane
a dizilişi)

* Kıvam
m (plasti
(plastiklik)
* Örselenmemiş
enmemiş durumda
d
kıvam
Yoğ
* Yoğrulma
sonucu kıvamda değişiklik
Doğa su muhtevası
t
sı
* Doğal
Boş
yunu kimyasal
myasal özellikleri
ö
* Boşluk
suyunun
Zeminler 3 fazdan oluúturmaktadÕr: KatÕ (dane)
(dan , boúluklar
lu
uklar olup
olup bu
boúluklardaki hava ve sudan meydana
a gelmektedir.
gelm edir


Hava (A)
Su (W)
Dane (S)

KATI FAZ
ralle
* Kaya mineralleri
alleri
* Kil mineralleri
ento
* Bağlayıcı çimento
* Organik madde
SIVI FAZ
* Su
* Erimiş tuzlar
GAZ FAZ
* Hava
* Su buharı
5
Hacim (V)
Vv
ún
Kütle (M)-Ağırlık (W)
Vh
Hava
Vw
Su
Ww
Dane
Ws
Wa~0
WT
P
üa ro
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
VT
Vs
Zemin Prizması
W = Zemin Ağırlığı
V = Zemin Hacmi
s = zemin daneleri
w = su
ha
a = hava
bo
v = boşluk
topla
T = toplam
8.2. ZEMøNLERøN øNDEKS (Fø=øKSEL)
F øKSE ) ÖZE
Fø=ø
ÖZELLøKLERø
ELLøK
øKL

Su muhtevasÕ (w)

Boúluk oranÕ (e)
Porozite (n)
Doygunluk derecesi (Sr)


Birim hacim a÷ÕrlÕ÷Õ ()






Do÷al b.h. a÷ÕrlÕ÷Õ (n)
Kuru b.h. a÷ÕrlÕ÷Õ (k)
Doygun b.h. a÷ÕrlÕ÷Õ (d)
BatÕk b.h. a÷ÕrlÕ÷Õ (, a)
Dane b.h. a÷ÕrlÕ÷Õ (s)
rÖ
Doygunluk derecesi (Sr) ve su muhtevasÕ (w) ince daneli
zeminlerde, mekanik davranÕú üzerinde çok etkilidir.
6
 Ağırlık İlişkileri
ún
Ağırlık bileşenler:
 Danelerin ağırlığı = Ws
 Suyun ağırlığı = Ww
 Havanın ağırlığı ~ 0
Pr
Hacim (V)
Ağırlık (W)
Hava
Va
Wa~0
Vb
Vw
Su
Ww
VT
WT
üa
o
at f.
M Dr
W
üh SSu muhtevasÕ
u O
evas, w (%) 
100 %
W
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
 Hacimsel İlişkileri
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
rÖ
Dane
Vs
Ws
Su
u muh
muhtevası (w); belirli bir hacimdeki
su ağırlığının,
r ının, dane ağırlığına oranıdır.
w
s
Hacim
cim (V)

Hacimsel bileşenler:




Va
Danelerin hacmi = Vs
Suyun hacmi = Vw
Havanın hacmi = Va
Boşlukların hacmi = Va+Vw=Vv
Vv
Vs
Hava
Wa~0
0
Vv
Vw
Su
Ww
Dane
Ws
VT
Boşluk oranı (e), boşluk hacminin
dane hacmine oranıdır.
Boúluk oranÕ, e 
Ağırlık (W)
Ağ
Vs
WT
0  e  
Kum: 0.4  e  1.0
Kil: 0.3  e  1.5
7
Hacim (V)

Hacimsel bileşenler:

ún


Ağırlık (W)
Hava
Va
Danelerin hacmi = Vs
Suyun hacmi = Vw
Havanın hacmi = Va
Boşlukların hacmi = Va+Vw=Vv
Wa~0
Vv
Vw
Su
Ww
VT
WT
P
üa ro
at f.
D
V
MPorozite
Por ite ,rn ((%) 
100 %
V
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la

Dane
Vs
Porozite
orozite (n), boşluk hacminin
toplam
hacme oranıdır.
plam h
Ws
0  n (%)  1
v
T
Hacim
cim (V)

Hacimsel bileşenler:




Danelerin hacmi = Vs
Suyun hacmi = Vw
Havanın hacmi = Va
Boşlukların hacmi = Va+Vw=Vv
Ağırlık
ık (W)
Hava
Hav
Va
Wa~0
0
Vv
Vw
Su
Ww
Dane
Ws
VT
Vs
Sr : 0
Doygunluk
derecesi
(Sr),
boşluklarda bulunan su hacminin
boşluk hacmine oranıdır.
Kuru
V
Doygunluk derecesi, Sr (%)  w
VV
100%
Suya
Doygun
WT
rÖ
100 %
8
 Ağırlık-Hacim İlişkileri

ún
Pr
Doğal Birim Hacim Ağırlığı
n = WT / VT
üa
o
at f.
Dr
M Batı
- Sua
Sualtı
B. H. Ağırlığı
üBatık
.
h. ‛O=  =  - 
úç sm
in an
Je S
ol ú V
oj Sıkılık
R
 Kabadaneli Zeminlerde
erde
S
k ú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
Kuru Birim Hacim Ağırlığı
 k= Ws / V T
 Doyg
Doygun Birim Hacim Ağırlığı
d = Ws +Wsu/ VT


b
d
w
Rölatif (İzafi) Sıkılık (Dr); Tabiattaki
ttaki kaba daneli
kullanı
eminin
zeminlerin sıkılığını tarif etmek için kullanılır.
Zeminin
n danelerinin
dane
e
arazideki sıkılık derecesinin aynı zemin
en
ş
n
gevşek ve en sıkı yerleşim konumlarına karşılık
gelen
ım anı
sıkılık dereceleri ile karşılaştırılması olarak tan
tanımlanır.
0
En Gevúek
100
En SÕNÕ
emaks − en
, (, − , )
 =
=
.
emaks − emin
, (, − , )
rÖ
9
Rölatif Sıkılık (%)
Sıkılık Derecesi
0-15
ún
Pr
Çok Gevşek
15-35
Gevşek
35-65
Orta Sıkı
65-85
Sıkı
8
85-100
Çok Sıkı
üa
o
at f.
M Dr
üh
. ú Os
çi ma
n
n
Je S
ol úV
odejKıvam
Rú
 İncedaneli Zeminlerde
Kıva
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
Gevúek
birikme
6ÕNÕ
birikme
 Mekanikte
plastisite, gerilme halinde
alinde malzemenin
emenin
kırılmadan hacim değişikliğine uğramadan
yaptığı
kalıcı
dan yap
y
p
al cı
deformasyon olarak tanımlanır. Zeminlerde
rde plastisite,
pla
p
sadece ince daneli zeminlerin gösterdiği birr özelliktir.
özell
Çakıl, kum ve bazı tip silt plastik kıvama gelmezler,
zler, daha
ah
basit ifadeyle, çamur sadece killi zeminlerde oluşur.
r
 Çok miktarda su ile karıştırılarak su hale getirilmiş kilin
ilin
yavaşça kurutulduğunu düşünelim. Aşağıdaki hal değişimi
mi
oluşur.
0
Rötre Limiti
ws
Sert
Plastik Limit
Likit Limit
wp
Katı
wL
Plastik
Su Muhtevası
rÖ
Sıvı
10

ún
İnce daneli zeminin kıvamı su muhtevası
ile orantılı olarak değişir.
Pr
üa
o
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
Likit
Likit limit
Plastisite
øndisi
Plastik
Plastik limit
YarÕ-katÕ
Büzülme-rötre
ülme
limit
KatÕ
•
Likit durumda, zemin bir sıvı
vı gibi yavaşca
ya
a aka
akabilir.
bilir
•
Plastik durumda, kırılma ve çatlam
çatlama
a olm
olmadan
nz
zemine
istenilen şekil kolayca verilebilir.
•
Yarı katı durumda, zemine istenilen şekil zorlukla
z
a
verilebilir ve zeminde çatlaklar gözlenir.
•
Katı durumda, zemine şekil
verilmeye çalışıldığında kırılır.
verilemez,
V/V
Katı
ws
Yarı
Katı
Plastik
wp
Likit
şek
şekil
rÖ
wL
11
ún
Pr
üa
o
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
23
8.3. ZEMøNLERøN MEKANøK
K ÖZELLøKLERø
ÖZEL
LERø

Zeminlerle ilgili problemler stabilite (taúÕma
ma gücü)
gü
ve elastisite
(oturma) problemleri olarak ikiye ayrÕOÕr. Bu iki probl
problemin çözümü
özümü
için laboratuar veya arazi deneyleri yardÕPÕyla,
yla, zeminler
zem
için
n
mekanik özelliklere ait parametreler belirlenir.
TaúÕma gücü göçmesi
Stabilite Problemi
rÖ
Temelin farklÕ oturmasÕ
FarklÕ Oturma Problemi
12
A- Stabilite problemlerine ait parametreler
Stabilite
problemlerinde,
zeminlerin
kayma
mukavemeti
parametrelerine ihtiyaç duyulur. Bunlar kohezyon (c) ve kayma
mukavemeti açÕVÕGÕr ().
ønce daneli zeminlerde toplam gerilme (kÕsa periyotlu, drenajsÕz),
kaba daneli zeminlerde ise efektif gerilmeye (uzun peryotlu, drenajlÕ)
analizler yapÕOÕr. AyrÕca ince daneli zeminler için de uzun periyotlu
analizler de yapÕOÕr.
DrenajsÕz kayma mukavemeti (cu, Su): Serbest basÕnç, üç eksenli
D
UU vey
veya arazi veyn deneyleri ile belirlenir. Suya doygun ince daneli
zeminlerin
(yumuúak/normal konsolide zeminler)
analizinde
zemin
kullanÕOÕr.
a
DrenajlÕÕ kayma
D
kaym mukavemeti parametreleri (c’,’): Kumlu zeminlerde
cc’=
= 0 olup,
olup ’ kkesme kutusu, üç eksenli CU ve CD ile arazi
deneyleriyle
deney
e (CPT, SPT vs) belirlenir. Killi zeminlerde ise c’ ve ’ üç
eksenli CU veya
veya arazi deneyleri ile belirlenir.
eksenl
ya CD
D deneyleri
deney

ún
Pr

üa
o
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
  c   tan 
ot
la


ZEM
NLERİ KAYMA
MA MUKAVEMETİ
MUKAVEME
ZEMİNLERİN
DİRENCİ İLE İLGİLİ
Lİ PROBLEMLER
ROBLEM
ML
(DİRENCİ)

Taşıma Gü
Gücü
f
f

c
f
 n,f tan
Sürtünme
bileşeni
c
 n,f

Yanal Zemin Basıncı
rÖ
Şev Stabilitesi
13
B- Oturma problemlerine ait parametreler

ún
Pr

Kaba daneli zeminlerin oturmasÕnda (ani-elastik oturma) elastik
parametreler gerekli oldu÷undan, Elastisite (E) ve poisson oranÕ ()
laboratuar deneyleri yerine arazi deneyleri (CPT, SPT vs) ile belirlenmesi
daha sa÷OÕklÕ ve kullanÕúOÕGÕr.
ønce daneli zeminlerde oturma ise ani (elastik) oturma, konsolidasyon
oturmasÕ ve özellikle yüksek plastisiteli killer ve organik zeminlerde
meydana gelen krip (ikincil sÕNÕúma) úeklinde meydana gelir.
üa
o
at f
M
üh
.



O
úç sm
in an
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
rÖ
DrenajsÕz elastisite modülü (Eu): YapÕlan
an serbest
serbes basÕnç yada
ad
da üç ek
eksenli
kse
mekle birlikte
kte (örselenmeden
(
nmeden çok
UU deneyinin - iliúkisinden bulunabilmekle
etkilendi÷inden dolayÕ) daha çok cu dan hareketle Ip ve AKO
AK na ba÷OÕ
÷OÕ o
olarak
[f=(cu, Ip, AKO)] belirlenmektedir.
Konsolidasyon parametreleri (mv, Cc, cv): Bir boyutlu
yutlu konsolidasyon
kon
n
ada sÕNÕúma
ÕNÕúm indisi
(ödometre) deneyinden hacimsel sÕNÕúma katsayÕVÕ (mv) yada
anÕr. cv is
ise
(Cc) belirlenerek toplam konsolidasyon oturmasÕ hesaplanÕr.
o man
konsolidasyon katsayÕVÕ olup belirli bir zamanda ne kadarr oturmanÕn
meydana geldi÷ini hesaplamada kullanÕOÕr.
Krip
(ikincil sÕNÕúma/konsolidasyon) oturma parametresi (C
C))::
n
Ödometre deneyinden her bir yükleme sonunda oturma zaman e÷risinden
elde edilen e÷rinin son kÕsmÕQÕn e÷imidir.
mv =
∆V/V ∆e/(1 +e0) ∆e
av
=
=
=
∆σ ∆σ (1+e0 )∆σ (1 +e0)
Cc =
∆e e0 − ef
∆e
=
= ′
(σv0 + ∆σ)
∆logσ′ σ′vf
log ′ log ′
σv0
σv0
14
Kompaksiyon Parametreleri (wopt, γkmaks)
ún
Zeminleri mekanik araçlarla zorlayarak, zemin danelerinin birbirine
yaklaştırılması ve daneler arasındaki hava boşluklarının daha sıkı bir yapıda
olmasının sağlayan işlere “kompaksiyon” denir. Kompaksiyon uygulaması ile
zeminlerin taşıma gücünün artırılması, zeminlerin geçirimliliğinin azaltılması ve
zeminlerin yükler altında yapacağı oturmanın azaltılması amaçlanmaktadır.
P
üa ro
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
Z
Zemin
içerisindeki su muhtevasının kompaksiyon üzerinde iki önemli etkisi söz
k
konusudur.
Zemin içerisindeki su muhtevasının fazla olması durumunda,
uyg
uygulanan
yükler altında boşluk suyunun basınç artışları meydana gelecek ve bu
hidro
hidrostatik
basınç danelerin birbirine yaklaşmasına karşı koyacaktır. Zemin
içerisindeki
erisindeki su muhtevasının az olması durumunda ise daneler arası sürtünme
e kapiller gerilmeler artmakta, elektriksel kuvvetlerin net etkisi ise çekim
ve
etl
nü
kuvvetlerine
dönüşmektedir.
Zeminlerde iyi bir kompaksiyonun elde edilmesi
içi
em
içeri
için zemin
içerisindeki
su muhtevasının optimum seviyede olması
gerek
dir. Bu op
gerekmektedir.
optimum seviyedeki su muhtevasına, optimum su muhtevası
(wop
)
denilmektedir.
de
ektedir.
opt
Kompaksiyon uygulamalarında, kompaksiyonun
n ölçüsü
ölçüsü, o zem
zemine aitt k
kuru
ru birim
ar büyü
emindeki
hacim ağırlığıdır. Kuru birim hacim ağırlığı ne kadar
büyükse, o zemindeki
kompaksiyon uygulaması o kadar iyi yapılmış demektir.
Kompaksiyon uygulamalarında optimum su muhtevası (wopt) ve kuru
ru birim
bir hacim
hac
etreleri
ağırlığı (γk) olmak üzere iki parametre vardır. Kompaksiyon parametreleri
arasındaki bağıntı, aşağıda verilmiştir.
Ȗn 
Ȗ s (1  w)
1 e
Ȗ
Ȗk  n
1 w
rÖ
15
Zeminin sıkıştırılmasını (kompaksiyonu); zeminin su muhtevası, kompaksiyon
enerjisi, zeminin cinsi ve granülometrisi etkilemektedir.
ún
Pr
üa
o
at f
M
üh r. O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
Kompaksiyon enerjisi etkisi.
Su muhtevası eğrisi etkisi.
Ze
nsi etkisi.
si.
Zemin
cinsi
Zeminin granülometrisi etkisi.
31
Geçirimlilik (Permeabilite) Katsayısı (k)

Zemin danelerinin arasÕndaki boúluklarda bulunan
nan suya,
su
zemin
in suyu
denilmektedir. Zeminin içindeki su muhtevasÕ,
sÕ, zemin suyundaki
daki
basÕnç ve suyun zemin içerisindeki hareketi, zeminlerin
nlerin mühendislik
mü
k
özelliklerini büyük ölçüde etkilemektedir.
rÖ
16
ZEMøNLERøN ÖZELLøKLERø
A) İNDEKS ÖZELLİKLERİ
ún
B) MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ
1) DANE ÖZELLİKLERİ 2) YIĞIN ÖZELLİKLERİ
•Hidrolik özellikler,
•Dane şekli,
•Mekanik özellikler,
SIKILIKLA İLGİLİ ÖZELLİKLER •Direnç özellikleri (Serbest
•Dane çapı,
•Su içeriği,
•Dane özgül yüzeyi,
basÕnç dayanÕPÕ),
• Porozite,
•Dane birim hacim
•Deformasyon özellikleri
• Boşluk oranı,
ağırlığı
• Doygunluk derecesi,
• Birim hacim ağırlığı,
• Doğal Birim hacim ağırlığı,
• Kuru Birim hacim ağırlığı,
• Suya doygun Birim hacim ağırlığı,
• Su altındaki Birim hacim ağırlığı,
• Rölatif sıkılık
Pr
üa
o
at f.
M Dr
üh . O
.ú s
çi ma
n
n
Je S
ol úV
oj Rú
iD K
er AY
A
s
N
ot
la
GRANÜLOMETRİK ÖZELLİKLER
• Efektif çap,
• Üniformluluk,
• Derecelenme
KIVAM
ÖZELLİKLERİ
K
M ÖZEL
Kıvam
•K
m llimitleri,
• Kıvam indis
indisleri
rÖ
17
Download

PProfof PPrP sman Osmsm Sİİ VRI V YA KAYA eYA İnşaat t M İ çin